110kV毕安Ⅰ回OPPC光缆工程 施工图说明.docx
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110kV毕安Ⅰ回OPPC光缆工程施工图说明
7
六盘水洪源电力咨询服务有限公司
110kV毕安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毕安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4
1.1设计依据4
1.2设计范围4
1.3工程可行性4
1.4建设单位、施工单位及建设期限4
1.5路由方案选择5
1.6线路本体工程概况5
1.7设计气象条件6
2OPPC复合相线型式的选择7
2.1OPPC设计原则7
2.2OPPC设计选型8
3导线与OPPC组合配置13
3.1导线与OPPC组合配置13
3.2OPPC初伸长处理14
4绝缘配合设计14
4.1污区划分14
4.2绝缘子串的选择14
5OPPC金具设计14
6OPPC的防振设计15
7OPPC接头和盘长要求15
8接头盒要求15
9OPPC对杆塔的要求16
10OPPC架线16
11光缆主要材料表17
12批准概算投资18
13初步设计审查意见18
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毕安I回OPPC光缆工程》《设计委托函》。
2）原110kV毕安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毕安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“220kV毕节变～110kV茶亭变110kV毕安I回线路”同杆塔架设光纤复合架空导线（OPPC）和两端进入变电站通信机房ADSS光缆本体部分设计，光纤芯数24芯，光缆线路长为13.386（OPPC）+0.40（ADSS）=13.786km。
1.3工程可行性
近年来该地区冬季覆冰较为严重，其毕节变和茶亭变负荷均为毕节城区重要负荷，为保障供电安全，通信系统应在任何情况下保持畅通，保障毕节变和茶亭变的通信可靠性，经毕节供电局研究，在110kV毕安I回线架设OPPC光缆，当线路结冰时，通过大电流强温融冰措施，保证110kV毕安I回线的安全和正常运行，同时确保通信光纤的安全正常畅通。
综上所述，建设《110kV毕安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220kV毕节变至110kV茶亭变有110kV毕安I回线和110kV毕安II回线两条线并行，两条线均可架设OPPC光缆，但由于110kV毕安II回线处于杆塔路由外侧，且由于条件的限制，有的杆塔相距一个山头，其线路路由与110kV毕安I回线相比，施工难度很大，且杆塔线路比110kV毕安I回线长约400米，会增加工程投资，故推荐OPPC光缆架设在110kV毕安I回线路上。
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：
220kV毕节变110kV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，沿缆沟进入通信机房。
110kV茶亭变进出线：
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。
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：
毕节供电局长征公司
运行时间：
毕安I回线路于2003年9月建成投运，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1450～1550m，全线以高山大岭和一般山地为主。
地形系数：
高山大岭50%、一般山地30%、丘陵20%。
冰区划分：
冰区划分：
全线为5～10mm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20.0km，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-185/30、1*7-7.8-1270。
全线共有杆塔46基，其中耐张铁塔2基，耐张砼杆25基，直线砼杆19基，本工程主要杆塔有：
JD、J2、ZD2-2，最大档距660m。
被跨越物名称
跨越次数
备注
新建高压线路
1
穿越
110kV线路
2
35kV线路
4
10kV电力线及以下电力线
7
公路
9
通信线
10
房屋
6
河流
1
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毕安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
36.2
0
0
最低气温
-10.9
0
0
设计覆冰
-5
10
10
年平均气温
12.8
0
0
最大风速
-5
23
0
外过电压
15
10
0
内过电压
15
10
0
安装情况
-10
10
0
雷暴日
60.4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-185/30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-24B1-185/30光纤复合相线与LGJ-185/30导线结构及主要技术参数比较
型号
LGJ-185-30
OPPC-24B1-185/30
外径mm
18.88
19.5
计算截面mm2
210.93
213.1
计算重量kg/km
732.6
732
AS面积/AL面积mm2
29.25/181.34
29.4/183.7
计算拉断力kN（RTS）
64.32
64.7
直流电阻Ω/km
0.1592
0.151
短路电流容量I2t（kA2S）
短路电流（40-200℃kA1s）
弹性系数N/mm2
76000
71200
线膨胀系数1/℃
18.9
19.7
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）
124.97
121.97
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）
毕节变（110kV）
6
茶亭变（110kV）
4.5
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：
毕节变（220kV）6kA、茶亭变（110kV）侧4.5kA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
毕节变（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
毕节变（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-24B1-185/30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21.8KA，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-24B1-185/30光纤复合相线结构及主要技术参数
导线型号
OPPC-24B1-185/30
外径mm
19.65
计算截面mm2
213.1
计算重量kg/km
732
AS面积/AL面积mm2
29.4/183.7
计算拉断力kN（RTS）
64.7
直流电阻Ω/km
0.151
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
71200
线膨胀系数1/℃
19.7
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）
121.97
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
卖方给出
静态
卖方给出
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-185/30钢芯铝绞线，安全系数为2.6，最大使用应力为111.42（N/mm2），与之匹配的光纤复合架空相线OPPC-24B1-185/30，安全系数为2.6，最大使用应力为113.39（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-24B1-185/30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
根据毕节供电提供的运行资料及原设计资料，该线路所经路径区域均为城区边缘，途径有工厂，参考该线路运行资料，本工程全线划为II级污区。
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-24B1-185/30
≥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-24B1-185/30
≥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，本初设OPPC的最大盘长定为4.4km。
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，毕安I回线路于2003年9月建成投运，杆路较新，运行情况良好。
根据10mm冰区耐张杆塔用实际档距进行，经验算，10mm冰区OPPC-24B1-185/30配合的最大使用张力为24.885kN（安全系数为2.6），比原线路设计最大使用张力24.738kN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
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