OPPC 光纤复合相线的应用探讨

 

1 引言

本文通过采用OPPC 光纤复合导线新型材料，充分利用电力系统自身的线路资源，将电能输送与光纤通信合为一体，既具备光纤通信的功能，还不影响电能输送，同时也为解决线路不架设地线段敷设光缆提供了方便可行的方案。

2 OPPC 光纤复合相线的定义

光纤复合相线OPPC（Optical Phase Conductor）是将光纤单元复合在相线中的光缆，具有相线输送电能和光纤通信的双重功能。

3 电力系统中光纤类型与性能分析

目前输电线路同塔架设的通信光纤通常有：ADSS（全介质自承式光缆）、OPGW（光纤复合地线）、GWWOP（地线缠绕式光缆）、AD-LASH（全介质捆绑式光缆）、MASS（金属架空自承式光缆）、OPPC（光纤复合相线）6 种，其性能特点如下。

（1）ADSS 光缆在220kV 及以下线路架设方便快捷，不涉及到防雷的问题。但其与导线弹性模量及热膨胀系数的差异，导致ADSS 光缆与导线弧垂应力曲线的不一致，且存在电腐蚀现象。在运行期间，遇大风在单回路线路上有可能与导线摩擦。

（2）OPGW 光缆在施工时必须停电，多用于新建110kv 及以上高压线路中，机械特性可满足线路大跨越，不存在电腐蚀的问题。但预留缆和接头盒易被盗，且存在雷击断股隐患。

（3）GWWOP 需将光缆捆绑在地线（高压线路）上，光缆重量轻、造价低、安装迅速，但需要承受线路短路时地线上产生的高温。

（4）AD-Lash 与GWWOP 性能特点接近。

（5）MASS 结构与中心管式OPGW 性能特点类似。

（6）OPPC 光纤复合相线是将光纤单元复合在相线（导线）中的光纤，可以充分利用电力系统自身的线路资源，既具备光纤通信的功能，还不影响电能输送，同时也为解决35kV 线路不架设地线段敷设光缆提供了方便可行的方案。尤其在不需要安装架空地线且有通信要求的地区，可节省架空地线。

4 OPPC 光纤复合相线与同规格导线性能比较

4.1 机械性能比较

（1）根据生产厂家提供的OPPC 光纤复合相线机械性能试验报告数据来看，其极限抗拉强度UTS（或称破断力）、标称（额定）抗拉强度RTS、平均运行张力EDS、最大运行张力（MAT）均与相同规格的导线机械性能参数相近，在平均张力长期运行试验和抗疲劳老化、振动试验后，缆内光纤无应变和无附加损耗、无损伤。

（2）根据OPPC 相关技术参数来看，其外径、比重、弹性（杨氏）模量、热膨胀系数等均与相同规格导线接近。

4.2 电气性能比较

通过对OPPC 线材结构分析，从理论计算和现场试验数据来看，其各线材的电阻率、线性直流电阻、各层的绞入率均与相同规格的导线接近。允许的最高温度，由于OPPC 传导的是三相系统中的永久性的持续电流，平时工作温度比不发生短路或雷击时的OPGW 或架空地线要高，且是持续温度。对普通不锈钢管光纤单元来说，其光纤油膏的油分离指标一般按80 ℃ 控制，而OPPC 采用的是耐高温的防腐油膏，其温度参数一般控制在100~120℃。

以新建66kV何家变电所送电工程OPPC光纤为例；

OPPC技术参数

新建66kV何家变电所送电工程使用的OPPC技术参数详见下表：

材 料

根数

材 料

根数

原材料直径

光纤

G.652

24

G.655

0

中 心

20.3%AS线

1

线直径

2.70

mm

结构参数

第1层

20.3%AS线

5

AL线

0

线直径

2.70

mm

不锈钢管

1

光纤芯数

24

管直径

2.70

mm

第2层

20.3%AS线

0

AL线

10

线直径

3.40

mm

第3层

20.3%AS线

0

AL线

16

线直径

3.40

mm

参照 GB/T 1179、GB/T 7424.4、DL/T 832、IEC 61089、IEC 60794-4、 IEEE 1138 标准

绞合：中心线与各层之间填充防蚀油膏

最外层绞合方向为“右”向（Z-stranding）

钢芯直径：

8.10

mm

光缆直径：

21.70

mm

光缆重量：

899

kg/km

承载截面积

270.41

mm2

AS面积

34.35

mm2

AL面积

236.06

mm2

标称抗张强度（RTS）

76.2

kN

技术参数

杨氏模量（E-Modulus)

69.5

kN/mm2

热膨胀系数

20.0

×10-6/℃

最大允许工作应力 (MAT) ( 40% RTS)

112.7

N/mm2

每日应力（EDS) (16%~25% RTS)

45.1

~70.4

N/mm2

极限特殊应力 (70% RTS)

197.2

N/mm2

20℃直流电阻

0.1163

Ω/km

短路电流

(1s, 40℃~200℃)

26.9

kA

短路电流容量  I2t

726.1

kA2S

最小弯曲半径：

施工：

434

mm

运行：

325

mm

载流量

(40℃~70℃)

459

A

(风速0.5m/s,导体表面吸收系数0.9 1/k)

(40℃~80℃)

569

A

(日照强度0.1 w/cm2,导体辐射系数0.9 1/k)

(40℃~90℃)

659

A

拉重比

8.6

km

温度范围

安装温度

-10℃ ~ +50

℃

运输和运行温度

-40℃ ~ +80

℃

与JL/G1A-240/30钢芯铝绞线技术参数比较

本工程拟采用的OPPC机械参数与JL/G1A-240/30钢芯铝绞线机械参数基本一致。

4.3 费用比较

通过对OPPC 光纤复合相线所需材料和施工方法进行费用分析来看，OPPC 施工方法与相同规格导线相同，但由于OPPC 接头要解决光、电分离的问题，同时还需要满足相应电压等级的绝缘要求，其每公里造价比相同导线价格大约增加1 万元左右。

5 OPPC 光纤复合相线的应用范围

（1）在66kV 及以下的农网和配网新建或改建线路，不考虑架设地线, 可考虑采用光纤复合相线，以满足电力监控或光纤联网的要求。

（2）在35—110kV 输电线路上架设ADSS 或OPGW 架空光缆时，原有杆塔加固困难，或部分35kV 线路本身就没有架空地线无法架设OPGW 光缆时，可考虑采用光纤复合相线。

6 OPPC 光纤复合相线的设计原则

（1）OPPC 需要传送三相电力系统中的永久性电流，因此要考虑传送过程中产生的持续高温对光纤传输性能和光纤寿命的影响。

（2）要保证OPPC 在直径、重量、截面以及机械和电气特性等参数与相邻导线的参数相近似。

（3）OPPC 的直流电阻和/或阻抗也应与相邻导线相似，以避免远端电压变化并保持三相平衡。

（4）架设中需要采用特殊的绝缘金具和特殊的接头盒。

（5）重点应用在10—110kV 的线路上（国外在360kV 线路已采用）。

7 OPPC 光纤复合相线的应用与效果

（1）OPPC 光纤复合相线的实际应用根据我公司东郊变至代庄变光纤保护通信需求，需沿35kV 东代线架设一条通信光纤，由于原线路没有架空地线，如考虑架设OPGW 或ADSS 都需要对原杆塔进行加固，而35kV东代线建造于1984年9 月，线路主要由门型拉线砼杆、上字型砼杆和部分角钢塔组成，杆塔加固都比较困难。为了解决上述问题，采取了将35kV 东代线其中一根导线改为OPPC 光纤复合相线（LGJ-185），并于2008 年5月建成投运。

（2）OPPC 光纤复合相线的实际效果观察自2008 年5 月份35kV 东代线光纤复合相线架设投以来，光纤复合相线最大运行电流为507A（相同规格导线额定安全值：515A），光纤通信正常、线路运行正常，导线、光纤设备接头无异常发热现象，三相导线弧垂随环境温度变化基本相同。

8 OPPC 光纤复合相线的施工与维护

（1）光纤复合架空相线(OPPC)集电力架空相线与光纤通信功能于一体，其结构型式与常规导线相似，由铝包钢线(AS)、硬铝线(AL)和包含着光纤的不锈钢管光纤单元绞合构成。OPPC架设方式原则上与传统的架空电力线施工安装方式基本一致，但OPPC的接续涉及到光纤接续和光电分离技术，对接续的技术、高压绝缘有严格要求

（2）OPPC 光纤复合相线光纤具有与导线相接近的机械性能和电气性能，可按常规导线架设施工方法进行，但由于OPPC 光纤复合相线在放线、过滑轮、紧线造成的结构伸长及运行过程中的温度升高产生的膨胀伸长及塑性变形产生的蠕变伸长，因此对光纤余长要求很严格。

（3）为了保证缆线中的光纤质量，在施工过程中要保证光纤不受挤压。

（4）为防止潮气侵入光纤密闭管内影响光纤的使用寿命，在施工后光纤端头应置于特殊的接头盒中。

（5）对运行中的OPPC 光纤复合相线应加强负责监测和设备接头红外测温，防止局部发热。

9 结论

在110kV 及以下较低传输电压的电力线路中，在不考虑架设地线或架设通信光纤杆塔加固比较困难时，可以采用OPPC 光纤复合相线，充分利用电力系统自身的线路资源，将电能输送与光纤通信合为一体，避免在路径协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾，同时还具备光纤通信的功能。我是参与此项工程的施工单位，对OPPC的技术特性、性能等相关数据分析有不当之处，请专家、同仁多多批评指导。