110kV威草I回OPPC光缆工程 施工图说明.docx
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110kV威草I回OPPC光缆工程施工图说明
7
110kV威草I回OPPC光缆工程
施工图设计
光缆本体部分说明书
（审定稿）
编制单位：
六盘水洪源电力咨询服务有限公司
二○一一年九月毕节
110kV威草I回OPPC光缆工程
（光缆线路本体部分）
施工图设计
设计综合说明书
（审定稿）
审定：
审核：
主设人：
编写：
本体部分卷册总目录
第一卷光缆本体部分说明书
第二卷架线明细表
第三卷机电施工图
第一卷光缆本体部分说明书
1总体部分
1.1设计依据
1）毕节供电局生产技术部，2011年4月20日《贵州电网公司毕节供电局2011年通信防冰措施项目工程110kV威草I回OPPC光缆工程》《设计委托函》。
2）原110kV威草I回线路施工图设计文件及毕节供电局提供其他有关资料。
3）设计依据的有关规程规范
由于本设计是在原110kV威草I回线路的基础上进行，OPPC光缆线路设计遵循原线路本体工程设计规程、规范。
1.2设计范围
本光缆工程路由情况如下
本光缆工程是利用“110kV草海变～220kV威宁变”同杆塔架设光纤复合架空导线（OPPC）以及两端通过ADSS光缆进入通信机房，光纤芯数24芯，光缆线路长为8.872（OPPC）+0.40（ADSS）=9.272km。
1.3工程可行性
110KV草海变与220威宁变负荷均为威宁城区及附近村镇重要负荷，为保障供电安全，通信系统应在任何情况下保持畅通，保障草海变和威宁变的通信可靠性，需在110kV威草I回线架设光缆，光缆建成后能保证110kV威草I光缆回线之间的通信需要。
综上所述，建设《110kV威草I回OPPC光缆工程》，并争取在2011年冰冻期以前建成投运是十分必要的。
1.4建设单位、施工单位及建设期限
建设单位：
贵州电网毕节供电局
设计单位：
六盘水洪源电力咨询服务有限公司
施工单位：
招标拟定
监理单位：
招标拟定
施工时间：
招标拟定
建成投产时间：
招标拟定
1.5路由方案选择
本光缆工程路由方案情况如下
目前由于110kV草海变至220kV威宁变有110kV威草I回线和110kV威草II回线两条线并行，两条线均可架设OPPC光缆，但由于110kV威草II回线已建设OPGW50/9/6.5，为保障线路的安全性和多路由，故推荐OPPC光缆架设在110kV威草I回线路上。
110kV威草I回线由原海老线和110kV海老线π接220kV威宁变110kV线路组成，110kV威草I回线在海老线39号杆π接。
现场勘察时，π接工程基本完工，但新老线路未π接。
光缆路由示意见附图。
1.6线路本体工程概况
1.6.1进出线情况：
110kV草海变进出线：
OPPC复合相线进入终端塔后，用一终端接头盒与24芯ADSS光缆连接（由于出线构架下方存在其它电力设备，光缆终端接头盒不便于安装），由终端塔架空至构架后进入电缆沟，沿缆沟进入集控通信机房，此段长为200m。
220kV威宁变进出线：
OPPC复合相线进入构架后，用一终端接头盒与24芯ADSS光缆连接后进入电缆沟，沿缆沟进入集控通信机房，此段长为200m。
光缆路由示意图：
1.6.2线路历史情况：
原线路建设单位：
贵州电网毕节供电局
设计单位：
贵州电力开发设计研究所
施工单位：
贵州送变电兴筑公司
运行时间：
威草I回线路于2002年建成投运，杆路维护较好，运行情况良好。
1.6.3线路现状情况：
全线海拔高程约2200～2450m，全线以丘陵和一般山地为主。
地形系数：
高山大岭20%、一般山地40%、丘陵40%。
冰区划分：
冰区划分：
全线为10-20mm冰区；
线路交通情况：
本线路有部分公路穿插垂直交叉本线路，均可利用，交通条件较好。
本工程汽车运距15.0km，小运距离0.8km。
本工程原电力线路导、地线型号分别为：
全线为LGJ-185/45、1*7-7.8-1270、。
全线共有杆塔45基，其中耐张铁塔9基、直线铁塔7基，耐张砼杆11基，直线砼杆18基，本工程主要杆塔有：
BJ1、BJ2、BD2、BA等，最大档距454m。
被跨越物名称
跨越次数
备注
110kV线路
3
35kV线路
7
10kV电力线及以下电力线
25
公路
19
通信线
8
房屋
7
1.6.4主要交叉跨越情况：
1.7设计气象条件
由于本设计是在110kV威草I回的基础上进行，故设计遵循与原有线路本体设计气象条件一致，本工程设计气象条件及组合见下表；
项目
气象条件
温度（℃）
风速（m/s）
冰厚（mm）
最高气温
40
0
0
最低气温
-20
0
0
设计覆冰
-5
15
20
年平均气温
10
0
0
最大风速
-5
30
0
外过电压
15
10
0
内过电压
10
15
0
安装情况
-10
10
0
雷暴日
70日/年
冰比重
0.9g/cm3
2OPPC复合相线型式的选择
用OPPC替代三相电力线路中的一相，形成由两根导线和一根架空复合相线（OPPC）组合而成的电力传输系统，则不需另架设其它通信线路就可以解决电网的自动化、调度、通信等问题，并可大大提高传输的质量和数量。
而且由于OPPC采用截面大良导体材料制造，能承受短路电流、雷击电流（包括潜供电流）比OPGW大；同时相线光纤OPPC安装时不一定在杆塔最上方，所以不易遭雷击，如遇结冰，可通过导线覆冰设备，融化覆冰，避免冰害发生。
主要不利因数是投资较大，施工停电时间较长等。
对比常用的全介质自承式光缆（ADSS）和复合架空相线（OPPC）,OPPC的最大优势是融冰方便，安全可靠，故根据毕节供电局的意向，本工程选用OPPC光缆为本工程通信光缆。
2.1OPPC设计原则
OPPC应满足两种功能，即电力传输和光纤通信。
OPPC的设计原则是：
OPPC产品必须满足送电线路设计规程对导线的全部要求，同时在运行中机械应力的变化、温度变化和短路电流条件下，OPPC应能满足对于光纤通信性能和光纤传输衰耗的要求。
OPPC主要设计原则如下：
2.1.1满足110kV～500kV架空送电线路技术规程（DL/T5092-1999）。
2.1.2满足DL/T621-1997“交流电气装置的接地设计技术规程”对地线稳定要求。
2.1.3满足《电力系统光纤通信工程设计技术规定》（报批稿）的要求。
2.1.4满足《光缆架空相线（OPPC）》Q/32063GCC02-2007。
2.2OPPC设计选型
根据原线路导线型号LGJ-185/45的结构及主要技术参数选择与其相同或接近的OPPC光缆，以达到光纤复合相线与原导线相匹配，并不对原有电力输送造成影响：
OPPC-24B1-185/45光纤复合相线与LGJ-185/45导线结构及主要技术参数比较
型号
LGJ-185-45
OPPC-24B1-185/45
外径mm
19.6
19.65
计算截面mm2
227.83
221.89
计算重量kg/km
848.2
757
AS面积/AL面积mm2
43.1/184.73
37.97/184.73
计算拉断力kN（RTS）
80.19
81.4
直流电阻Ω/km
0.1564
0.14901
短路电流容量I2t（kA2S）
短路电流（40-200℃kA1s）
弹性系数N/mm2
80000
75100
线膨胀系数1/℃
17.8
18.8
允许载流量（40℃～70℃）
395
398
允许载流量（40℃～80℃）
465
491
允许载流量（40℃～90℃）
520
567
最大运行应力（MAT）（40%RTS）
133.74
146.8
表中OPPC光纤参数由深圳特发信息股份有限公司提供，仅供参考，最终结构和物理参数，待订货确定。
从上表数据对比，原导线与OPPC光缆参数基本一致，为保持两者在送电线路运行中的平衡和可靠性，在机械特性、质量、电气特性、外径等与原导线相匹配。
OPPC的缆芯采用铝包钢线材，光元件用不锈钢管层绞式结构。
2.2.1系统短路电流确定
在电力线发生短路时，有部分返回电流通过OPPC使其发热，这时OPPC的温升不能超过允许值，否则将影响光纤传输衰耗造成对光纤的损坏。
根据《电力系统光纤通信工程设计技术规定》2.1条规定，计算送电线路短路电流，应考虑5～10年电力系统发的规划或远景规划。
在OPPC选型时，通常是根据厂家提供的OPPC允许短路电流容量（kA2.t）来效验OPPC的热稳定，也就是由短路故障发生时，OPPC的短路电流通流量和短路电流等效时间来效验。
本工程根据“2013年贵州省电力系统规划”进行短路电流计算。
本工程各变电所2013年110kV侧的单相接地短路电流见下表：
变电所名称
110kV侧单相接地短路电流（kA）
草海变（110kV）
6
威宁变（220kV）
8
鉴于OPPC的运行寿命一般都大于30年，同时考虑贵州电网的远景规划及负荷增长情况，为提高本工程OPPC抗短路能力，建议本工程OPPC的短路电流容量按更远景年的短路电流水平来选取，参照相关工程OPPC短路电流取值，本工程OPPC的短路电流取为：
草海变（110kV）6kA、威宁变（220kV）侧8kA进行短路电流计算。
2.2.2短路电流等效时间的确定
根据《电力系统光纤通信工程设计技术规定》（报批稿）2.2条规定，短路电流持续时间，对于高可靠线路取0.25～0.3s，一般线路取0.5s。
本工程短路电流持续时间取值为0.3s。
2.2.3线路入地总短路电流
1）根据毕节变110kV侧母线单相短路电流为6kA，计算在毕节变110kV侧出口4.5kV段短路时总入地电流见下表。
1
2
3
4
5
草海变（km）
0.05
0.5
1.0
1.5
2.0
总入地电流（kA）
5.74
5.52
5.36
4.94
4.78
6
7
8
9
10
草海变（km）
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
总入地电流（kA）
4.35
4.04
3.85
3.54
3.32
2）根据茶亭变110kV侧母线单相短路电流为4.5kA，计算在茶亭变110kV侧出口4.5km段短路时总入地电流见下表。
1
2
3
4
5
茶亭变（km）
0.05
0.5
1.0
1.5
2.0
总入地电流（kA）
4.31
4.14
4.02
3.71
3.59
6
7
8
9
10
茶亭变（km）
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
总入地电流（kA）
3.26
3.03
2.89
2.66
2.49
2.2.4OPPC短路热稳定的计算
输电线路的短路电流通常在两端变电所出口处最大，一旦离开将急剧衰减，一般考虑在线路两端出口处1～6千米较短距离内选用的OPPC必须满足要求，应效验其热稳定。
根据本工程各变电站出口短路电流大小，同时考虑到便于光缆的施工、运行维护，根据以往工程经验暂按以下参数进行短路电流分配计算。
当选择OPPC-24B1-185/45时，在单相短路故障点发生在进线档时，OPPC中流过的返回电流7.76KA，满足热稳定要求。
2.2.5光纤技术参数
光缆选用的光纤为ITU－TG.652光纤。
工作窗口为1310nm、1550nm。
工程所采用的OPPC光缆、导引光缆、尾纤，其光纤是同一生产厂按同一生产工艺生产的同批次光纤，每盘光缆没有光纤接头。
成缆前的一次涂覆光纤全部经过拉力筛选试验，试验拉力不小于8.6N（约为0.7Gpa，100kpsi，光纤应变约为1%），加力时间不小于1秒钟。
以保证在长期运行中，光缆承受规定的工作荷载条件下，光信号的衰减值不超过标书的要求，不发生光纤的破坏。
G.652光纤特性（成缆后）
1、光纤几何特性
（1）模场直径：
9.3μm±0.5μm
（2）包层直径：
125μm±2μm
（3）包层不圆度：
＜1%
（4）模场同心度偏差：
＜0.8μm
（5）涂层直径：
245±10μm
2、光纤的光学特性
（1）折射率分布：
见附件。
（2）有效群折射指数：
见附件（λ=1.31μm,λ=1.55μm）。
（3）截止波长：
<1270nm。
（4）零色散波长：
1300-1324nm。
3、光纤的传输参数
（1）损耗系数≤0.35dB/km（λ=1.31μm）。
（每盘每纤单向最大值）
≤0.21dB/km（λ=1.55μm）。
（每盘每纤单向最大值）
（2）色散：
零色散最大斜率≤3.5ps/nm·km（λ=1310nm）。
≤18ps/nm·km（λ=1550nm）。
（3）熔接衰耗（工程条件）：
≤0.05dB/个（双向平均值）。
2.2.6OPPC光缆耐热性能及融冰措施对光纤性能的影响
与传统导线相同，OPPC正常运行时长期最高温度设计为80℃，N-1事故情况下设计为90℃。
经测试，通流后导线实际表面温度低于70℃，符合我国现行标准对导线最高温度70℃的要求。
70℃-90℃的温度对导线的铝、钢性能无影响，材料组织结构不会遭受破坏，不会引起塑性变形。
根据欧洲实验室试验，在无风、环境温度为40℃情况下，通流使OPPC表面温度达117℃时，OPPC光纤依然正常运行。
因此，OPPC并不需要使用耐高温光纤，使用常规光纤即可。
下表为OPPC光纤的环境性能，数据表明其性能是满足通信要求的。
常规光纤环境性能
温度循环附加衰减（-60℃-+85℃）
≤0.05dB/km
湿热老化（+85℃±2℃,85%RH,30天）
≤0.05dB/km
高温老化（+85℃±2℃,30天）
≤0.05dB/km
输电线路通常采用热力融冰方式进行融冰，其技术原理就是将覆冰导线作为负载，施加直流电源，用较低电压提供短路电流，加热导线使覆冰融化。
这种融冰方式会使导线温度升高，OPPC正常运行时长期最高温度设计为80℃，因此需要合理控制融冰电流和融冰时间，避免融冰时导线温度超过这一最高限值。
峰值温度不应超过+200℃，且持续时间不应超过5秒，否则可能会影响光纤的传输性能。
OPPC长期运行最高设计温度为80℃，高于普通导线温度的限值70℃，因此适用于普通输电线路的正常的热力融冰措施对于OPPC光纤性能不会产生损害。
2.2.7OPPC设计选型推荐方案
综上所述，本工程设计选型推荐方案，OPPC主要参数及要求如下表，其最终参数待设备招标时确定。
OPPC-24B1-185/45光纤复合相线结构及主要技术参数
导线型号
OPPC-24B1-185/45
外径mmΔ≤
19.65
计算截面mm2
221.89
计算重量kg/km
797
AS面积/AL面积mm2
37.97/184.73
计算拉断力kN（RTS）Δ≥
81.4
直流电阻Ω/km
0.14901
短路电流容量I2t（kA2S）≥
474.8
短路电流（40-200℃kA1s）≥
21.8
弹性系数N/mm2
75100
线膨胀系数1/℃
18.8
允许载流量（40℃～70℃）
398
允许载流量（40℃～80℃）
491
允许载流量（40℃～90℃）
567
最大抗侧压力（N/100mm）
卖方提供
最大运行应力（MAT）（40%RTS）
146.8
年平均运行应力（EDS）
卖方给出
极限抗拉强度（UTS）（kN）
卖方给出
允许最小弯曲半径
动态
允许最小弯曲半径
静态
安装温度
-10℃～+50℃
运输和运行温度
-40℃～+80℃
2.2.8ADSS光缆技术要求
使用地区
终端塔至通信机房
型号
ADSS-AT-24B1-100m
使用范围
110kV
Δ光纤芯数
24
Δ外径（mm）
≤12.5
参考质量（kg/km）
≤121
Δ最大场电压为（千伏）
25
Δ标称抗拉强度（kN）
≥10
最大档距（m）
100
熔接衰耗
<0.05dB/km
最大允许工作应力MAT（kN）
卖方提供
最大抗侧压力≥2200N/100mm
卖方提供
建议最大档距（m）
卖方提供
杨氏模量（kN/mm2）
卖方提供
热膨胀系数（1/゜C）
卖方提供
极限最大允许工作张力（kN）
卖方提供
建议的每日张力EDS（kN）
卖方提供
芳纶股数
卖方提供
芳纶每股受力（kN）
卖方提供
受力截面（mm2）
卖方提供
外护套材料及厚度最小值：
≥1.5mm
卖方提供
3导线与OPPC组合配置
3.1导线与OPPC组合配置
根据原设计资料及运行资料，原线路导线采用LGJ-185/45钢芯铝绞线，安全系数为2.786，最大使用应力为120.019（N/mm2），与之匹配的光纤复合架空相线OPPC-24B1-185/45，安全系数为2.82，最大使用应力为131.775（N/mm2）。
OPPC光缆与原导线在运行中应力基本一致。
故导线应力与弧垂在各个阶段（档距、温度）相同。
3.2OPPC初伸长处理
OPPC-24B1-185/45初伸长处理：
初伸长按降温20℃进行补偿。
由于原导线经过长期运行，初伸长已完全消失，因此新架设光缆驰度因略高于原导线驰度，施工时应按应力弧垂数据执行。
4绝缘配合设计
绝缘配合按Q/CSG中国南方电网有限责任公司企业标准《110kV～500kV架空输电线路设计技术规定》（暂行）（Q／CSG11502-2008）和《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997），以及毕节供电局提供的运行资料及原设计资料。
4.1污区划分
根据草海供电提供的运行资料及原设计资料，该线路所经路径区域有一采石场，污染Ⅲ极。
4.2绝缘子串的选择
根据毕节供电局提供的运行资料及线路踏勘情况，本工程绝缘子串运行状况较好，不需更换，本工程只需更换线夹，其余保留线路本体原有。
5OPPC金具设计
针对本工程设计的具体条件，实际的档距、高差以及OPPC的悬垂角，设计OPPC的悬垂串的串型，以确保OPPC的运行安全。
推荐OPPC均采用预绞丝式悬垂及耐张线夹。
1）悬垂线夹破坏强度及最小握着力要求如下：
适用型号
破坏强度
握着力
OPPC-24B1-185/45
≥100kN
采用有限握力线夹
2）耐张线夹破坏强度及最小握着力要求如下：
适用型号
破坏强度
握着力
OPPC-24B1-185/45
≥OPPC破断力
≥95%OPPC破断力
6OPPC的防振设计
架空送电线路导线振动的产生与多种因素有关，包括风激、地形及地物条件、线夹的设计等等都有关系。
而目前，从防振的角度来看，导线阻尼和疲劳性能以及导线的自身性能、地形地貌等对振动的影响较大。
工程上行之有效的防振措施包括减小导线平均运行应力、采用护线条和采用防振锤、阻尼线等。
参照《电力系统光缆通信工程设计技术规定（送审稿）》的要求，OPPC平均运行应力应限制在20%UTS以下，这对于减少OPPC的振动较为有利（本工程OPPC的平均运行应力在20%UTS以下）。
同时，OPPC采用了预绞丝式的悬垂线夹和耐张线夹，对于增加导线线夹出口的刚度、减少弯曲应力以及动态冲击应力也都有较大的帮助。
根据本工程中标厂商对OPPC的配套防振设计，本工程采用预绞式防振锤进行防锤。
具体金具、防振锤使用数量、型号及安装方式、安装距离等，详见《架线明细表》，以及《机电施工图》及厂商提供的《安装手册》。
7OPPC接头和盘长要求
由于OPPC不允许在档内接头，只能在铁塔上将OPPC引下至接头盒进行接头，因此，OPPC的长度必须按配盘后各耐张段定长订货。
本工程OPPC的接头将在施设时确定。
根据制造厂家的生产能力，本设计OPPC的最大盘长定为3.55km。
8接头盒要求
光缆接续盒为不锈钢或铝合金材质，接续容量为24芯，接续盒有很好的密封性能、机械强度，以确保运行安全，接头盒安装形式根据中标厂家商定。
光缆接续由厂家负责,具体接续费用含在招标报价内。
OPPC接头盒设计要求
（1）电气性能：
适用电压等级为110kV，干工频耐受电压265kV，湿工频耐受电压200k。
（2）机械性能：
确保OPPC与接头盒之间连接用固定夹具的机械性能和抗拉强度。
（3）光学性能：
光纤单元的盘绕附加损耗最小。
（4）密封、耐环境性能：
水压密封要求满足2m水深，24h取出盒内无水滴，绝缘污秽等级为III级。
密封性能在25年内不失效。
（5）接头盒绝缘性能应满足规范的要求。
（6）接头盒的引流线推荐并沟线夹采用“安普”线夹。
（7）接头盒绝缘设计
按照电力行业标准《110-500KV架空送电线路设计技术规程》DL/T5092-1999Ⅱ级污秽区为2.0～2.5cm/KV,为使所选绝缘子片数对该区域有一定裕度，推荐本工程Ⅱ级污秽区单位泄漏距离为2.5cm/KV（标称电压），并按海拔1600米高程进行修正，结果取值为1220mm。
因此要求接头盒绝缘高度≥1220mm满足。
本工程推荐：
中间接头盒和终端接头盒均采用支撑式（如图附后）。
（8）OPPC架设位置
通常OPPC位置可架设在边相或中相。
由于OPPC在本工程中属于改建，为了施工方便，便于通过下方被跨越物（利用两边线塔跨越绳），同时中相也具有更好的防雷效果，故本工程推荐OPPC置换中相位置。
9OPPC对杆塔的要求
根据毕节供电局提供的运行资料及原设计资料，威草I回原杆路于2003年建成投运，该线路已加固大部分，新线路尚未完工。
根据20mm冰区耐张杆塔用实际档距进行，经验算，20mm冰区OPPC-24B1-185/45配合的最大使用张力为29.021kN（安全系数为2.82），比原线路设计最大使用张力28.436kN大，不增加水平荷载。
根据选择的OPPC参数、按规程要求，由于本工程OPPC光缆参数选择与原导线基本一致，满足机械强度要求，同时满足原杆塔强度要求，原杆塔不需要补强。
具体在施工设计阶段，对原杆塔的运行健康状况及杆塔复测，进一步对原有杆塔进行校验。
10OPPC架线
10.1本工程OPPC光缆架设在威宁变~草海变110kV线路中相（水平横担中间）位置，考虑施工方便，接线盒选择在砼耐张杆位。
10.2OPPC均采用张力机与牵引机共同进行张力放线，除保证牵引绳、张力机等有足够的强度及其他性能外，架线时还应对OPPC采取防扭措施。
10.3严格按照设计接头进行接头施工。
由于每盘OPPC长度是按照接头盒之间长度并考虑一定裕度进行制造，其盘上设有标志进行区分。
因此，施工架线时必须按照各盘OPPC对应塔号进行施工，不得弄错。
10.4OPPC最小允许弯曲半径应大于0.5m，在架线制作跳线及引下线时，不得使OPPC弯曲半径小于该值。
10.5OPPC放线弧垂尺度可参照另两根导线弧垂尺度进行控制，比相邻导线弧垂小1‰左右。
10.6架线时为防止OPPC扭转，必须采取防扭措施进行防扭。
10.7当紧线张力达到设计值后，应保持一小时，使OPPC内部扭转应力消
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