OPGW-ADSS光缆线路设计.doc

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OPGW及ADSS

光缆线路设计

李叔昆编

2012年12月

目录

一、光纤通信基本概念

1.基本概念

2.光纤通信系统的基本组成

3.光纤类型

4.光纤的传输特性

5.光纤的标准

二、OPGW-光缆复合架空地线设计

1.特点

2.结构及分类

3.地线与OPGW的分流

4.OPGW的力学计算

5.OPGW的防震设计

6.OPGW的配盘计算

7.OPGW的金具

8.进入机房导引光缆

9.OPGW的造价

三、ADSS全介质自承式光缆线路设计

1.特点

2.结构

3.应用中的注意问题

4.标准及设计技术规定

5.Adss光缆设计要点

附表

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信号

源

电发射

机

光发射机

光接收机

电接收机

信宿

电信号输入

光信号输出

光信号输入

电信号输出

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。

c）设计规程

（a）中华人民共和国电力行业标准

《电力系统同步数字系列（SDH）光缆通信工程设计技术规定》

（b）中华人民共和国电力行业标准

《光纤复合架空地线》DL/T832-2003

（c）中华人民共和国电力行业标准

《全介质自承式光缆》DL/T788-2001

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：

铝合金线

中心加强件

铝包钢线

铝管

光单元

铝合金线

铝包钢线

铝管

光单元

铝合金线

铝包钢线

光单元

铝包钢线

铝合金线

铝包钢线

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

铝合金线

铝包钢线

光单元

螺旋塑料管

铝合金线

铝包钢线

光单元

铝管

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分流地线的热稳定

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