西津电厂～燕岭220kV线路光缆工程设计分析

　　摘要：对220kV旧线路改造使用光缆的设计进行了分析，并就复合架空地线光缆OPGW设计选型及使用条件作了一些论述，提出OPGW施工中需注意的问题。

　　关键词：OPGW光缆,设计选型,使用条件,施工注意事项

　　复合架空地线光缆(简称OPGW光缆)是电力系统独有的，具有电力线路地线和光纤通信的双重功能。他将通信光缆和高压输电线路地线巧妙地结合成一个整体，不仅满足普通地线的防雷需求，还能满足光纤通信容量大、抗干扰、安全可靠的特点，同时他不占用线路走廊。OPGW作为一种新兴的信息传输通道，近几年在我国得到了迅速发展。由于种种原因，目前运行中的不少110kV线路、220kV线路尚未架设光缆，不能满足电力通信朝大容量、智能化、高可靠性发展要求。因此，在原有线路上架设光缆是很有必要且经济可行的，光缆的整体特性是否满足线路工程的需求还必须通过设计人员进行验算确认。

　　1 设计条件

　　1.1 设计依据

　　工程建设单位的批复文件。

　　1.2 工程性质及建设规模

　　工程性质：在已有的220kV电压等级线路架设一根光缆;

　　建设规模：起于220kV西津电厂微波室，终至220kV燕岭变电站通信室光缆线路全长42.5km。

　　1.3 设计范围

　　包括OPGW光缆设计、良导体地线设计、变电所内导引光缆设计以及施工注意事项。

　　OPGW基本作为通信干线，其对纤芯的质量需求非常高，目前一般采用单模光纤或色散位移光纤，并且要求满足架空地线须有上午足够的抗拉强度等机械需求，同时满足热稳定性需求。在设计招标时，应重点考察光纤的芯数、工作波长、衰减、色散、带宽、弯曲附加衰减、热稳定性、使用寿命等，同时需求同一OPGW厂家给工程提供的光纤必须来自于同一制造商并属同一技术范畴。

　　2 OPGW选型

　　OPGW的选择除了需满足一般地线的机械、电气性能，遵循DL/T5092-1999《110～500kV架空送电线路设计技术规程》的规定外,还需满足以下要求：

　　a)满足系统通信要求;

　　b)满足系统短路电流要求;

　　c)与另一根普通地线在弧垂特性上相匹配。

　　2.1 通信要求

　　通信要求的光纤技术指标如下：

　　光纤的几何特性

　　a) 光纤类型：G.652 24芯 单模

　　b) 工作波长：1310nm 、1550nm

　　c) 模场直径：8.6～9.5μm±10%(G.652)

　　d) 包层直径：125μm±1%(G.652)

　　e) 包层表面不圆度：≤2%

　　f) 模场同心度误差：≤0.8μm

　　光纤光学特性

　　a) 零色散波长：1300 nm ~1324nm

　　b) 最大零色散斜率SOMAX为0.093ps/(nm2•km)

　　c) 在1288～1339 nm波长范围内，色散系数最大绝对值：3.5 ps/(km. nm)

　　d) 在1271～1360 nm波长范围内，色散系数最大绝对值：5.3 ps/(km. nm)

　　e) 在1550nm波长色散系数最大绝对值：18 ps/(km. nm)

　　f) 光纤衰减常数：≤ 0.36dB/km 1310nm

　　≤ 0.22dB/km 1550nm

　　g) 损耗温度特性：≤ 0.05dB/km (-40℃~+65℃)

　　h) 截止波长：1260nm

　　i) 在1310nm和1550nm波长时，对一光纤连续长度不应有超过0.10dB的不连续点。

　　2. 2 根据系统短路电流要求、另一根普通地线匹配选择OPGW光缆型号

　　根据系统提供的2020年单相零序短路电流， 线路六等分短路电流见表2-1。

　　表2-1 西津电厂~燕岭单相零序短路电流表

　　系统故障的切除时间按0.3s考虑，即短路电流持续时间为0.3s。

　　根据短路电流的大小，设计考虑在西津电厂出口8 km范围内将一根地线更换为LBGJ-55-30AC铝包钢绞线，以减少流过OPGW的短路电流，其余段仍采用原GJ-50钢绞线;另一根地线则全线改为OPGW复合光缆，OPGW的型号则选择为OPGW-24B1-100[60;73.6] (DL/T 832-2003)，铝包钢绞线和OPGW光缆的机械特性见表2-2，OPGW的结构见图2-1。

　　表2-2 铝包钢绞线和OPGW光缆机械物理特性参数表

　　图2-1 OPGW结构图

　　OPGW光缆中：中心线为1根导电率为20.3%，强度≥1340Mpa,直径为2.70mm的铝包钢线;第一层为5根导电率为20.3%，强度≥1340Mpa,直径为2.60mm的铝包钢线，及一根直径为2.50mm的不锈钢管光纤单元;第二层为12根直径为2.60mm的铝合金线。

　　经计算, 线路在西津电厂站出口故障时流过OPGW的短路电流为13.98 kA，相应的短路电流容量为58.65kA2.s;在燕岭变出口故障时流过OPGW的短路电流为14.16A，相应的短路电流容量为60.15kA2.s;选择的OPGW光缆满足热稳定的要求。

　　3 导引光缆

　　导引光缆为联结OPGW与通信设备之间的光缆，根据相关的规程规范，要做好导引光缆直埋敷设时、在电缆沟内敷设时的保护。

　　4 使用条件

　　光缆及其导引光缆选型后，还需考虑一下条件：

　　4.1 气象条件

　　由于是在旧有线路上改造，设计时要采用原线路的设计气象条件，包括大气温度：最高气温、最低气温、年平均气温、安装条件验算(事故情况)、最大风速时、外过电压、内过电压等，在大气温度各种条件下的风速，及年最大风速、年雷暴日等。

　　4.2 安全系数

　　考虑到更换地线后对原有线路的影响，在选择安全系数时，应适当留些裕度。

　　4.2 防震措施

　　光缆全线不论档距大小均采用音叉式防振锤防振，为防止出现对OPGW造成伤害的应力集中，须配套使用防振护线条。

　　铝包钢绞线采用节能型防振锤防振，型号为原为FDZL-1。

　　4.3 防雷和接地

　　为避免雷击档距中央反击导线，导线与铝包钢绞线和OPGW光缆在档距中央的距离(15℃，无风时)应满足下式要求：

　　S≥0.012L+1

　　式中：S——导线与地线在档距中央的距离，m;

　　L——实际档距，m。

　　为保护OPGW光缆，每一耐张、悬垂金具组合均含一根接地线，通过接地线使OPGW光缆永久可靠的接地。

　　4.4 金具选择

　　光缆预绞式线夹根据《光纤复合架空地线(OPGW)用预绞式金具技术条件和试验方法(DL/T 766-2003)》选用，其他金具按《电力金具产品样本(1997年修订)》选用，铝包钢绞线耐张线夹采用液压型。

　　以上为对西津～燕岭电厂220kV线路光缆工程中的设计条件、对光缆的设计选型及使用条件作了一些论述，在光缆施工时，还需要注意一下问题：

　　5 施工中应遵守的施工和验收规范以及注意事项

　　5.1 工程施工及验收参照国家标准GB 50233—2005《110～500kV架空送电线路施工及验收规范》、及光缆施工的有关标准、规范执行。

　　5.2 光缆施工前，施工人员应进行施工培训;施工时应严格按照OPGW光缆安装指导手册执行;现场技术督导人员有权对施工方案进行监督指导。光缆施工时应注意光缆的弯曲半径，严禁打折。

　　5.3 架线施工时，光缆及铝包钢绞线均采用降温法补偿初伸长(除线路变电所进出线构架档外)，即架线时的实际温度降低15℃查取应力计算架线弧垂。

　　5.4 光缆施工过程必须采取有效措施保护光缆不受破坏，耐张杆塔必须按规范打临时拉线，避免杆塔或光缆被拉弯、拉坏。在放紧线前，应对杆塔构件认真检查，如发现锈蚀严重的应及时更换。放紧线前应对螺栓重新紧固一遍。所有耐张转角塔，在安装光缆前，地线支架下平面主材(撑杆)须采取临时补强措施，方可放紧线。

　　5.5 在重要的交叉跨越处，应采取有效措施，确保施工时对交叉跨越处安全距离。

　　5.6 光纤熔接的每个接头损耗、光缆接头盒安装位置，以及光缆引下接续时，应符合相关的光缆验收规定。

　　5.7 光缆的全线熔接完成后，须进行全程测试，测试应采用OTDR(光时域反射仪)测试，测试内容应包括：

　　1)每根光纤衰减值(衰减值取双向衰减平均值);

　　2)熔接衰减;

　　3)衰减曲线，事件表(每个接头的熔接衰减要求小于0.05dB)。

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