光纖通信已成為電網(wǎng)建設和電網(wǎng)改造的一個重要組成部分。光纖通信容量大,抗干擾性能好,不但可以滿足電力系統(tǒng)中通信及自動化的需要,而且可以將富余的容量提供給社會。光纖通信既可以提高電網(wǎng)的供電可靠性,也可以取得良好的經(jīng)濟效益。
利用架空電力線路走廊,在線路桿塔上進行架設,是一種非常經(jīng)濟的光纜敷設方式。目前,在架空輸電線路上架設光纜主要有兩種形式:光纖復合架空地線(OPGW)和全介質(zhì)自承式光纜(ADSS)。新建的電力線路上通常選用OPGW,ADSS常用于已建成的電力線路上。ADSS光纜相對OPGW投資較小,可在電力線路不停電狀態(tài)下架設,設計施工、維護等也較方便,已在建成的電力線路上得到廣泛的應用。
ADSS光纜的適用范圍
對于新建或已建成的220kV及以上的高壓輸電線路,且作為通訊干線走廊的,為保證通訊線路與輸電線路運行壽命(30年以上)的匹配性,從光纖通信的可靠性、施工和維護等方面考慮,工程人員應選擇OPGW,220kV及以上的干線輸電線路不宜選用ADSS光纜。
對于已建成的220kV及以下的輸電線路,特別是區(qū)域變電所間的通信,可以考慮選用ADSS光纜。工程人員首先應考慮現(xiàn)有電力線路上架設ADSS光纜的可靠性,對電力線路已運行時間、桿塔的老化程度、原設計標準等條件來進行評估,從而確定架設的可行性。
由于電力線路的設計技術規(guī)程多年來已進行過修改、調(diào)整和補充,所以對已運行多年的電力線路桿塔強度的校核難度大,成為架設ADSS光纜的關鍵問題。總的原則是在不影響電力線路安全運行、不降低可靠性的前提下,方可架設ADSS光纜。因此,筆者建議架設ADSS光纜,應盡量選擇線路桿塔條件較好的電力線路。
在產(chǎn)品方面,國內(nèi)目前有ADSS光纜的產(chǎn)品和檢驗標準,如國家標準GB/T18899《全介質(zhì)自承式光纜》和電力行業(yè)標準DL/T788《全介質(zhì)自承式光纜》,國際上主要有IEEE-P1222《用于架空輸電線路的全介質(zhì)自承式光纜IEEE標準(草案)》和IEC60794-4《光纜第4部分:分規(guī)范-沿電力線架設的光纜》。在工程方面,國內(nèi)有電力行業(yè)標準DL/T5344《電力光纖通信工程驗收規(guī)范》和DL/T767《全介質(zhì)自承式光纜(ADSS)用預絞絲金具技術條件和試驗方法》,但至今沒有成熟有效的針對ADSS光纜的線路工程設計規(guī)定/規(guī)程和規(guī)范,所以ADSS光纜安裝設計,只能參照現(xiàn)行的電力行業(yè)標準DL/T5092《110-500kV架空送電線路設計技術規(guī)程》。
ADSS光纜選擇
1.ADSS光纜結構
ADSS光纜的結構分為中心束管和層絞束管兩大類,除了一些各方面條件較好的電力線路,一般情況下宜選用層絞束管結構的ADSS光纜。
ADSS光纜中的光纖是以波狀導入束管內(nèi),然后束管進行絞合,產(chǎn)生絞合余長,光纖具有適當?shù)挠嚅L,保證了光纜承受正常工作的機械負荷時光纖不受力(即光纖零張力設計),也不會增加光纖的損耗。
2.ADSS電氣性能
ADSS光纜的類型選擇首先要考慮電氣性能要求,即ADSS所能承受的空間感應電場(電位)的大小,原因是ADSS光纜工作在高壓線路導線附近,導線周圍空間存在電磁場,光纜對導線和地之間的電容耦合使光纜處于一個空間電位的位置,因霧、露或下小雨時,潮濕的污穢在光纜外護套表面形成一個電阻層。在空間電位的作用下,護套表面對鐵塔上的光纜接地金具之間流有電流,電流發(fā)熱造成水分蒸發(fā),使光纜外護套表面形成小段的干燥地帶,阻斷了電流,當干燥帶的電位差達到一定高度時,便發(fā)生放電形成電弧,這就是干帶電弧。它產(chǎn)生的熱可以使交聯(lián)聚合物逐步失去結合力而形成腐蝕,護套會熔成洞。這種現(xiàn)象或故障稱為護套電腐蝕或電痕,嚴重時會導致斷纜。
ADSS采用何種類型的外護套取決于光纜安裝位置的空間電位的大小,與電力線路的電壓等級、桿塔結構、導線布置及相位排列等多因素相關。
3.ADSS機械性能
(1)力學特性
ADSS光纜的機械強度方面,紡綸承載、纜內(nèi)紡綸的數(shù)量決定了光纜的額定抗拉強度(RTS),單位為kN。
ADSS光纜最大允許張(應)力(MAT)對應于在最惡劣的設計氣象條件下光纜所受到的最大張(應)力,單位為kN或N/mm2。
ADSS光纜的年(日)平均張(應)力(EDS)對應于在無風、無冰及年平均氣溫下的張(應)力,單位為kN或N/mm2。
ADSS光纜的極限運行張(應)力(UOS)可視作纜的過載能力,對應于在短時超過設計氣象荷載時纜所承受的張(應)力,單位為kN或N/mm2。
這四個力值之間存在一定的關系且與光纜結構有關,相關標準做出了規(guī)定如表1所示。
它們之間的關系又被稱為“光纖應變窗”或纜的“應力應變”性能。
(2)張力—弧垂特性
與該特性有關的光纜的機械性能主要包括纜徑、纜重、彈性模量和熱膨脹系數(shù)等。
ADSS光纜具有可變跨距特性,對于同一條光纜,如果氣象條件和弧垂不同,它的允許使用檔距是不同的,如圖1所示。
圖1 ADSS光纜可變跨距示意圖
根據(jù)要架設光纜的電力線路設計氣象條件、檔距、跨越情況,桿塔的設計運行狀況,線路轉(zhuǎn)角、高差等情況,工程人員來確定ADSS光纜的機械性能。通常以電力線路的設計氣象條件計算的ADSS光纜張力弧垂表為依據(jù)。校核桿塔的強度,增加的負荷主要有風荷載、復冰荷載及不平衡張力;還應校核交叉跨越,根據(jù)校核情況,最終確定ADSS光纜本身的機械性能。