OPPC在风电场外部通信上的应用

张 进，张 玮

(华北电力设计院工程有限公司，北京 100120)

风机通信可分为内部通信和外部通信，内部通信指的是机舱控制柜到底部控制柜的通信，这之间的数据通过五类屏蔽双绞线来传输。外部通信指的是风力机到中央监控中心的通信，这部分的数据通过光缆来传输。

目前，在华北地区风电场风机外部通信中，被大量使用的电力架空光缆主要为ADSS(All-dielectric Self-supporting Optical Cable简称ADSS)全介质自承式光缆，为有效利用现有风电场35kV集电线路资源，降低通信线路投资成本，OPPC(Optical Phase Conductor简称OPPC)光纤复合架空相线作为更安全、高效、节能、环保的新型特种架空光缆，可使风电场35kV集电线路具有传输电能和通信的双重功能。

1 风机外部通信

1.1 风机外部通信系统

近年，随着国家低碳经济产业政策和可再生能源法的颁布实施，风力发电作为新能源发电的主力项目进入了飞速发展的时代。风力发电机组的单机容量也从600～750MW，发展到了以1.5～2MW等MW级主流机型，并开始发展3～5MW级大型陆上风力发电机组。但单机容量的增大并未对风力发电场的整体布局带来本质变化，单台风力发电机组仍需就地升压后通过10kV、35kV等电压等级的集电线路汇集后送入升压管理站。风力发电机组通过光缆与风电场中央监控中心控制管理平台实现通信和远传管理，这部分的通信被称为风机外部通信系统。

1.2 集电线路通信现状

风电场集电线路电压等级多为35kV等级，接线方式多为架空线、直埋电缆或架空线与电缆相结合的方式。内陆风电场集电线路普通情况多为后者,即风力发电机与升压箱变之间、升压箱变与输电主干线之间选用电缆方式,输电主干线多以架空线方式为主。

目前，大多数的风机外部通信都采用的是ADSS光缆沿架空集电线路杆塔架设或与地埋电缆同沟敷设的方式至风电场升压管理站中央监控中心。但是在某些情况下，特别是对于山脊型风电场，由于地形起伏多变，很难全程满足光缆对地距离要求，会给线路运行带来潜在隐患。

此外，由于我国内陆型风电场地理位置多为海拔较高，气候条件恶劣的山脊上，架空集电线路因遭雷击或大风发生单相接地故障或倒杆的事故时有发生。此类事故中多伴有通信中断的现象发生，为风电场实现快速检修、恢复生产运行带来障碍。同时，由于线路地处荒山野岭，难于实施全面监控和职守，光缆及接头盒被盗的事件也时有发生。

随着风电场规模的不断的发展，风电场自身自动化水平在不断发展完善，电网对风电场监控、调度力度不断加大，加之风电机组就地的箱式变压器也需通过风机通信光缆上传信号，电力线路通道日趋紧张。传统电力特种光缆可能无法满足对光缆芯数的需求，需要考虑其他解决方案。

2 OPPC结构

OPPC是将光纤单元复合在相线中的光缆，它由光缆单元和绞合导线单元组成。其结构是在传统导线的基础上， 用1 个或几个光单元替换原来的导线材料，再同心绞合而成，具有相线和通信的双重功能。导线单元是传输电能的关键部件，一般有铝包钢芯绞线和铝线，要求导线截面选择合理，以保证线路有良好的电压传输质量和发热条件，还要具备足够的机械强度。OPPC光纤复合架空相线科技含量较高，将其应用于架空送配电线路中，可节约专用通信走廊，减少对环境的破坏。

OPPC 光缆具有中心管式与层绞式2 种，其结构如图1 所示。

图1 OPPC光缆的典型结构

3 OPPC应用在风电场集电线路中的优势

在风电场集电线路施工中，OPPC光缆的机械及电气特性方面与其他相线相似，因此，避免了在使用ADSS光缆需考虑线路杆塔承载负荷的问题。同时也解决了35kV集电线路不架设地线，无法架设OPGW的问题。且OPPC光缆的光单元放于相线内，避免了ADSS因场强的作用而导致光缆电腐蚀或引发的烧毁断缆事故，解决了在跨越、交叉的情况下无法满足光缆对地距离要求的问题。此外，OPCC光缆接头盒位置较高且带高电压，也避免了被盗的可能性。

4 集电线路OPPC选择

4.1 主干集电线路的敷设方式

华北地区风电场多地采用一机一变的接线形式, 由每台风机出口端690V 电压升压为35kV后采用“T”接方式接入主干集电线路送至风电场升压站，一个风电场的集电线路一般由多个回路组成。

风电场主干集电线路敷设方式一般有两种，即：架空方式和电缆敷设方式。而根据电力市场的现状, 一般电力电缆线路的投资远远高于架空线路, 较之能达到倍数级的关系。同时电缆线路多采用直埋方式埋设于地下，容易发生盗窃事件，且不利于检修维护。故除个别地区的风电场, 由于土地资源和环境等因素制约下场内只能采用直埋敷设电缆方式外, 大部分的风电场由于地处偏远地区, 人烟稀少, 同时对环境影响较小的前提下, 较多的形式是场内集电线路采用架空线路与电缆相结合的方式，即：集电线路输电主干线以架空方式为主，风力发电机与升压箱变之间、升压箱变与输电主干线之间选用电缆方式。

4.2 OPPC光缆的应用

OPPC光缆在工程中应用时，仅需将三相导线中的一相或1根更换为OPPC光缆即可，其既满足了线路输电的要求，又满足了系统对通信信号的要求。OPPC结构选型是按照导线的结构，用相同尺寸的不锈钢管光纤单元代替其中1股或几股的铝包钢线，这样的OPPC结构选型就可能十分接近另外2条导线的电气特性。由于OPPC外层铝合金材料强度远大于传统钢芯铝绞线外层硬铝线的强度，在相同的运行温度下弧垂变化更小，可以更好地与传统导线进行选型配合。

4.3 金具的选择及安装

OPPC光缆的安装金具不能采用传统的压接卡式金具，因其虽为全金属结构，但缆线内复合有松套光单元，传统金具会因受力面积小导致光单元受压变形，影响光纤通信稳定性。而应参考OPGW光缆选配金具情况，采用双层预绞式耐张、悬垂金具，以减轻对OPPC 光缆的局部压力，并使OPPC纵向张力可以分散到较长的区域。光缆应力分布均匀，无应力集中点，这样不仅能很好地保护光纤，同时又有较大的握力及动态承受力。

4.4 OPPC 的接续与光电隔离

与OPGW不同的是OPPC直接安装在高压系统中，其安装的金具和附件(如耐张线夹，悬垂线夹和终端接头盒)需绝缘，线夹可用于相应的绝缘耐张串或绝缘悬垂串，光电绝缘(分离)和连接则需要特殊的技术，对施工的要求也比较高。

4.4.1 OPPC 光缆的中间接续

OPPC 作为特种自承式光缆，在使用中不可避免的需要进行盘长配置与中间熔接。在线路中间进行光缆接续时，因光通信信号不受电磁干扰，OPPC光缆的中间接续无需考虑光电隔离，所以对中间接头盒等设备的要求也相对较低一些， 中间接头盒通常采用导电式非绝缘接线盒。除了满足特种光缆接头盒需要具备的强度、抗冲击性能、密封性能等，还需具有不低于与所配套使用的线路绝缘等级。光缆接续时在接头盒盒体内部完成光纤的熔接与存放，在外部利用并沟线夹与同截面的导线或相同的OPPC作为引流线，进行跳线接续。接头盒盒体部分为铝合金材料制作，其较大的体积与表面积使得接头盒内部温度远低于导线的运行温度，保证存纤盘等附件的安全运行。

OPPC支柱式中间接头盒，在杆塔安装时要搭设安装平台，在平台上进行安装，安装时需注意与塔间的安全距离。悬挂式中间接头盒安装在耐张塔的跳线悬垂位置，安装时需注意引流跳线对地(塔间)的安全距离，有时需考虑悬挂重锤。

图2 OPPC 光缆的中间接头盒

4.4.2 OPPC 光缆的终端接续与光电隔离

OPPC 光缆的终端接续，因需将OPPC 光缆引入通信机房，在终端时需将同缆传输的光信号与高压电流进行分离，这就需要使用OPPC 终端接头盒，如图3 所示。OPPC 光缆在进行光电分离时， 一般采用上、下2 次熔接的方式，上、下接头盒与支柱式复合绝缘子之间采用预埋光纤的方式，完成光信号的贯通，高压电流采用并沟线夹接跳线的形式引入变电站变压器内。

5 技术经济分析

5.1 安全性

OPPC光缆作为相线与光缆的复合体， 在风电场集电线路架设时被安装在相线位置，全金属的缆线结构，完全避免了ADSS 光缆中常见的电腐蚀问题和交叉跨越，对地距离的问题，且运行应力按照导线进行设计，提高缆线耐振水平。

图3 OPPC光缆的终端接头盒

5.2 经济性

OPPC光缆作为相线与光缆的复合体，在线路架设时可以一次完成，线路架设完毕无需重新架设通信光缆线路通道，其通信容量完全满足风电场的通信需要，且较ADSS光缆投资总额将大大减少，综合经济性比较明显。目前，新建ADSS 光缆线路，其材料采购费用在12000～15000元/km，施工费用在8000～10000元/km。而采用OPPC光缆，根据已有工程实践数据，约可节省三分之一的费用，可见OPPC光缆用于风电场外部通信是一种既经济又安全可靠的通信方式。

6 结语

OPPC作为电力特种光缆，近几年在35kV及以下输电线路中得到了广泛应用，运行时间最长的线路已近7年，最高运行电压110 kV。它的运用不但可以充分利用风电场自身的集电线路资源，实现风电场风机外部通信，还可以解决ADSS 光缆在风电场风机外部通信无法解决的技术和管理问题，并且减少环境的破坏，符合资源节约、保护环境的要求。

随着我国OPPC 光缆制造技术日趋成熟，以及OPPC光缆的研究与应用所取得的良好效果，相信未来OPPC 光缆在中国的风电场将有很好的发展前景。

[1]陈广生，周殿臣，张建.OPPC光缆在工程应用中的探讨[J]，电力系统通信，2009.

[2]孙瑞华，等.OPPC光缆在35 kV线路的应用[J].电力系统通信，2009.

[3]彭建安.OPPC光纤复合架空相线的应用[J].江西电力，2009.