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复合架空地线光缆的设计及注意事项
关键词：OPGW；设计选型；施工
复合架空地线光缆（简称OPGW）是电力系统独有的，具备了电力线路地线和光纤通信双重功能的新技术。OPGW作为一种新兴的信息传输通道，近几年在我国得到了迅速发展，它具有通信容量大、抗干扰、安全可靠、不占用线路走廊的特点；同时它将通信光缆和高压输电线路地线巧妙地结合成一个整体，其良好的机械性能和导电性能不仅满足普通地线的防雷要求，还因具备良导体良好的屏蔽作用，可大大减小送电线路对邻近弱电线路的电磁危害。目前OPGW尚没有统一的生产系列号，其集机电特性、热稳定和通信光纤的各种要求于一体，各参数之间相互制约。OPGW的生产厂家由于生产工艺和制造设备的差异，其产品的参数各有偏重，因而即便各个厂家的OPGW的参数均分别满足要求，该产品的整体特性是否满足线路工程的要求还必须通过设计人员进行验算确认。
1 OPGW的设计条件
1．1 对光纤的要求
OPGW基本作为通信干线，其对纤芯的质量要求很高，目前一般采用单模光纤或色散位移光纤。在设计招标时，应重点考察光纤的芯数、工作波长、衰减、色散、带宽、弯曲附加衰减、热稳定性、使用寿命等，同时要求同一OPGW厂家给工程提供的光纤必须来自于同一制造商并属同一技术范畴。
1．2 对OPGW机电特性的要求
OPGW作为架空地线，除满足通信要求外还必须有足够的抗拉强度满足机械要求，同时满足热稳定性要求。其设计须遵循DL／T5092—1999“110～500kV架空送电线路设计技术规程”的规定，还应考虑OPGW的特殊要求。在设计中应具备如下条件：
（1）送电线路电气参数：电压、10～20年远景规划系统容量、单相接地短路电流、线路继电保护切除时间、沿线的大地电导率分布、线路杆塔的允许荷载。
（2）气象条件：如最高气温、最低气温、年平均气温、最大覆冰厚度、最大风速、年雷电日、线路所经地的雷击概率等。OPGW作为架空地线，其设计气象条件应与线路气象条件完全一样。
（3）OPGW的机电要求：结构应能保证光纤防潮，防挤压，不受损伤；在OPGW承受70％UTS时，光纤不受拉力；承力部分应由铝合金丝或铝包钢丝组成，不得含钢丝；有良好的耐振性能和耐雷击性能，运行寿命30年以上。
2 OPGW设计选型
2．1 OPGW结构形式
OPGW结构形式因生产厂家的不同存在着较大差异，各种结构又具有各自的特点。OPGW作为信息传输工具，其光纤的受力对信号的衰减有很大的影响。光纤的受力分为侧压力和轴向拉力，减少侧压力的方法可采用铝骨架和不锈钢管光单元的结构，减少轴向拉力的方法是使光纤保持适当的余长。按照光纤缓冲结构在运行中是否承受拉力来区分，可分为松套结构和紧套结构两大类。紧套结构由于结构紧密，光纤活动空间较小（几乎没有余长），尽管各种气象条件及大档距下OPGW的延伸率不过千分之几，生产紧套结构OPGW的厂家也承诺其产品在光缆张力不超过自身UTS的情况下，其光纤不受影响，但从光纤的安全角度考虑，采用有适当余长的松套结构更为合理。从实际应用角度来看，现在应用较为广泛的松套结构主要有层绞式、骨架式、中心束管式结构。松套结构光纤余长在OPGW成缆时可控制到5‰～7‰（一次余长），基本上可保证各种气象的变化导致OPGW伸长而光纤衰耗在允许值以内。层绞式松套结构光纤余长还可因工程需要控制到9‰～10‰（二次余长），但这种情况较少，也不主张过多实行。现有OPGW各种结构中，从结构上来看以层绞钢管式结构最为紧凑，其有效承载面与总截面的比值最大，在相同张力情况下它的总截面最小，风荷载也较小，能有效解决光纤的余长问题和重冰区的抗侧压问题。
2．2 OPGW的热稳定
当输电线路发生短路故障时，通过OPGW的短路电流较大，时间较长，会使OPGW的温度急剧上升。为使OPGW中的光纤不至因过热而破坏，必须要对OPGW进行热稳定计算，也就是说，要根据系统短路电流和保护动作切除故障时间来计算出线路短路后的地线温度，满足低于OPGW的最高允许温度的条件。因此，热稳定容量是选择OPGW的重要参数。由于送电线路故障持续的时间很短，热量向外扩散得很少，因此可以不考虑散热过程，而近似地认为地线上电流产生的热量全部用于导体的温升。
通用计算公式如下所示：
通用计算公式如下所示：
式中：
IY———允许短路电流（A）；
TY———最高允许温度（℃）；
T1———初始温度（℃），一般取20℃；
a1———初始温度下的电阻温度系数（1／℃）；
R1———初始温度下的综合电阻（Ω／km）；
C0———金属部分综合热容量（J／km·℃）．
其中 1．02为绞合常数；Sa及Ss分别为铝（包括铝合金）及钢的截面（mm2）；综合热容量为各金属部分热容量之和；t为故障切除时间（s）。
目前计算地线上返回电流的主要方法是利用地线阻抗（包括自阻抗和互阻抗）、杆塔接地电阻、两端变电所接地电阻建立n个“Π”形等值电路组合的数学模型，利用计算机编程的方法解这个网孔矩阵方程，通过进行多区段、多组合、多方案的计算来选择OPGW和分流线的最佳组合方案。由于越靠近进出线两端，送电线路单相接地短路电流越大，在实际工程设计中，通常在进出线段将OPGW以外的另一根地线采用电阻小的良导体作为分流线，以减少送电线路短路时流过OPGW的返回电流，保护OPGW。
2．3 OPGW机械强度校验
OPGW除了满足电气性能的要求外，还必须进行机械强度校验，保证其机械特性、抗拉强度和导地线应力满足规程规定的要求。OPGW的应力、弧垂、荷载按照架空送电线路的计算方法计算。根据湖南院这几年的设计经验，OPGW的机械强度通常比普通地线如GJ－50大，能满足应力、弧垂的要求，但由于OPGW中间有光缆单元，其截面积一般比普通地线大，因此在选取OPGW机械参数时，要重点验算各种工况下杆塔地线支架的荷载。
3 OPGW金具及防振
OPGW各种金具由厂家配套供应，其中包括悬垂金具、耐张金具、防振锤、护线条以及引下卡具等。OPGW需要采取防振措施，不同档距的安装个数由厂家提供。
4 施工中应注意的事项
施工时应严格按照厂家提供的《OPGW施工说明书》进行操作，认真核对和清点OPGW盘号、金具型号等附件的数量。OPGW必须采用张力放线，在放线过程中，OPGW应与地面和其他障碍物保持一定距离，注意限制OPGW弯曲半径，以免损坏光缆纤芯；OPGW紧线采用厂家配套提供的紧线器和牵引网套；OPGW的铝包钢部分和铝合金部分可以采用传统的切割方式进行切割，但放置光纤的不锈钢管必须用厂家配套提供的不锈钢切割进行切割，必须注意不得碰伤光纤；除设计确定的接头位置以外，OPGW在线路中任何地方不允许接头，因此，除进出接线盒位置的OPGW按施工要求可以进行少量切割外，其它任何地方不得切割；OPGW的生产厂家需对OPGW放线、接续后整条OPGW线路的有关参数负责，因此OPGW放线过程中厂家会派出技术人员对OPGW的放线及接续的全过程进行技术指导及施工督导。
