第十二章电力通信光缆线路要点Word格式文档下载.docx
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传输损耗低、中继距离长；
线径细、重量轻，原料为石英，节省金属材料，有利于资源合理使用；
绝缘、抗电磁干扰性能强；
还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点，可在特殊环境或军事上使用。
光纤通信的应用领域是很广泛的，主要用于市话中继线，光纤通信的优点在这里可以充分发挥，逐步取代电缆，得到广泛应用。
还用于长途干线通信，过去主要靠电缆、微波、卫星通信，现已逐步使用光纤通信并形成了占全球优势的比特传输方法；
用于全球通信网、各国的公共电信网（如我国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线）；
它还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线（CATV）系统，用于光纤局域网和其他如在飞机内、飞船内、舰艇内、矿井下、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射等环境中使用。
光纤传输系统主要由光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种无源光器件构成。
要实现通信，基带信号还必须经过电端机对信号进行处理后送到光纤传输系统完成通信过程。
图12-1示为一光纤通信系统框图。
它适用于光纤模拟通信系统，也适用于光纤数字通信系统和数据通信系统。
在光纤模拟通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、预调制等处理，而电信号反处理则是发端处理的逆过程，即解调、放大等处理。
在光纤数字通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、取样、量化，即脉冲编码调制（PCM）和线路码型编码处理等，而电信号反处理也是发端的逆过程。
对数据光纤通信，电信号处理主要包括对信号进行放大，和数字通信系统不同的是它不需要码型变换。
图12-1光通信系统的基本组成结构图
三、光缆型号的组成内容、代号及意义
型号由型式和规格两大部分组成，如下图所示：
□（分类代号）□（加强构件代号）□（结构特征代号）□（护套代号）□（外护套代号）-光纤芯数□（光纤类别）
型式由5个部分构成，各部分均用代号表示。
1.分类的代号。
GY——通信用室（野）外光缆
2.加强构件的代号。
加强构件指护套以内或嵌入护套中用于增强光缆抗拉力的构件。
（无符号）—金属加强构件
；
F—非金属加强构件
。
3.缆芯和光缆的派生结构特征的代号。
光缆结构特征应表示缆芯的主要类型和光缆的派生结构。
当光缆型式有几个结构特征需要注明时，可用组合代号表示，其组合代号按下例相应的各代号自上而下的顺序排列。
D—光纤带状结构；
（无符号）—光纤松套被覆结构；
J—光纤紧套被覆结构；
（无符号）—层绞结构；
X—缆中心管（被覆）结构；
T—油膏填充式结构；
（无符号）—干式阻水结构；
R—充气式结构；
C—自承式结构；
B—扁平结构；
E—椭圆结构；
Z—阻燃结构。
4.护套的代号。
Y—聚乙烯护套；
V—聚氯乙烯护套；
U—聚氨酯护套；
A—铝-聚乙烯护套（简称A护套）；
S—钢-聚乙烯护套（简称S护套）；
W—夹带平行钢丝的钢聚乙烯护套；
L—铝护套；
G—钢护套；
Q—铅护套。
表12-1
铠装层
代号Code
2
3
33
4
44
5
无铠装层
绕包双钢带
单细圆钢丝
双细圆钢丝
单粗圆钢丝
双粗圆钢丝
皱纹钢带
5.外护层的代号。
当有外护层时，它可包括垫层、铠装层和外被层的某些部分和全部，其代号用两组数字表示（垫层不需表示），第一组表示铠装层，它可以是一位或两位数字，见表1-1；
第二组表示外被层或外套，它应是一位数字，见表12-2。
表12-2
外被层或外套
代号
1
纤维外被
聚氯乙烯套
聚乙烯套
聚乙烯套加覆尼龙套
聚乙烯保护套
光缆的规格是由光纤数和线芯光纤类别组成。
光缆中同类光纤的实际有效数目用数字表示；
光纤类别采用光纤产品的分类代号表示，即用大写A和B分别表示多模光纤和单模光纤，用数字和小写字母表示不同类别的多模或单模光纤，见表12-3、表12-4。
表12-3
多模光纤
分类代号
Ala
Alb
Alc
特
征
渐变折射率
纤芯直径（μm）
50
62.5
85
包层直径（μm）
125
材料
二氧化硅SiO2
表12-4
单模光纤
B1
B2
B1.2
B4
光纤类别
常规单模光纤
色散位移单模光纤
截止波长位移单模光纤
非零色色散位移单模光纤
例如，GYFTCY-12B1表示通信用室（野）外光缆，非金属加强构件，油膏填充式结构，自承式结构，
聚乙烯护套，12芯常规单模光纤。
四、光纤的传输衰减设计
设计光纤通信系统时，必须充分考虑所用光纤的衰减、带宽、以及接头连接损耗，它们都是影响传输性能的最重要的参数。
光缆系统的衰减（aK），与光缆长度（L）、光纤衰减系数（aF）和n个接头损耗（aSP）有关。
光缆系统的衰减（aK）计算公式如下：
aK＝LaF＋naSP （12-1）
式中 aK——光缆系统的衰减，dB；
L——光缆长度，km；
aF——光纤衰减系数，dB/km；
aSP——接头损耗，dB（取值：
固定接头0.1～0.2 活接头1～2）。
由于光缆系统要长期运行，因此，设计时必须考虑预留一定的余量来补偿维修时增加接头的需要。
衰减预留量（aRes）取决于本地条件和系统的重要性，一般取值为：
0.1～0.4 dB/km。
对一个中继段而言，中继段的衰减值（aR）由下式求得：
aR＝aK＋aResL （12-2）
式中 aR——中继段衰减值，dB；
aRes——衰减预留量，dB/km；
L——中继段距离，km。
在一个中继段内，通常尽可能选用长光缆来减少由于接头引起的损耗。
同时，也要选用光纤衰减系数（aF）合适的光纤，以便在线路中间不加光中继器，从而减少工程投资。
第二节电力系统光纤通信
一、概述
电力系统通信网是我国专用通信网中规模较大、发展较为完善的专网。
随着通信网络光纤化趋势进程的加速，我国电力专用通信网在很多地区已经基本完成了从主干线到接入网向光纤过渡的过程。
目前，电力系统光纤通信承载的业务主要有语音、数据、宽带业务、IP等常规电信业务；
电力生产专业业务有保护、安全自动装置和电力市场化所需的宽带数据等。
特别是保护和安全自动装置，对光缆的可靠性和安全性提出了更高的要求。
可以说，光纤通信已经成为电力系统安全稳定运行以及电力系统生产生活中不可缺少的一个重要组成部分。
光纤通信在电力通信中的应用最初是沿用电信部门传统的地埋、管道、架空等方法敷设普通光缆，构成电力光纤通信系统。
随着技术的进步，到了上世纪的七、八十年代，一些有别于传统光缆的附加于电力线和加挂于电力杆塔上的光电复合式光缆被开发出来，这些光缆被统称为电力特种光缆。
电力系统光纤通信与其它光纤通信系统最大区别之一就是通信光缆的特别性。
电力特种光缆受外力破坏的可能性小，可靠性高，虽然其本身造价相对较高，但施工建设成本较低。
经过多年的发展，目前电力特殊光缆制造及工程设计已经成熟，特别是OPGW和ADSS技术，在国内电力特殊光缆已经开始大规模的应用，如三峡工程中的长距离主干OPGW光缆线路等。
特种光缆依托于电力系统自己的线路资源，避免了在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾和纠葛，有很大的主动权和灵活性。
电力系统有强大的电力网，遍布全国的城市和农村，借助于电力线路及杆塔建设光纤通信网是完全可行的。
并且可以为发展电网自动化和新型继电保护提供宽频通道。
目前，电力系统的城网和农网改造也为电力通信的发展带来了极好的机遇，许多省、地（市）电力局和县电力局都纷纷建设光纤线路，为实现宽带综合业务数字网（B-ISDN）做好充分准备。
二、电力特种光缆的种类
电力特种光缆泛指OPGW（光纤复合地线）、OPPC（光纤复合相线）、MASS（金属自承光缆）、ADSS（全介质自承光缆）、ADL（相/地捆绑光缆）和GWWOP（相/地线缠绕光缆）等几种。
目前，在我国应用较多的电力特种光缆主要有ADSS和OPGW。
1、光纤复合地线——OPGW（OpticalGroundWire）
OPGW又称地线复合光缆、光纤架空地线等，是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元。
它具有两种功能：
一是作为输电线路的防雷线，对输电导线抗雷闪放电提供屏蔽保护；
二是通过复合在地线中的光纤来传输信息。
OPGW是架空地线和光缆的复合体，但并不是它们之间的简单相加。
OPGW光缆主要在500kV、220kV、110kV电压等级线路上使用，受线路停电、安全等因素影响，多在新建线路上应用。
OPGW的适用特点是：
（1）高压超过110kV的线路，档距较大（一般都在250m以上）；
（2）易于维护，对于线路跨越问题易解决，其机械特性可满足线路大跨越；
（3）OPGW外层为金属铠装，对高压电蚀及降解无影响；
（4）OPGW在施工时必须停电，停电损失较大，所以在新建110kV以上高压线路中应该使用OPGW；
（5）OPGW的性能指标中，短路电流越大，越需要用良导体做铠装，则相应降低了抗拉强度，而在抗拉强度一定的情况下，要提高短路电流容量，只有增大金属截面积，从而导致缆径和缆重增加，这样就对线路杆塔强度提出了安全问题。
常见的OPGW结构主要有三大类，分别是铝管型、铝骨架型和（不锈）钢管型。
2、光纤复合相线——OPPC（OpticalPhaseConductor）
在电网中，有些线路可不设架空地线，但相线是必不可少的。
为了满足光纤联网的要求，与OPGW技术相类似，在传统的相线结构中以合适的方法加入光纤，就成为光纤复合相线（OPPC）。
虽然它们的结构雷同，但从设计到安装和运行，OPPC与OPGW有原则的区别。
3、金属自承光缆——MASS（MetalAerialSelfSupporting）
从结构上看，MASS与中心管单层绞线的OPGW相一致，如没有特殊要求，金属绞线通常用镀锌钢线，因此结构简单，价格低廉。
MASS是介于OPGW和ADSS之间的产品。
MASS作为自承光缆应用时，主要考虑强度和弧垂以及与相邻导/地线和对地的安全间距。
它不必像OPGW要考虑短路电流和热容量，也不需要像OPPC那样要考虑绝缘、载流量和阻抗，更不需要像ADSS要考虑安装点场强，其外层金属绞线的作用仅是容纳和保护光纤。
在破断力相近的情况下，虽然MASS比ADSS重，但外直径比中心管ADSS约小1/4，比层绞ADSS约小1/3。
在直径相近情况下，ADSS的破断力和允许张力却要比MASS小得多。
4、全介质自承光缆——ADSS（AllDielectricSelfSupporting）
ADSS光缆在220kV、110kV、35kV电压等级输电线路上广泛使用，特别是在已建线路上使用较多。
它能满足电力输电线跨度大、垂度大的要求。
标准的ADSS设计可达144芯。
其特点是：
（1）ADSS内光纤张力理论值为零；
（2）ADSS光缆为全绝缘结构，安装及线路维护时可带电作业，这样可大大减少停电损失；
（3）ADSS的伸缩率在温差很大的范围内可保持不变，而且其在极限温度下，具有稳定的光学特性；
（4）耐电蚀ADSS光缆可减少高压感应电场对光缆的电腐蚀；
（5）ADSS光缆直径小、质量轻，可以减少冰和风对光缆的影响，其对杆塔强度的影响也很小；
（6）ADSS采用了新型材料及光滑外形设计，使其具有优越的空气动力特性。
5、附加型光缆——OPAC
无金属捆绑式架空光缆（AD-Lash）和无金属缠绕式光缆GWWOP（GroundWireWrappedOpticalFiberCable）光缆有时被统称为附加型光缆——OPAC，是在电力线路上建设光纤通信网络的一种既经济又快捷的方式。
它们用自动捆绑机和缠绕机将光缆捆绑和缠绕在地线或相线上，其共同的优点是：
光缆重量轻、造价低、安装迅速。
在地线或10kV/35kV相线上可不停电安装；
共同的缺点是：
由于都采用了有机合成材料做外护套，因此都不能承受线路短路时相线或地线上产生的高温，都有外护套材料老化问题，施工时都需要专用机械，在施工作业性、安全性等方面问题较多，而且其容易受到外界损害，如鸟害、枪击等，因此在电力系统中都未能得到广泛的应用。
但在国际上，这类技术并没有被淘汰或放弃，仍在相当的范围内应用。
三、ADSS和OPGW光缆的结构和选择使用应注意的问题
（一）无金属自承式架空光缆（ADSS）
1.常用ADSS光缆的种类
目前在电力系统中应用较广泛的ADSS光缆的结构主要有中心束管式ADSS光缆和层绞式ADSS光缆两种类型（见图12-2）。
2.ADSS光缆的特点
采用了具有高弹性模量的高强度芳纶纱作为抗张元件。
芳纶纱（Vectran）是一种高
强度、高弹性模量聚芳酯纤维制品，主要由图12-2ADSS光缆结构示意图
多芳基纤维制成，可乐丽公司于20世纪90年代推出。
该纤维的特点是：
具有出色的低蠕变性，非吸湿性及极低气温下的高机械物理性及耐湿耐磨耗性。
Vectran强度约为普通聚酯纤维的6倍，与金属纤维强度相当，且材料质轻（在同等重量下强度约为钢丝的5-6倍），不吸收水分，低温特性强，在超低温下不会结冰。
Vectran拉伸强度高,吸湿低（不吸收水分）,尺寸稳定（延伸率低于2.5%），耐热性好（耐热温度高于400℃），耐磨、耐切割、耐酸、耐冲击、耐燃性优异。
Vectran纤维比Kevlar和Twaron有更优异的耐磨性、抗紫外线和低吸湿性的特性。
光缆几何尺寸小，缆重仅为普通光缆的三分之一，可直接架挂在电力杆塔的适当位置上，对杆塔增加的额外负荷很小；
外护套经过中性离子化浸渍处理，使光缆具有极强的抗电腐蚀能力；
光缆采用无金属材料，绝缘性能好，能避免雷击，电力线出故障时，不会影响光缆的正常运行；
利用现有电力杆塔，可以不停电施工，与电力线同杆架设，可降低工程造价；
运行温度范围宽：
－40～＋70℃；
使用跨距范围宽：
50～1200m。
3.使用ADSS光缆需注意的特殊问题
在电力系统中采用ADSS光缆具有很多优越性，但是根据ADSS光缆多年运行经验和研究发现，在光缆设计时，除考虑光缆挂点的电场强度，杆塔受力等问题外，还应采取措施减少电腐蚀和鞭击现象对ADSS光缆造成的损害。
（二）架空地线复合光缆（OPGW）
1.OPGW光缆的种类
目前电力系统主要使用以下几种结构的OPGW光缆（见图12-3）。
图12-3几种OPGW光缆结构示意图
由图可见OPGW光缆的铠装层是起屏蔽和防雷作用的元件，它既是短路电流的直接承受者也为缆芯提供保护作用。
铠装层是根据地线的电气要求和机械特性，由铝合金线、镀锌钢绞线和高强度的铝包钢线配合组成的，铝线提供导电性能，钢线提供所需的机械特性。
为了适应不同的工程需要，OPGW光缆的铠装层又分为单层、双层及3层等3种结构。
2.OPGW光缆的特点
光缆铠装层有很好的机械强度特性，因此，光纤能得到最好的保护（不受磨损、不受拉伸的应力、不受侧向压力），在根本上保证了光纤不受外力损害；
光缆铠装层有很好的抗雷闪放电性能和短路电流过载能力，因此，在雷电和短路电流过载的情况下，光纤仍可正常运行；
OPGW光缆，可直接作为架空地线安装在任意跨距的电力杆塔的地线挂点上；
特殊设计的OPGW光缆可直接替换原有高压线路的架空地线，不用更换原有塔头；
与高压线路同步建设光缆通信系统，可节省光缆施工费用，降低通信工程造价；
与原有高压线路的架空地线比较，增加重量很小，不会给铁塔带来大额外荷载；
运行温度－40～＋70℃。
3.选择使用OPGW光缆应注意的问题
（1）合理选择光纤外护套。
光纤外护套有3种管材：
塑料管（有机合成材料）、铝管、钢管。
塑料管造价低。
为满足塑料管护套对紫外线的防护要求，最少要使用两层铠装。
塑料管OPGW承受短路电流引起的短时温升能力＜180℃。
铝管造价较低。
由于铝材阻抗小，因此能加大OPGW铠装层承受短路电流的能力。
铝管OPGW承受短路电流引起短时温升能力＜300℃。
不锈钢管造价高。
但是由于钢管的管壁薄，在相同截面条件下装入不锈钢管的光纤芯数比塑料管和铝管都要多，因此在多芯条件下单位光芯造价并不高。
钢管OPGW承受短时温升的能力可达450℃。
（2）当用OPGW光缆更换老线路地线时，必须选择与原有架空地线的机械特性和电气特性相当的OPGW。
即OPGW的外径、单位长度重量、极限拉力、弹性模量、线膨胀系数、短路电流等参数与现有地线参数相接近，这样既可以不改变现有的塔头，减少改造工程量，又可以保证OPGW与现有相导线的安全距离，确保电力系统安全运行。
（3）安装施工OPGW光缆与安装ADSS光缆差不多，使用的金具也几乎一样，只是挂点不一样，OPGW光缆要安装在架空地线的位置上。
光缆线路的中间接头位置必须通过配盘落在耐张杆塔上。
在以上几种光缆的选择应用中，还需要共同注意的一点是：
选择松套结构光缆，不要选用紧套结构光缆。
因为光纤在松套管内可以留有一定的余长，控制范围在0.0％～1.0％之间（典型数值为0.5％～0.7％）。
当光缆在施工时，或在重力和风力的作用下而发生拉伸时，只要光缆的拉伸长度在余长范围内，光纤则具有应变能力而不承受张力，从而保证光纤的传输质量不受外力影响。
四、光缆线路的金具和紧固夹具
光缆在杆塔上的固定由安装金具来完成，安装金具必须与光缆配套使用，而不同杆塔、不同跨距、不同外径的光缆所用金具各不相同。
因此，设计时对于每个杆塔上用什么样的金具、在哪些杆塔上接续等问题都应一应俱全地设计到位。
1.耐张金具。
耐张线夹用于转角、接续，及终端的连接。
光缆耐张金具包括：
耐张外层预绞丝、内层预绞丝、配套连接金具。
其选配的依据是光缆的外径和RTS（光缆极限抗拉强度），一般要求其握着力≥95%RTS。
用于OPGW光缆的耐张线夹，其内层预绞丝的绞向要与光缆外层导体的绞向相同。
2.悬垂金具。
悬垂线夹用于光缆与直线杆塔的连接，整套悬垂线夹包括：
内外层预绞丝、悬挂头和配套连接金具，每塔一套。
也按光缆的外径和RTS选配，一般要求其握着力≥（10%~20%）RTS。
3.防振器。
ADSS光缆多采用螺旋阻尼器，一般100m档距以下时不配置；
100~300m档距时光缆每端配置一个；
300~600m档距时光缆每端配置两个；
600~800m档距时光缆每端配置三个。
OPGW光缆采用防振锤，其型号和安装数量由光缆生产厂家提供。
4.引下金具。
该金具是在终端杆塔和光缆接续杆塔将光缆引下并固定时使用，一般每2m一个。
5.紧固夹具。
架空线路的杆塔有钢筋混凝土电杆和铁塔，除OPGW光缆的耐张金具和悬垂金具固定在杆塔的地线悬挂点外，ADSS光缆的耐张金具和悬垂金具、光缆的引下金具和其它需要固定在杆塔上的设备需要用合适的紧固夹具固定在电杆或铁塔上。
紧固夹具要有足够的强度，还要根据金具安装位置的电杆直径或铁塔的角钢规格设计和选用。
五、电力通信光缆线路的杆塔型式
电力通信光缆一般是和电力线路同杆塔架设的，其杆塔型式要根据电力线路的杆塔型式确定。
光缆线路有直线杆塔、中间耐张杆塔、中间接续杆塔和终端杆塔。
直线杆塔用悬挂在紧固夹具上的悬垂线夹固定光缆，如图12-4所示。
图12-4ADSS光缆直线杆塔
中间耐张杆塔用两副安装在紧固夹具上的耐张线夹把光缆分别固定在杆塔两侧，光缆跨过杆塔的部分做成弧形，并用引下夹具固定在杆塔上。
光缆在中间耐张杆塔处不能剪断，如图12-5所示。
图12-5ADSS光缆中间耐张杆塔
中间接续杆塔分别用两副安装在紧固夹具上的耐张线夹把不同的两盘光缆分别固定在杆塔两侧，光缆的两个端头通过引下夹具引至余缆架和接线盒，如图12-6所示。
终端杆塔用安装在紧固夹具上的耐张线夹把光缆固定在杆塔上，光缆的端头通过引下夹具引至机房或终端设备，如图12-7所示。
OPGW光缆线路工程的杆塔型式，除耐
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