光纖復(fù)合架空地線光纜在大跨越工程中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

光纖復(fù)合架空地線光纜在大跨越工程中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用光纖復(fù)合架空地線光纜在大跨越工程中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用謝書(shū)鴻，路浩中天日立光纜有限公司,上海226463摘要：文章通過(guò)大跨越線路的典型特點(diǎn)對(duì)光纖復(fù)合架空地線光纜(以下簡(jiǎn)稱OPGW)的技術(shù)要求，說(shuō)明OPGW在設(shè)計(jì)、運(yùn)用中需要注意的問(wèn)題。并通過(guò)實(shí)際的運(yùn)行案例對(duì)OPGW光纜的設(shè)計(jì)思路、應(yīng)用環(huán)境及試驗(yàn)論證作了深入的闡述。通過(guò)深入論證證明OPGW在大跨越工程中是完全可以使用的，但尚需要積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：OPGW光纜;大跨越;拉重比;光纜試驗(yàn)光纖復(fù)合架空地線光纜（OPGW）已經(jīng)在國(guó)內(nèi)各種電壓等級(jí)的輸電線路上得到應(yīng)用，其優(yōu)越的復(fù)合性能、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、長(zhǎng)壽命都得到了認(rèn)可。目前，OPGW光纜在一般線路中使用，完全可以做到質(zhì)量?jī)?yōu)良，但輸電線路工程中免不了跨江、跨河、跨山等，OPGW是否適合大跨越工程呢，需要注意哪些技術(shù)要求呢？中天日立光纜有限公司積累了多個(gè)OPGW大跨越工程的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，希望這些設(shè)計(jì)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可以供廣大同行借鑒。

1大跨越工程對(duì)OPGW光纜的要求

大跨越工程，顧名思義，它需要跨越大的檔距，往往是跨越大的河流、湖泊、高山、峽谷或海島等，因此耐張段較長(zhǎng)，而且導(dǎo)地線懸掛點(diǎn)很高，特別是兩個(gè)跨越塔一般都較高，但又要求導(dǎo)地線的弧垂比較小。大跨越導(dǎo)地線工作環(huán)境較差，跨越處風(fēng)速都較高，因此導(dǎo)地線都受到較大的額外風(fēng)荷載。大跨越工程的這些特點(diǎn)對(duì)所使用的OPGW光纜提出了許多嚴(yán)格的要求：

(1)要求OPGW有足夠大的抗拉強(qiáng)度，更重要的是它必須有良好的拉力重量比，一般要求在13～15之間，取14較合適。拉力重量比(簡(jiǎn)稱拉重比)表示單位質(zhì)量所承受的張力，單位為千米，它可以簡(jiǎn)單地理解為弧垂的倒數(shù)，拉重比越大，弧垂越小。拉重比(km)＝拉力(N)/單位質(zhì)量(kg/km)

(2)大跨越線路一般離變電站較遠(yuǎn)，處于短路電流分布較小區(qū)域，因此其截面不太受熱穩(wěn)定控制，理論上為了增大抗拉強(qiáng)度可以增大OPGW直徑。但增大直徑就增加質(zhì)量導(dǎo)致拉重比下降，因此希望采用小直徑大抗拉強(qiáng)度的OPGW。較小的外徑及質(zhì)量對(duì)于降低光纜荷載、減輕鐵塔的負(fù)荷來(lái)說(shuō)是非常重要的。

(3)微風(fēng)振動(dòng)是造成架空線疲勞斷股的主要原因，尤其在跨河、湖泊等水面的大跨越中，可能會(huì)出現(xiàn)最大的理論振動(dòng)指標(biāo)。在這種線路條件下，要求OPGW光纜有良好的自阻尼性能，同時(shí)應(yīng)配合有效的防振措施。

(4)要求OPGW光纜有優(yōu)良的電氣性能和良好的抗腐蝕性，延長(zhǎng)OPGW光纜的壽命，考慮大抗拉強(qiáng)度，OPGW光纜主要應(yīng)采用全鋁包鋼線。早期大跨越導(dǎo)線曾采用鍍鋅鋼絞線，但它的電氣性能差、抗腐蝕性不良而被淘汰，以后已逐步采用鋁包鋼絞線、高強(qiáng)度鋼芯鋁合金絞線作大跨越導(dǎo)線，且質(zhì)量逐步提高。

(5)要求OPGW光纜有足夠的光纖余長(zhǎng)。光纖余長(zhǎng)是光纜承受荷載能力和光纜壽命的決定因素之一，當(dāng)光纜承受較大的機(jī)械荷載時(shí)，光纖應(yīng)保證不受力，也就不會(huì)增加衰耗。由于大跨越OPGW光纜主要由鋁包鋼線組成，在正常運(yùn)行時(shí)光纜延伸率和覆冰、風(fēng)荷載時(shí)的延伸率都小于一般線路在同樣條件下的延伸率，因此從理論上說(shuō)大跨越OPGW光纜對(duì)光纖余長(zhǎng)要求要小一點(diǎn)。

2大跨越工程O(píng)PGW光纜應(yīng)用實(shí)例中天日立光纜有限公司積極參與國(guó)內(nèi)重難點(diǎn)OPGW工程建設(shè)，通過(guò)在上海長(zhǎng)興島至橫沙島1519m長(zhǎng)江大跨越工程、1533m廣西潯江大跨越工程中與建設(shè)單位、設(shè)計(jì)院、北京帕爾普線路器材有限公司及試驗(yàn)單位的密切配合，積累了一些大跨越工程O(píng)PGW光纜的設(shè)計(jì)和應(yīng)用解決方案。

2.11519m上海長(zhǎng)江大跨越OPGW光纜

上海長(zhǎng)興島至橫沙島1519m長(zhǎng)江大跨越工程，跨越主塔塔高159m，跨越檔跨距1519m，最大風(fēng)速36m/s,最大覆冰10mm。為了滿足大跨越的強(qiáng)度需求，鐵塔塔頭做了特殊的加強(qiáng)設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，中天日立的OPGW光纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了三層結(jié)構(gòu)的全鋁包鋼線絞合。1519m上海長(zhǎng)江大跨越示意圖和OPGW光纜結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1，招標(biāo)要求OPGW技術(shù)規(guī)范和實(shí)際使用OPGW的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

樣，必須在懸垂線夾、防振錘和阻尼線與OPGW光纜握著處安裝預(yù)絞絲護(hù)線條以保護(hù)OPGW光纜。

4大跨越工程O(píng)PGW光纜試驗(yàn)即使經(jīng)過(guò)上述這些理論計(jì)算，但考慮大跨越的重要性，仍然可以在供需雙方配合下進(jìn)行以下試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證OPGW的耐疲勞振動(dòng)性能和光纖在典型微風(fēng)振動(dòng)下的光學(xué)特性。

(1)耐張線夾握力試驗(yàn)。耐張線夾握力必須達(dá)到95％UTS而不產(chǎn)生滑移。

(2)懸垂線夾垂直荷載試驗(yàn)和不平衡張力試驗(yàn)。參見(jiàn)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T766-2003《OPGW用預(yù)絞式金具技術(shù)條件和試驗(yàn)方法》。

(3)OPGW光纜自阻尼特性試驗(yàn)。測(cè)定振動(dòng)輸入P，OPGW光纜波腹振幅A、波長(zhǎng)λ、阻尼系數(shù)，線夾出口處彎曲應(yīng)變，離線夾出口89mm處振幅。通過(guò)測(cè)得的輸入功率、波腹振幅、頻率，可以得到OPGW光纜單位長(zhǎng)度消耗功率和比振幅，經(jīng)過(guò)換算，分析計(jì)算得到試驗(yàn)曲線方程。試驗(yàn)曲線方程與風(fēng)功率曲線方程聯(lián)合解即為平衡點(diǎn)，由平衡點(diǎn)估算出OPGW光纜的振動(dòng)強(qiáng)度。這些計(jì)算過(guò)程都是通過(guò)計(jì)算機(jī)程序完成的。在振動(dòng)臺(tái)上試驗(yàn)測(cè)量防振錘的自振頻率fi和阻尼系數(shù)ξi振動(dòng)特性。由OPGW光纜自阻尼特性和防振錘自振特性試驗(yàn)，得到(估算)OPGW光纜的振動(dòng)強(qiáng)度、波腹振幅、波長(zhǎng)、頻率、阻尼系數(shù)、線夾出口處彎曲應(yīng)變等，提出OPGW光纜防振方案，確定防振錘型號(hào)、數(shù)量、安裝距離、安裝位置等。

(4)OPGW光纜防振方案消振性能試驗(yàn)。在試驗(yàn)OPGW光纜上安裝好懸垂線夾、防振錘、傳感器，試驗(yàn)頻率在15～75Hz內(nèi)，可能產(chǎn)生5～6個(gè)共振頻率。在共振狀態(tài)下測(cè)量下列參數(shù)：①線夾出口處彎曲應(yīng)變值εc，防振錘連接點(diǎn)處彎曲應(yīng)變值εd；②測(cè)量離線夾出口89mm處OPGW光纜彎曲振幅A89，提供A89曲線；③波長(zhǎng)、波腹振幅值、阻尼系數(shù)；④離線夾出口700mm處OPGW光纜絕對(duì)振幅A700。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)防振方案進(jìn)行修改、調(diào)整，再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)量，不斷進(jìn)行優(yōu)化，最后提出最佳防振方案。

(5)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)型觀測(cè)。將OPGW架設(shè)在大跨越檔上后，在現(xiàn)場(chǎng)自然環(huán)境中觀測(cè)以上參數(shù)值。對(duì)上述振動(dòng)彎曲應(yīng)變波形、振幅波形在動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)上進(jìn)行波形時(shí)域分析和頻域分析、功率譜分析、功率密度譜分析、概率分析。求出振動(dòng)最大值(峰值)、均方根值，與風(fēng)速、頻率之間的關(guān)系，所有這些數(shù)據(jù)采集、分析在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)完成。根據(jù)測(cè)試分析結(jié)果，對(duì)原防振方案進(jìn)行修改、調(diào)整，直到將振動(dòng)控制在無(wú)危險(xiǎn)的范圍內(nèi)。

5結(jié)束語(yǔ)縱觀以上分析，國(guó)產(chǎn)OPGW光纜在大跨越線路工程中使用是完全可行的。但是，國(guó)內(nèi)大跨越線路使用OPGW光纜運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)還是較少，因此從設(shè)計(jì)、制造、架線、安裝、防振措施等都需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和