最新OPGWADSS光缆线路设计.docx
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最新OPGWADSS光缆线路设计
【答案】A
36.网络安全面临的威胁主要有哪些。
（6分）
input"请输入圆环的内半径：
"tor1
32、SMTP
max2=max（b,c）
D.select*fromTEACHERwhere职称="教授"AND职称="副教授"
OPGW及ADSS
光缆线路设计
李叔昆编
2012年12月
一、光纤通信基本概念
二、OPGW-光缆复合架空地线设计
三、ADSS全介质自承式光缆线路设计
一、光纤通信基本概念
1.基本概念
光纤通信是以光为载波，以光纤为传输介质的通信方式。
波长约0.8～1.8μm,频率约300THz。
（T－1012）
光纤的材料：
绝缘的石英（SiO2）
光纤通信的优点：
a）频带宽，传输容量大；
b）损耗小，中继距离长；
c）质量轻，体积小；
d）不受各种电磁场的干扰；
e）保密性能好，无法窃听；
f）节约金属材料，石英（SiO2）地球上广泛分布，用不完。
2.光纤通信系统的基本组成
光缆线路
光纤通信在通信网、广播电视网、计算机网络中得到广泛的应用。
3.光纤的类型
光纤类型分多膜光纤和单模光纤。
多膜光纤：
容量小，适用于短距离系统。
单模光纤：
容量大，适用于长距离系统。
工程中基本上用单模光纤。
4.光纤的传输特性
1）光信号经过光纤传输后，要产生损耗和畸变（失真）。
2）产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散。
（由于不同成分光的时间延迟不同，而产生的一种物理效应）。
3）损耗和色散是光纤最重要的传输特性。
损耗限制了系统传输的距离，色散限制了系统传输的容量。
4）损耗的最低理论极限为0.149db/km。
5.光纤的标准
1）制定光纤标准的国际组织有：
国际电信联盟（ITU－T）
国际电工委员会（IEC）
2）主要的标准有
a）G.652:
单模光纤，波长1.31μm,衰耗为0.35，用于一般长度的线路，价格低。
目前，世界上已敷设的光纤中，有90％采用这种光纤。
对于要求速率很高，距离很长的系统，采用G652B光纤的光缆。
b）G.655:
单模光纤，色散低，衰耗为0.22，频带宽，传输距离大于400km，有利于发展。
但价格贵1/3。
二、OPGW-光缆复合架空地线设计
（Opticalfibercompositeoverheadgroundwires）
1.特点
（1）防雷与通信（信号）合一；
（2）可靠性高；
（3）节省施工费；
（4）不易被盗。
2.结构及分类
OPGW光缆是将光纤置于架空地线中，防雷和通信功能合二为一的复合地线。
OPGW的基本结构由含光纤的缆芯（光单元）和绞合的金属线材（铝包钢线ACS或铝合金线AA）组成。
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。
OPGW的外层为铝包钢或铝合金线，要求单股直径不小于3.0mm，以减少雷击断股。
OPGW最外层绞向采用右旋。
型号表示：
OPGW－C－12B1－50[67；20.8]
符号说明：
C-中心管式，S-层绞式；
12-光缆芯数；
B1-非零色散位移光纤；
50-光缆总截面（mm2）;
67-额定拉断力（kN）;
20.8-短路容量（kA2S）.
OPGW的结构型式见下图：
光单元
铝包钢线
图1铝管+层绞塑管的OPGW结构图2中心铝管的OPGW结构
铝骨架
图3层绞不锈钢管的OPGW结构图4中心不锈钢管的OPGW结构
图5内螺旋塑料管的OPGW结构图6骨架槽的OPGW结构
分类
一般分松套合紧套两种类型。
松套：
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。
紧套：
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。
重冰区送电线路OPGW的结构型式，应结合线路覆冰情况，通过技术经济比较确定。
在松套型和紧套型均能满足要求的线路，以选择松套型为宜。
重冰区线路以选用紧套型为宜。
3.地线与OPGW的分流
（1）、分流计算公式
为了保证OPGW的安全运行，OPGW的设计还要求另一根地线有较强的分流能力，在电力系统单相接地短路及雷击事故时，能有效地分流。
OPGW与另一根地线的电流分配可近似按下列公式计算：
Iopgw/Id＝（Zd-Zk）/（Zopgw-Zk）
式中
Iopgw－OPGW中的电流比值；
Id－地线中电流的比值；
Zd－地线的自阻抗（Ω/km）；
Zopgw－OPGW的阻抗（Ω/km）；
Zk－两平行地线（OPGW与另一根地线）间的互感阻抗（Ω/km）；
（2）原始数据参考表
1.OPGW阻抗见表四。
2.镀锌钢绞线阻抗见表三。
3.铝包钢绞线阻抗见表二。
4.良导体地线的阻抗见表一。
5.两平行地线（OPGW与另一根地线）间的互感阻抗见后。
（3）单相接地短路电流的分配
在一般计算中，常把母线短路电流视作终端塔上第一档地线的短路电流。
实际上在终端塔的第一档线路地线中，仍有少部分电流流经大地回到变压器的中性点。
根据清华大学软件计算的成果，流经第一档地线的电流仅占短路电流的70％（线路长度为25km时），如果将线路视为无限长时，流经第一档地线的短路电流将占绝大部分。
线路长度从0-200km时，流经第一档地线的短路电流在70～90％之间。
我们在计算中，为了留有足够的余地，建议取流经第一档地线的短路电流占短路电流的95％。
即有5％的短路电流经大地回到变压器的中性点。
（4）OPGW的短路容量
《电力系统光纤通信工程设计技术规定》（讨论稿）中规定：
OPGW的短路容量为：
流过OPGW短路电流的平方乘以短路电流持续时间。
对于高可靠线路短路电流持续时间取0.26～0.3秒；一般线路取0.5秒。
广东电网公司《光纤符合架空地线设计深度和技术规定》中建议：
500kV线路取0.25秒；
220kV线路取0.30秒；
110kV线路按两端变电所保护切除时间来校验。
本文建议220～110kV线路应根据系统短路电流大小、工程的重要性，在0.25～0.30秒中选择。
短路容量：
一般
另一根地线为GJ-35～GJ-50者，短路容量在30kA2S以下；
另一根地线为GJ-70～GJ-80/GJ-100者，短路容量在30kA2S以上。
不同材料地线与OPGW配合时分流系数（供参考）：
钢绞线27-20％
铝包钢（40-20％导电率）49-45％
良导体 52-63％
OPGW 73-80％
OPGW 51-55％
OPGW 48-37％
（5）OPGW分流地线的选择
a）分流地线应满足机械强度和热稳定的要求。
热稳定按《交流电气装置的接地》规程计算。
地线最小截面Sg≥Ig√te/c
式中
Ig－流过接地线的短路电流，安；
Te－短路电流持续时间，秒；
C－常数。
取值如下：
钢芯铝线－120
钢绞线－70
铝包钢绞线：
20％IACS73
27%IACS80
30%IACS83
35%IACS89
40%IACS95
b）计算OPGW与分流地线中的单相接地短路电流时，要考虑流经大地中的分流。
一般按5～10％估计。
c）从抗雷击的观点选择OPGW的分流地线
雷击对OPGW的影响
（1）热效应引起的断芯：
雷电流通过地线引起瞬间发热，雷电流很大，达120～200kA,但通过时间很短，几十微秒内，雷电冲击电压波波头时间1.2微秒，波尾50微秒，当雷电流幅值取200kA时，热容量仅为2kA2S。
故雷电流虽大，但持续时间很短，对OPGW的热稳定不造成影响。
（2）雷击冲击断芯：
由于雷电流大，作用时间短，它具有强大的电磁冲击效应，致使OPGW或分流地线发生断股、断芯。
在目前OPGW的运行记录中，雷击断股的事故发生得最多，而由短路电流造成OPGW事故却尚无报道。
试验和运行经验证明：
材料股径的抗雷击性能与其直径成正比与其导电率成反比。
故应尽量选用20％IACS的铝包钢线，少用或不用30％IACS及以上的铝包钢线。
必须说明，为了增加OPGW抗短路电流的能力，要求有较大的铝截面；为了抗雷击又要求不能有较大的铝截面，这是相互矛盾的。
因此，在工程中应因地制宜选择一个合适的平衡点（短路电流与雷击）。
（6）OPGW及分流地线的接地
OPGW及分流地线在杆塔上都应可靠接地，不能利用连接金具作接地。
（5）计算举例
1）已知参数：
以前短路电流计算为例，选择地线及OPGW型号如下：
OPGW型号：
初选OPGW-C-12B1-65（53.9，35.1）
由表四查得OPGW的交流电阻为0.99x1.25=1.24（Ω/km）。
电抗与铝包钢接近，查表二得电抗为0.763+0.43＝1.193（Ω/km）。
故opgw的阻抗为：
1.24+j1.193（Ω/km）。
铝包钢地线：
JLB30A-55
由表二查得铝包钢的交流电阻为1.34（Ω/km）。
电抗为0.769+0.58＝1.349（Ω/km）。
故铝包钢的阻抗为：
1.34+j1.349（Ω/km）。
两平行地线间的互感阻抗查得为0.05+j0.328（Ω/km）。
2）分流系数计算：
将已知数代人下公式
Iopgw/Id＝（Zd-Zk）/（Zopgw-Zk）
＝（1.34+j1.349-0.05-j0.328）/（1.24+j1.193-0.05-j0.328）
＝（1.29+j1.021）/（1.19+j0.865）
＝1.645∠38.4°/1.471∠36°
将1.645+1.471＝3.116作分母，得
OPGW中的电流占%1.645/3.116＝0.528
铝包钢地线中的电流占%1.471/3.116＝0.472
3）单相接地短路电流的分配:
如前所述，流经第一档地线的短路电流占短路电流的95％
流经两根地线（一根地线+一根OPGW）的单相接地短路电流为
21.64x0.95＝20.558kA
按上述分流系数，则
地线中单相接地短路电流为20.558x0.472＝9.7kA；
OPGW中单相接地短路电流为20.558x0.528＝10.85kA。
4）OPGW的短路容量
10.852x0.3＝35.3kA2S与选择的OPGW短路容量35.1接近。
5）地线的热稳定校验（DL/T621－1997交流电气装置的接地P.21）
热稳定要求的截面＝（9700/100）x√0.3＝53.1mm2
选用导电率为30％（标准铜）截面为55mm2的铝包钢绞线。
4.OPGW的力学计算
1、对OPGW的要求
a）OPGW的弧垂应尽量与另一根地线一致；
b）OPGW的最大拉力，不能超过杆塔设计地线支架的最大拉力；
c）OPGW在档距中间、在15°无风时与导线间的距离应满足S＝0.012L+1。
2、OPGW的安全系数和平均应力
a）安全系数宜取3.2～4.0，应大于导线；
b）平均应力按破坏应力的16～25％，一般20％。
3、OPGW的拉力弧垂计算
OPGW的拉力弧垂计算与架空线路相同。
OPGW的塑性伸长的处理，也可用降温法，降低10°℃
OPGW的设计气象条件与线路本体相同。
5.OPGW的防震设计
1、OPGW防震原理与必要性与架空地线相同。
2、光缆的防震措施有防震锤及螺旋阻尼器（防震鞭）。
a）防震锤：
防振锤是一种调节频率减振器，对于大直径导线，具有非常有效的防振效果。
其基本原理是动态吸收能量。
通常情况下，调频率减振器都有一个特定的频率特征范围。
常用用于轻冰区，安装必须配予护线条。
防震锤安装个数：
个数
档距
光缆直径
1
2
3
<12mm
≤300
300～600
600～900
12≤d≤22
≤350
351～700
701～1000
防振锤安装距离可按如下公式计算：
L1=0.4×D×（T/M）1/2（mm）；
L2=0.7L1；
L3=L4=L5=…=0.6L1
其中：
D―――光缆外径（mm）；
T―――年平均运行张力（N）；
M―――光缆的单位重量（g/mm）；
注意事项：
（1）根据计算，若防振锤计算安装位置落在内绞丝上，则不必加装护线条，直接安装即可。
（2）如果防振锤计算安装位置落在OPGW光缆上，则需加装护线条，且注意护线条末端距离内绞丝末端至少50-80mm。
（3）如果防振锤计算安装位置落在外绞丝上，则直接安装在内绞丝上，且防振锤中心距离外绞丝末端为50-80mm。
计算举例：
OPGW-C-12B1-40（54，13.9）
某工程防振锤安装距离如下表：
耐张段
杆塔号
代表档距
防振锤安装距离（m）
L1
l2
L3
L4
N1-N3
294
0.68
0.48
0.41
0.41
N3-N4
288
0.68
0.48
0.41
0.41
N4-N7
314
0.68
0.48
0.41
0.41
N7-N8
285
0.68
0.48
0.41
0.41
N8-N17
515
0.65
0.45
0.39
0.39
b）螺旋阻尼器（防震鞭）：
防振鞭（螺旋防振器）是目前常用的一种冲击型减振器，防振鞭对小缆径的输电线路和光纤线路的高频率振动的减振非常有效。
防振鞭通过与线缆的撞击来消散振动能量，进而达到减弱线路振动的效果。
这种类型的减振器对于小直径的导线防振非常有效，它的减振效果取决与防振鞭与导线之间质量和频率之间的关系。
重冰区光缆线路的特点是冰风荷载大、材料消耗多。
对重冰区的有效防振措施是采用螺旋防振器。
（1）重冰区防振措施
由于防振锤在冰层较厚的情况下会存在防振失效，另外，由于在不均匀脱冰时常伴有脱冰跳跃现象，因此采用螺旋减振器。
对于线路的舞动、跳跃可起到良好的防护作用。
（2）采用防振鞭时的防振方案
防振鞭（螺旋防振器）是目前最常用的一种冲击型减振器，由耐冲击、抗老化的高强度工程塑料制成。
螺旋防振器由夹紧段和减振段组成，夹紧段紧握住光缆，通过减振段与光缆的撞击来消散振动能量，进而达到减弱线路微风振动的效果。
（3）型号选择：
螺旋减振器的选型主要考虑光缆外径，看光缆与减振器减振段的撞击结果能否使振动控制在允许的范围内，具体选择型号参见下表：
型号
适用缆径（mm）
夹紧段长（mm）
总长（mm）
重量（kg）
FTL1170130
8.30-11.70
250
1300
0.28
FTL1430135
11.71-14.30
250
1350
0.30
FTL1930167
14.31-19.30
330
1670
0.66
（4）螺旋减振器的数量确定
根据线路档距来确定：
当0m＜档距≤250m时，安装6根（即金具每侧安装3根）
当250m＜档距≤500m时，安装10根（即金具每侧安装5根）
当500m＜档距≤750m时，安装16根（即金具每侧安装8根）
当750m＜档距≤1000m时，安装24根（即金具每侧安装12根）
（5）安装方法
安装方法（具体形式见附图）
螺旋减振器在耐张线夹或悬垂线夹上安装位置都相同，一般第一根防振鞭装在距内绞丝末端150mm处，第二根装在距第一根防振鞭末端150mm处。
这种方法为串连安装；也可以并联安装即两根叠在一起，两种安装方法效果一样。
6.OPGW的配盘（长度）计算
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。
1、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。
2、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。
3、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：
1.06～1.08；
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。
7.OPGW的金具
1、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。
2、金具的设计安全系数
金具的安全系数应符合送电线路相应设计规程的要求。
对于一般线路，金具强度的安全系数不应小于下列数值：
最大使用荷载情况2.5
断线、断联情况1.5
对于大跨越线路，金具强度的安全系数不应小下列数值:
运行情况3.0
断线情况2.0
验算情况1.5
3、悬垂金具串
悬垂金具串用来将OPGW吊挂于直线杆塔上，应采用预绞丝型悬垂线夹。
悬垂金具串必须满足荷载的要求和线路设计对短路电流的要求。
4、耐张金具串
耐张金具串用来承受OPGW张力，将OPGW连接至耐张杆塔上，一般采用预绞丝型耐张线夹。
耐张金具串必须满足荷载的要求和线路设计对短路电流的要求。
5、防振锤
防振锤用来控制由风引起的OPGW的微风振动。
防振锤本身不得产生对OPGW造成损害的应力集中，在OPGW上的安装位置应使用护线条。
6、接地引线
OPGW应可靠接地，有分流要求的另一根地线也应可靠接地。
OPGW悬垂串和耐张串均需有接地引线，接地引线与OPGW和杆塔均应有良好牢固的机械和电气联接。
OPGW接入变电站构架时，OPGW与变电站构架顶端的接地网连接点之间应用接地线可靠连接，接地线截面积与OPGW截面积相同。
另外，在OPGW接续盒与构架顶端的接地点之间适当位置间，将OPGW与变电站构架横向金属平台构件接地网连接点或变电站内地面接地网连接点之间用接地线可靠连接，保证OPGW与变电站接地网有可靠的第二接地点，接地线截面与OPGW截面相同。
7、接头盒和引下线
OPGW接头盒应便于在输电线路杆塔上安装和维护，且易于熔接操作。
线路中的接头盒应安装在指定塔上，并安装在离地面7m以上的位置，防止兽类鸟类或人为的破坏。
变电站构架侧的接头盒宜安装在构架支柱上，安装位置应宜于运行人员操作，其与站内带电设备之间的距离应满足相关规程规范的要求。
OPGW引下线宜沿铁塔两侧分别引下，至铁塔导线下横担后才合并引下。
引下线沿其长度宜每隔1.5至2m安装一个卡具将光缆固定在铁塔上。
OPGW引下线在弯曲处的允许弯曲半径应不小于厂家提供的数值。
8、余缆架
余缆架要求便于在输电线路杆塔上安装和维护。
余缆架的最小盘绕直径不应小于OPGW厂家提供的数值。
9、光缆配线架（ODF）
用于光缆进局后光缆分纤与FC/PC单芯光纤的连接与分配，用适配器对光路进行配线及调度。
其技术要求应符合YD/T778-1999《光纤配线架》相关规定。
引入光缆进入机架时，其弯曲半径应不小于光缆直径的15倍。
光缆光纤穿过金属板孔及沿结构件锐边转弯时，应装保护套及衬垫。
光纤、尾纤无论处于何处弯曲时，其弯曲半径应不小于37.5mm。
8.进入机房导引光缆
1、导引光缆选型
厂站进出线构架的OPGW终端盒至通信机房ODF架的导引光缆宜选用全非金属/阻燃/耐啮蚀松套层绞式管道光缆，有特殊要求时也可以采用单层铠装结构的管道光缆，结构型式和非金属相似。
9
2、导引光缆结构
全非金属/阻燃/耐啮蚀松套层绞式管道光缆结构如图9.2所示：
图7导引光缆结构图
注：
①光缆介质中心加强件：
用玻纤增强塑料（FRP）制作的具有高抗拉强度的绝缘棒体，其拉伸杨氏模量不低于50Gpa，弯曲杨氏模量不低于45Gpa，延伸率不小于2%，在光缆的制造长度内，不允许有接头。
②光纤：
其要求见附录2及附录3。
③松套管：
由高弹性热塑料材料制造的松套缓冲管内含有多根光纤，管内充满阻水复合物，具有很高的防水防潮性能。
④填充件：
由高弹性热塑料材料制造，其颜色应与松套管区分开来，并能替代缆芯中的松套管。
松套管和填充件单层绞合在中心加强件周围。
⑤缆芯阻水：
采用膨胀材料防止缆芯纵向水侵入。
⑥绕包缆芯：
绞合后的缆芯用防潮带绕包扎紧，进一步加强光缆的防潮性能。
⑦内护套：
用聚乙烯挤压而成，紧包光缆光纤
⑧光缆加强件：
是扭矩平衡光缆加强件，用高模量、负膨胀系数芳纶丝螺旋绕绞在内护套上而成，相邻芳纶绞合方向应相反，最外层应右旋。
其杨氏模量不低于90Gpa，在光缆的制造长度内，每束芳纶不允许有接头。
⑨外护套：
采用阻燃/耐啮蚀聚乙烯材料。
3、导引光缆的敷设
非金属导引光缆宜置于半硬塑料套（PE或PVC材质）内，敷设厂站内电缆沟电缆托架上，为避免错位应每隔2m左右固定一次，并保证光缆的静态弯曲半径不小于光缆20倍光缆直径，施工过程中的动态弯曲半径不小于15倍光缆直径。
9.OPGW的造价
OPGW的造价与光纤芯数和短路容量有关。
一般12～24芯，短路容量在30kA2t以内，3～5万/km。
三、ADSS-全介质自承式光缆线路
设计
（AllDielectricSelf-supporting
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