光纤架空复合地线（ＯＰＧＷ）设计应注意的问题

韩　英

摘要：在输电线路中采用OPGW技术是近几年国内外兴起的较为先进的技术手段，即将光纤媒体复合在架空地线里，地线和通讯功能合二为一，主要应用在35kV及以上输配电线路中，该技术具有以下优点：低的传输损耗；宽的传输频带；小的弯曲半径；无辐射、无感应、无导电性；串音少、保密性高。

关键词：OPGW；光纤架空复合地线设计；电力杆塔；金具

中图分类号：TN929文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）06-0039-03

一、OPGW的结构选择

OPGW的基本结构由含光纤的缆芯（或称光单元）和绞合的金属线材（通常为铝包钢ACS线和铝合金AA线的组合，但也不排除其它金属线材）组成，将地线和通讯功能合二为一。其中，光纤提供了传输通道，钢成分主要提供了机械强度，铝成分则主要承载短路电流。常见的OPGW可归纳为两种主要结构型式：

（一）松套型

松套型是将光纤放入充满油膏的松套管内形成一定的余长，余长一般控制在光缆总长的0.7%左右，光纤以自身余长来满足整个地线初伸长和运行过程中所产生的变形，以保证光缆中光纤不受力，但结构松散。

（二）紧套型

紧套型是在其中的光纤可以受力的基础上，为满足光纤受力的要求，生产中对光纤施加约1%伸长对应的外力进行筛选，即对光纤施加了“预应力”。通过筛选的光纤，其抗拉强度比起外层绞线的抗拉强度还高，能在外层绞线之后破坏。

由于上述设计上的差异，当金属截面及破坏力相同时，松套结构的设计安全系数为紧套结构的70%～75%。由于结构特点，松套型价格低，适用于外界负荷条件较轻，地形变化不剧烈的线路；紧套型价格较贵，适用于外界负荷条件较恶劣，地形变化较大及地线受力较复杂的线路。因此在设计选择光缆型式时，不能简单地把两种不同结构的OPGW光缆相提并论，应根据其特定的长处和短处，结合具体条件和性能价格比来选定结构。

二、OPGW的机械特性

当杆塔只设单地线时，即采用OPGW；当杆塔设双地线时，一根采用OPGW，一根采用普通地线，此时OPGW的选择要尽量与普通地线相近，以便于杆塔结构设计，荷载计算采用传统的计算方式即可。

（一）重量和直径

当杆塔为双地线时，OPGW在重量和直径的选择上应尽量本着和对侧地线接近的原则进行。OPGW所有组成元件的计算重量之和，单位为kg/km。OPGW绞合单线标称直径（包括光单元）之和的计算值，单位为mm。该参数在计算各种工况下的比载时较为重要。

（二）额定抗拉强度（RTS）

OPGW所有承载截面强度之和的计算值，单位为kN。该参数与杆塔强度等相关，是配置耐张金具、光纤应变域、安全系数计算控制的重要依据。

（三）最大允许工作张力（MAT）

MAT是弧垂、张力、档距和安全系数计算控制的重要依据，是指在设计气象条件下理论计算时OPGW受到的最大张力。在此张力下，光纤的余长应保证光纤无应力和无附加衰减。通常，MAT约为RTS的40%左右。

（四）日平均运行张力（EDS）

日平均运行张力又称为年平均运行张力，指OPGW在长期运行时受到的平均张力，对应于在无风、无冰及年平均气温的气象条件下理论计算时受到的张力。在此工作点上，光纤无应变和无附加衰减。根据不同条件，EDS一般为RTS的16%～25%。EDS也是一个疲劳老化参数，OPGW的绞线和缆内光纤及金具在EDS下按规范要求作振动试验后应无损伤。

（五）应变限量

指在OPGW有效寿命期内，有可能超出设计气象条件的最恶劣负荷条件时所受到的最大张力，约为RTS的70%。在此张力下，这时，光纤的余长释放完，光纤开始受力并开始产生应变和附加衰减。但在此张力解除后，OPGW（包括缆内光纤）应能恢复到初始状态。

（六）应力－应变

应力应变特性综合反应了OPGW的抗拉伸性能。OPGW在受到张力后，即产生应变。在一定的范围内，依赖于光纤余长的释放，光纤没有产生应变，衰耗也没有变化。随着张力增加，光纤开始产生应变，衰耗同步增大。在解除张力后，光纤应变和衰耗都回到初始状态。

三、OPGW的电气特性

（一）直流电阻

指OPGW中所有导电元件在20C时的并联直流电流电阻计算值，该参数宜尽量与对侧地线接近。

（二）短路电流

指当系统短路时（一般取单相对地短路，故障点位于变电所的进出线档），OPGW在一定短路时间内（一般取0.2～0.5S）可以承受的最大电流。目前较为精确的计算方法是利用专用计算软件进行计算，在计算时，要考虑短路电流的暂态过程，因为其直流分量也要产生一部分热量。得出短路电流后，既可得出短路容量，并据此选择OPGW性能参数与之相匹配。解决OPGW热稳定的措施目前主要有进线档OPGW加一串绝缘子或采用地线分流线，都可降低短路电流。

四、OPGW的配盘

OPGW的配盘是设计环节中的关键部分，决定了每盘OPGW的长度。配盘与光纤接头的安排有直接关系，还决定了OPGW 的安装区间，必要时，甚至还应规定布放的方向。

（一）配盘原则

配盘应服从线路的耐张段，为减少光纤接头，两个相邻的较小耐张段可以合并。应根据线路资料或现场勘察，尽量避免在水稻田、沼泽、水塘、山顶、深谷等不利地形处接头。应尽量选择交通便利、能方便地获取公用设施的地点安排接头。当线路中有二个及以上的90°转角或四个以上45°转角时，应尽量分盘，在这些转角塔上安排接头。

（二）单盘长度（盘长）

在平原地区，单盘3～5km是较佳的选择，如在地形较复杂的山区，应尽量控制在3km盘长左右，以一个施工队可以在一天内放完为宜。OPGW单盘长度还取决于绞合单线的单丝直径，这是因为绞线机上的工作盘具上能容纳的单线长度是有限的。当遇有超长耐张段或最大单盘长度不能满足耐张段要求时，一种处理方法是在保持原有铝钢比、直径、截面的前提下，把单丝直径减小（为保证避雷性能，直径减小是有限度的）改为多层铠装。

（三）配盘长度计算

根据相关制造商的经验和有关工程的实际检验表明，配盘长度可按一下公式计算：

DL=L.A+3H+h+2B；

DL：配盘长度（m）；

L：线路长度（m）；

A：长度预留系数：平原：1.02～1.03；丘陵：1.03～1.04；山区：1.04～1.05；

H：光缆输入端杆塔高度；

h: 光缆输出端杆塔高度；

B：牵引预留长度：通常取6～10m。

当完整的线路配盘以后，是不能轻易变化的。施工时，应按盘号安装在指定的区间，而OPGW供应商只能按正公差长度生产。

五、OPGW金具配置

OPGW必须采用专用的预绞式金具。

耐张金具的额定破坏强度和握着力均大于95%RTS，在此张力下，金具与OPGW不允许有相对滑移。耐张金具预绞丝的内径与光缆外径是直接相关的，应重视光缆的外径公差，金具预绞丝的内径应尽量按OPGW外径负公差配置。

悬垂（不包括悬垂耐张）金具对光缆的握着力（水平方向滑动负荷）一般为10～20%RTS。

六、接地线配置

OPGW多采用逐基塔接地的方式，接地线的载流量不应小于OPGW的载流量。在接头处，两侧耐张金具都应配置接地线。其他双张耐（跳线）可配置一根，每个悬垂金具也应配置一根接地线。

接地线的一端连接在杆塔构架上，另一端的连接方式依不同的金具厂设计而各异，早期线路设计用并沟线夹与OPGW连接，易造成OPGW中的光纤损坏；目前采用嵌入预绞丝和OPGW之间的接地片连接，但接地片易脱落，因此笔者认为目前上述连接方式都不是十分理想，金具制造厂家和有关设计单位应考虑更为合理连接金具或方式。

七、OPGW的防振

OPGW常用专用防震锤或防震鞭防振,当采用防震鞭时，根据北京帕尔普公司的产品和资料，可按下表配置，省略了计算工作。

OPGW采用的专用防震锤多为大小头式，可对应四个谐振频率，安装位置的计算与传统计算方法相同。

八、其他附件

（一）导引线夹

OPGW在接头杆塔引下时需要用导引线夹，通常2米左右配置一个较合适。材料应为铝或经热浸锌的钢材，安装和固定时不允许在杆塔上打孔。

（二）接头盒

为了恢复两段被接续OPGW的电气特性，宜配置金属（通常为铝）接头盒。接头盒的寿命应大于OPGW的寿命且密封耐振，安装和固定时也不允许在杆塔上打孔。

（三）导引光缆

从OPGW终端杆塔至通信机房的光缆称为导引光缆。为避免将强电引入机房，一般用非金属光缆，也可采用非金属中心加强件外护套含钢带或铝带的单金属结构光缆，应禁止适用相互绝缘的双金属结构。

九、施工注意事项

（一）张力、拉伸

当对OPGW施加张力时，除了必须采用合适的设备和工艺方法外，还应核对光缆的技术参数，不允许超过施工安装张力。

（二）弯曲、滑轮直径

OPGW在安装和接续工程中，其最小弯曲半径不能小于光缆直径的15倍，位于线路引入和引出塔的滑轮直径不小于600mm，直线塔滑轮不小于450mm，所有滑轮内槽应包覆氯丁橡胶。

（三）摩擦

在安装前、安装中和连接过程中应防止OPGW在地面或滑轮边槽及塔顶构件上擦伤。

（四）扭转

OPGW的过分扭转会破坏缆内光纤的“余长”或引起铠装线拱起，形成“鸟笼”现象，单层铠装OPGW在安装时宜采用防扭鞭。双层或多层铠装的OPGW可省略防扭鞭，但必须使用两个退扭器。

（五）压缩

必须使用与OPGW外径、张力相匹配的金具，不可使OPGW受压过大。

（六）防水

虽然光单元有轴线和纵向的防水功能，但在施工前和施工过程中，仍应避免浸水，尤其是在端口部位，在开盘测试后和架线结束接续前，OPGW端口应采取防水措施。

十、结论

OPGW集机械、电气、光传输的功能和优势为一体，具有可靠性高和故障率（包括人为）最低的优点。在设计时应遵循保护OPGW内部光纤，使之不受外力和恶劣环境的影响，其技术特性不但要保证传输性能，还应完全满足电力架空线路的规程和设计要求，包括气象条件，金具配置和施工等因素。

作者简介：韩英（1974－），河北任丘人，河北省任丘市电力局生技部助理工程师，从事电力工程设计、供电可靠性管理等工作。