電力光纜介紹

1、電力光纜介紹 HYPERLINK .en/tech/html/2011/8/3/2011831257298781.htm .en/tech/html/2011/8/3/2011831257298781.htm作者：顧利國周春東孫國華沈洪芬錢子明江蘇亨通光電股份有限公司江蘇亨通電力電纜有限公司0前言：近年來，智能電網(wǎng)、FTTx和3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是支撐線纜行業(yè)蓬勃發(fā)展的主動力。智能電網(wǎng)要 求電力系統(tǒng)中輔以信息技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、自動化和互動化的特征；FTTx和3G網(wǎng)絡(luò) 建設(shè)要求信息通信的同時(shí)解決網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的用電問題，因此應(yīng)用于電力系統(tǒng)中兼顧電力傳輸和 信息通信的各類復(fù)合纜和特種光纜（本文統(tǒng)

2、稱為電力光纜）應(yīng)運(yùn)而生。電力光纜按敷式方式和應(yīng)用場合可分為三種，即電力線附加型、桿塔添加型和電力線復(fù)合型。 電力線附加型主要有地線纏繞光纜（GWWOP）和捆綁式光纜（ADL）；桿塔添加型主要有全介質(zhì)自 承式光纜（ADSS）和金屬自承光纜（MASS）；電力線復(fù)合型通常是指在傳統(tǒng)的電力線中復(fù)合光纖 單元，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)通電或防雷功能的同時(shí)進(jìn)行光纖通信，主要有光纖復(fù)合架空地線（OPGW）、光纖 復(fù)合架空相線（OPPC）、光電混合纜（GD）、光纖復(fù)合低壓電纜（OPLC）等。1地線纏繞式光纜GWWOP和捆綁式光纜ADL（1）地線纏繞式光纜GWWOP（Ground Wire Wind Optical Cable

3、）是一種直接纏繞在架 空地線上的光纜，它沿著輸電線路以地線為中心軸螺旋纏繞在地線上，形成一種依附于輸電線支 承的光傳輸媒介。（2） 捆綁式光纜ADL （All Dielectric Lashed Cable）是一種通過一條或兩條抗風(fēng)化 的膠帶、被覆芳綸線或金屬線捆綁在地線或相線上。與GWWOP光纜相比，減少了光纜由于彎曲纏 繞而引起衰減偏大或應(yīng)力增加。圖1. GWWOP和ADL光纜安裝示意圖這兩類光纜被統(tǒng)稱為附加型光纜一PAC (Optical Attached Cable), 一般用于35kV以下線 路中，早在上世紀(jì)80年代初就已經(jīng)開發(fā)并被電力部門所使用，是電力系統(tǒng)中建設(shè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)既 經(jīng)濟(jì)

4、又快捷的方式。他們不是自承式光纜，是附加在原有地線或相線上的，如圖1所示，因此該 纜具有輕型柔軟、且外徑小等優(yōu)點(diǎn)，一般采用全介質(zhì)中心管式光纜結(jié)構(gòu)，如圖2所示，非金屬加 強(qiáng)層通常采用芳綸纖維紗、玻璃纖維紗和玻璃纖維帶等柔性材料。圖2.常用GWWOP和ADL光纜結(jié)構(gòu)圖這兩類纜安裝時(shí)需要特殊的器具，安裝完后，光纜直接與電力線接觸，所以都需要承受線路短路時(shí)相線 或地線上產(chǎn)生的高溫，都有外護(hù)套材料老化問題，因此雖然研究和應(yīng)用早于ADSS光纜，但是在國內(nèi)沒有大 范圍的應(yīng)用。在線路設(shè)計(jì)時(shí)，還需覆冰和風(fēng)載校驗(yàn)電力線和桿塔強(qiáng)度。2全介質(zhì)自承式光纜ADSS和金屬自承式光纜MASS是一種(1)全介質(zhì)自承式光纜 AD

5、SS (All dielectric self-supporting optical fiber cable ) 利用現(xiàn)有的高壓輸電桿塔，與電力線同桿架設(shè)的特種光纜，具有工程造價(jià)低、施工方便、安全性高和易維護(hù) 等優(yōu)點(diǎn)。是一種ADSS光纜是自承式架空敷設(shè)，應(yīng)具有較大的抗拉強(qiáng)度，以保證正常運(yùn)行時(shí)能承載外界環(huán)境影響。ADSS 光纜主要承載元件為芳綸紗線，根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為中心管式和層絞式兩種，其中層絞式結(jié)構(gòu)分為單護(hù)層和雙護(hù) 套結(jié)構(gòu)，具體如下圖3。圖3 ADSS光纜結(jié)構(gòu)圖ADSS光纜在力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，除具有一定的抗拉強(qiáng)度外，還需考慮一定檔距下安裝ADSS光纜對地面的安全 距離和滿負(fù)載環(huán)境下對地安全距離，以防影

6、響路面正常運(yùn)作。另一方面，由于高壓電力線周圍存在著一定的 高壓電場環(huán)境，容易腐蝕損害ADSS光纜，因此ADSS光纜在敷設(shè)時(shí)不僅要選擇適宜的懸掛點(diǎn)，同時(shí)外護(hù)套也 需具有一定的耐電腐蝕能力。根據(jù)DL/T 788-2001全介質(zhì)自承式光纜標(biāo)準(zhǔn)要求，外護(hù)套可以分為A級（電 位小于12kV）和B級（電位大于12kV），其中B級護(hù)套（通常稱為耐電痕護(hù)套料）根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，一般建 議懸掛點(diǎn)運(yùn)行電位不超過25kV。（2）金屬自承式光纜 MASS （Metal Aerial Self-Supporting optical fiber cable） 不銹鋼管光 纖單元結(jié)構(gòu)，考慮MASS光纜同ADSS光纜一樣與現(xiàn)有桿

7、塔進(jìn)行同桿架設(shè)，為減少對桿塔的額外負(fù)載，要求MASS 光纜結(jié)構(gòu)小、重量輕。因此MASS光纜結(jié)構(gòu)采用中心管式，即不銹鋼光纖單元外面絞合一層鍍鋅鋼絲或鋁包 鋼絲，通常從成本考慮，以鍍鋅鋼絲為主，如圖3所示。圖3. MASS結(jié)構(gòu)圖MASS光纜在力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)與ADSS光纜類似，同樣需要進(jìn)行檔距一拉力一孤垂驗(yàn)算。但是在安裝敷設(shè)時(shí)， 應(yīng)選擇合適的懸掛點(diǎn)，一方面與電力線保持一定的安全距離；另一方面，因?yàn)镸ASS光纜是金屬結(jié)構(gòu)，通過 良好的接地處理和選擇弱電場安裝點(diǎn)，可以方便的解決電腐蝕問題。因?yàn)镸ASS光纜是全金屬結(jié)構(gòu)，在一些 鼠害猖狂地區(qū)，它還可以作為有效的防鼠光纜架空應(yīng)用。3光纖復(fù)合架空地線OPGW和光纖

8、復(fù)合架空相線OPPC(1)光纖復(fù)合架空地線 OPGW (Optical fibre composite overhead ground wires) 它具有傳統(tǒng)地 線防雷的功能，對輸電導(dǎo)線抗雷電提供屏蔽保護(hù)的作用，同時(shí)通過復(fù)合在地線中的光纖來傳輸信息。常見的 OPGW結(jié)構(gòu)主要有三大類，分別為鋁管型、鋁骨架型和不銹鋼管型，如圖4。圖4 OPGW結(jié)構(gòu)圖OPGW的關(guān)鍵技術(shù)之一是短路電流引起的溫升和OPGW的最高使用溫度，圖4中前兩種結(jié)構(gòu)的OPGW在短路 電流沖擊時(shí)，鋁管和鋁骨架會產(chǎn)生相對較高的溫度且向內(nèi)部擴(kuò)散，進(jìn)而影響光纖傳輸甚至斷纖現(xiàn)象，而不銹 鋼管型明顯改善很多。若結(jié)構(gòu)中含有鋁，在超過200C以

9、后，首先是鋁產(chǎn)生不可逆塑性形變，在結(jié)構(gòu)受到破 壞的同時(shí)，OPGW增大的孤垂不但不能保持與導(dǎo)線的安全間距還將可能與導(dǎo)線相碰，若是全鋼結(jié)構(gòu)則可短時(shí)工 作在300C。OPGW在新建線路中應(yīng)用具有較高的性價(jià)比，在設(shè)計(jì)時(shí)，OPGW的短路電流越大時(shí)，就需要用更多的鋁截 面積，則抗拉強(qiáng)度相應(yīng)降低；而在抗拉強(qiáng)度一定的情況下，要提高短路電流容量，只有增大金屬截面積，從 而導(dǎo)致纜徑和纜重增加，這樣就對線路桿塔強(qiáng)度提出了安全問題。但是OPGW設(shè)計(jì)時(shí)其電氣性能（如直流電 阻）和機(jī)械性能（如檔距一張力一孤垂特性）應(yīng)與另一根地線接近。（2）光纖復(fù)合架空相線 OPPC （Optical Fiber Composition

10、Phase Conductor ） 是將光纖單元復(fù) 合在相線中，具有相線和通信的雙重功能，彌補(bǔ)了新建電網(wǎng)線路中無架空地線卻要通信的場合，主要有中心 管式和層絞式兩種，如圖5。中心管式層絞式圖5 OPPC結(jié)構(gòu)圖雖然OPPC結(jié)構(gòu)與OPGW類似，但是在設(shè)計(jì)卻有很大差異。首先，OPPC由于具有相線的功能，長期承載 電力傳送，因考慮長期運(yùn)行溫度對光纖傳輸性能和光纖壽命的影響；其次，OPPC的機(jī)械性能和電氣性能應(yīng)與 相鄰導(dǎo)線一致，如直流電阻或阻抗與相鄰導(dǎo)線相似，以保證遠(yuǎn)端電壓變化保持三相平衡；再次，OPPC安裝在 高壓系統(tǒng)中，其安裝的金具和附件（如耐張線夾，懸垂線夾和終端接頭盒）需絕緣，線夾可用相應(yīng)的絕緣

11、耐 張線串或絕緣懸垂串，光電絕緣/分離和連接則需要特殊的技術(shù)，對施工的要求也比較高。4接入網(wǎng)用光電混合纜GD俗稱綜接入網(wǎng)用光電混合纜 GD (Optical and electrical hybrid cables for access network)俗稱綜合光纜，它集光纖、金屬線對和饋電線于一體，可以同時(shí)傳輸光信號、電信號和電能，其典型結(jié)構(gòu)如圖6。合光纜，它集光纖、金屬線對和饋電線于一體，隨著接入網(wǎng)技術(shù)和市場的快速發(fā)展，光纖通信開始進(jìn)入新一輪高速增長階段，移動通信、數(shù)字電視（中 間轉(zhuǎn)換）、寬帶接入、FTTx、農(nóng)村村村通工程等將通信光纜和設(shè)備不斷地向用戶延伸，遠(yuǎn)端基站、通信機(jī)房、 用戶接入點(diǎn)

12、等設(shè)備開始大量應(yīng)用，而設(shè)備的供電卻成為通信運(yùn)營商十分棘手的問題，為解決此問題，中國通 信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布了 YD/T 2159-2010接入網(wǎng)用光電混合纜，為該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。雖然我們可以通過GD光纜可以給遠(yuǎn)端設(shè)備供電和傳輸信息，但是饋電線中存在線路損耗，且隨著傳輸 距離的加長而增大，同時(shí)還存在著壓降問題。因此，高壓直流遠(yuǎn)供電無疑是解決長距離通信的最佳方案。高 壓直流遠(yuǎn)供電系統(tǒng)的原理是將機(jī)房內(nèi)開關(guān)電源的48 V直流電通過遠(yuǎn)供電源局端設(shè)備隔離升壓到約200400 V直流高壓，將直流高壓電通過GD光纜中饋電線傳輸?shù)竭h(yuǎn)端設(shè)備處，傳輸過程中電源處于對地懸浮狀態(tài)， 通過遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行電壓逆變

13、，變換到遠(yuǎn)端設(shè)備所需電壓（如DC48 V或AC220V），最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端設(shè)備正常通 信，如圖7。圖7高壓直流遠(yuǎn)端供電原理圖GD光纜在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，主要是饋電線的截面積選取，饋電線的截面積與傳輸距離、用電設(shè)備功率、 傳輸電壓等級、遠(yuǎn)供電設(shè)備接收電壓范圍等有關(guān)，線纜設(shè)計(jì)完后，還需進(jìn)一步驗(yàn)算線纜損耗，一般線纜損耗 功率不超過遠(yuǎn)供局端設(shè)備輸出功率的10%為宜。5光纖復(fù)合低壓電纜一OPLC光纖復(fù)合低壓電纜OPLC （Optical Fiber Composite Low-Voltage Cable） 是將經(jīng)過保護(hù)后的光纖 單元置于電力線纜中，可用于額定電壓0.6/1kV及其以下電力系統(tǒng)中，同時(shí)解決光纖信

14、息通信的問題。OPLC 倡導(dǎo)的電力光纖到戶（Power and Fiber to the home，簡稱PFTTH），即配合無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)，實(shí) 現(xiàn)電信網(wǎng)、電力傳輸網(wǎng)、電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等“多網(wǎng)融合”的概念完全符合我國現(xiàn)階段電信運(yùn)營商提出的“三 網(wǎng)融合”建設(shè)的浪潮，因此可以通過OPLC構(gòu)建電信公共服務(wù)平臺，加速和節(jié)約我國光纖到戶建設(shè)。II金詞璀綬A咒單/L蝶形光單兀OPLC在設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮是光單元結(jié)構(gòu)的選用，層絞式光纜可以包含較多芯數(shù)光纖，比較適宜配網(wǎng)時(shí) 光纜的分歧和交接應(yīng)用；蝶形光纜因施工接續(xù)時(shí)可采用快速連接器進(jìn)行冷接，施工快速方便，比較適合入戶 應(yīng)用。根據(jù)組網(wǎng)特性和實(shí)際使用芯數(shù)狀況，

15、我們選取中心管式光纜、層絞式光纜和蝶形光纜三種結(jié)構(gòu)作為II金詞璀綬A咒單/L蝶形光單兀IF金JB中心管式光單元圖8 OPLC典型光單元結(jié)構(gòu)示意圖層絞式光單元和中心束管式光單元根據(jù)不同的敷設(shè)形式，又分為干式和油膏填充式。干式光單元可以滿 足大芯數(shù)垂直敷設(shè)的需要，特別是在高層樓垂直布線中應(yīng)用較多，可以解決垂直敷設(shè)時(shí)油膏滴流問題，為OPLC 在不同場合的應(yīng)用提供了方便?？紤]緊套光纖結(jié)構(gòu)對溫度敏感性較大，一般不建議在OPLC中應(yīng)用。OPLC結(jié) 構(gòu)如圖9所示，分為入戶用和配網(wǎng)用兩大類。A戶用光纖復(fù)臺電纏A戶用光纖復(fù)臺電纏配網(wǎng)用光纖點(diǎn)電纜圖9 OPLC結(jié)構(gòu)圖OPLC在產(chǎn)品開發(fā)之初主要討論的問題是電力導(dǎo)線在

16、長期工作過程中產(chǎn)生的熱量對光纖的影響。亨通集 團(tuán)在產(chǎn)品開發(fā)之初，同上海電纜研究所合作對OPLC進(jìn)行耐壓認(rèn)證性測試，也就是認(rèn)證電力導(dǎo)體溫度在75 80C時(shí)（超出GB 50217-2007電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定聚氯乙烯絕緣電力電纜導(dǎo)體最高持續(xù)工作溫 度70C），監(jiān)控絕緣芯線間溫度（也就是光單元外表溫度），具體如圖10所示，經(jīng)過18天不間斷測試，在 導(dǎo)體溫度不超過80C時(shí)，絕緣芯線間溫度小于70C，考慮光單元外護(hù)套對光纖的隔熱保護(hù)作用，光纖正常 工作溫度不超過70C，完全滿足光纖長期使用條件，并且整個(gè)試驗(yàn)過程中，光纖衰減變化符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。圖10 OPLC耐熱試驗(yàn)OPLC存在的問題：電力電纜運(yùn)行時(shí)，短路時(shí)（持續(xù)5秒）導(dǎo)體最高溫度聚氯乙烯絕緣160C，交聯(lián)聚乙烯絕緣250C ；此時(shí)的瞬時(shí)溫升對光單元中的光纖衰減影響程度，還需要進(jìn)一步的研究，在缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 時(shí)，建議通過短路保護(hù)器進(jìn)行線纜保護(hù)。但從目前的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看，在正常運(yùn)行的工作狀態(tài)下，OPLC的使用未發(fā)現(xiàn)任何問題。我公司已在上海浦東峨山路越富豪庭智能小區(qū)、浙江省海鹽的智能試點(diǎn)小區(qū)、無錫市金科觀 天下智能小區(qū)和上海浦東的張江名邸等智能用電小區(qū)試點(diǎn)項(xiàng)目中運(yùn)用了 300多公里的