蘇柏青
湖南省電力勘測設計院，湖南長沙 330032
摘 要：對復合架空地線光纜OPGW的設計進行了探討，并結合設計對OPGW施工中需注意的事項作了一些論述。
關鍵詞：OPGW；設計選型；施工
復合架空地線光纜（簡稱OPGW）是電力系統獨有的，具備了電力線路地線和光纖通信雙重功能的新技術。OPGW作為一種新興的信息傳輸通道，近幾年在我國得到了迅速發展，它具有通信容量大、抗干擾、安全可靠、不占用線路走廊的特點；同時它將通信光纜和高壓輸電線路地線巧妙地結合成一個整體，其良好的機械性能和導電性能不僅滿足普通地線的防雷要求，還因具備良導體良好的屏蔽作用，可大大減小送電線路對鄰近弱電線路的電磁危害。目前OPGW尚沒有統一的生產系列號，其集機電特性、熱穩定和通信光纖的各種要求于一體，各參數之間相互制約。OPGW的生產廠家由于生產工藝和制造設備的差異，其產品的參數各有偏重，因而即便各個廠家的OPGW的參數均分別滿足要求，該產品的整體特性是否滿足線路工程的要求還必須通過設計人員進行驗算確認。
1 OPGW的設計條件
1．1 對光纖的要求
OPGW基本作為通信干線，其對纖芯的質量要求很高，目前一般采用單模光纖或色散位移光纖。在設計招標時，應重點考察光纖的芯數、工作波長、衰減、色散、帶寬、彎曲附加衰減、熱穩定性、使用壽命等，同時要求同一OPGW廠家給工程提供的光纖必須來自于同一制造商并屬同一技術范疇。
1．2 對OPGW機電特性的要求
OPGW作為架空地線，除滿足通信要求外還必須有足夠的抗拉強度滿足機械要求，同時滿足熱穩定性要求。其設計須遵循DL／T5092—1999“110～500kV架空送電線路設計技術規程”的規定，還應考慮OPGW的特殊要求。在設計中應具備如下條件：
（1）送電線路電氣參數：電壓、10～20年遠景規劃系統容量、單相接地短路電流、線路繼電保護切除時間、沿線的大地電導率分布、線路桿塔的允許荷載。
（2）氣象條件：如最高氣溫、最低氣溫、年平均氣溫、最大覆冰厚度、最大風速、年雷電日、線路所經地的雷擊概率等。OPGW作為架空地線，其設計氣象條件應與線路氣象條件完全一樣。
（3）OPGW的機電要求：結構應能保證光纖防潮，防擠壓，不受損傷；在OPGW承受70％UTS時，光纖不受拉力；承力部分應由鋁合金絲或鋁包鋼絲組成，不得含鋼絲；有良好的耐振性能和耐雷擊性能，運行壽命30年以上。
2 OPGW設計選型
2．1 OPGW結構形式
OPGW結構形式因生產廠家的不同存在著較大差異，各種結構又具有各自的特點。OPGW作為信息傳輸工具，其光纖的受力對信號的衰減有很大的影響。光纖的受力分為側壓力和軸向拉力，減少側壓力的方法可采用鋁骨架和不銹鋼管光單元的結構，減少軸向拉力的方法是使光纖保持適當的余長。按照光纖緩沖結構在運行中是否承受拉力來區分，可分為松套結構和緊套結構兩大類。緊套結構由于結構緊密，光纖活動空間較小（幾乎沒有余長），盡管各種氣象條件及大檔距下OPGW的延伸率不過千分之幾，生產緊套結構OPGW的廠家也承諾其產品在光纜張力不超過自身UTS的情況下，其光纖不受影響，但從光纖的安全角度考慮，采用有適當余長的松套結構更為合理。從實際應用角度來看，現在應用較為廣泛的松套結構主要有層絞式、骨架式、中心束管式結構。松套結構光纖余長在OPGW成纜時可控制到5‰～7‰（一次余長），基本上可保證各種氣象的變化導致OPGW伸長而光纖衰耗在允許值以內。層絞式松套結構光纖余長還可因工程需要控制到9‰～10‰（二次余長），但這種情況較少，也不主張過多實行。現有OPGW各種結構中，從結構上來看以層絞鋼管式結構最為緊湊，其有效承載面與總截面的比值最大，在相同張力情況下它的總截面最小，風荷載也較小，能有效解決光纖的余長問題和重冰區的抗側壓問題。
2．2 OPGW的熱穩定
當輸電線路發生短路故障時，通過OPGW的短路電流較大，時間較長，會使OPGW的溫度急劇上升。為使OPGW中的光纖不至因過熱而破壞，必須要對OPGW進行熱穩定計算，也就是說，要根據系統短路電流和保護動作切除故障時間來計算出線路短路后的地線溫度，滿足低于OPGW的最高允許溫度的條件。因此，熱穩定容量是選擇OPGW的重要參數。由于送電線路故障持續的時間很短，熱量向外擴散得很少，因此可以不考慮散熱過程，而近似地認為地線上電流產生的熱量全部用于導體的溫升。
通用計算公式如下所示：
式中：
IY———允許短路電流（A）；
TY———最高允許溫度（℃）；
T1———初始溫度（℃），一般取20℃；
a1———初始溫度下的電阻溫度系數（1／℃）；
R1———初始溫度下的綜合電阻（Ω／km）；
C0———金屬部分綜合熱容量（J／km·℃）．
其中 1．02為絞合常數；Sa及Ss分別為鋁（包括鋁合金）及鋼的截面（mm2）；綜合熱容量為各金屬部分熱容量之和；t為故障切除時間（s）。
目前計算地線上返回電流的主要方法是利用地線阻抗（包括自阻抗和互阻抗）、桿塔接地電阻、兩端變電所接地電阻建立n個“Π”形等值電路組合的數學模型，利用計算機編程的方法解這個網孔矩陣方程，通過進行多區段、多組合、多方案的計算來選擇OPGW和分流線的最佳組合方案。由于越靠近進出線兩端，送電線路單相接地短路電流越大，在實際工程設計中，通常在進出線段將OPGW以外的另一根地線采用電阻小的良導體作為分流線，以減少送電線路短路時流過OPGW的返回電流，保護OPGW。
2．3 OPGW機械強度校驗
OPGW除了滿足電氣性能的要求外，還必須進行機械強度校驗，保證其機械特性、抗拉強度和導地線應力滿足規程規定的要求。OPGW的應力、弧垂、荷載按照架空送電線路的計算方法計算。根據湖南院這幾年的設計經驗，OPGW的機械強度通常比普通地線如GJ－50大，能滿足應力、弧垂的要求，但由于OPGW中間有光纜單元，其截面積一般比普通地線大，因此在選取OPGW機械參數時，要重點驗算各種工況下桿塔地線支架的荷載。
3 OPGW金具及防振
OPGW各種金具由廠家配套供應，其中包括懸垂金具、耐張金具、防振錘、護線條以及引下卡具等。OPGW需要采取防振措施，不同檔距的安裝個數由廠家提供。
4 施工中應注意的事項
施工時應嚴格按照廠家提供的《OPGW施工說明書》進行操作，認真核對和清點OPGW盤號、金具型號等附件的數量。OPGW必須采用張力放線，在放線過程中，OPGW應與地面和其他障礙物保持一定距離，注意限制OPGW彎曲半徑，以免損壞光纜纖芯；OPGW緊線采用廠家配套提供的緊線器和牽引網套；OPGW的鋁包鋼部分和鋁合金部分可以采用傳統的切割方式進行切割，但放置光纖的不銹鋼管必須用廠家配套提供的不銹鋼切割進行切割，必須注意不得碰傷光纖；除設計確定的接頭位置以外，OPGW在線路中任何地方不允許接頭，因此，除進出接線盒位置的OPGW按施工要求可以進行少量切割外，其它任何地方不得切割；OPGW的生產廠家需對OPGW放線、接續后整條OPGW線路的有關參數負責，因此OPGW放線過程中廠家會派出技術人員對OPGW的放線及接續的全過程進行技術指導及施工督導。對信號的衰減有很大的影響。光纖的受力分為側壓力和軸向拉力，減少側壓力的方法可采用鋁骨架和不銹鋼管光單元的結構，減少軸向拉力的方法是使光纖保持適當的余長。
