一、覆冰地區(qū)的特點(diǎn)

我國(guó)的西南地區(qū)地形復(fù)雜，氣候條件變化多樣，架空送電線路很多都通過海拔懸殊，地形劇變，山巒起伏，峰高谷深，水氣充沛，氣候多變，人煙稀少的高山大嶺地區(qū)。這就造成架空送電線路往往經(jīng)過覆冰厚度不同的多個(gè)氣象區(qū)。我國(guó)將線路覆冰厚度20mm(15年一遇、密度0.9g/cm3)及以上的地區(qū)，稱為重冰區(qū)。西南地區(qū)架空線路受地形控制，致使檔距不均勻，光纜懸點(diǎn)高差過大，往往引起光纜在高懸點(diǎn)處的應(yīng)力過大。在地形起伏的山區(qū)，同一個(gè)耐張段內(nèi)，有背風(fēng)和迎風(fēng)的山坡，也有向陽和背陰的山嶺;有地形開闊的山巔，也有低洼閉塞的谷地。造成各檔距之間覆冰、風(fēng)速及氣溫的明顯差異，從而冬季出現(xiàn)不均勻覆冰或不同期脫冰現(xiàn)象。OPGW光纜在不同期脫冰時(shí)會(huì)出現(xiàn)跳躍及舞動(dòng)現(xiàn)象，產(chǎn)生較大的沖擊力及不平衡張力，發(fā)生冰害事故。

因此，在西南特有的大覆冰、大高差地區(qū)選擇合理的OPGW結(jié)構(gòu)型式非常重要。選擇OPGW時(shí)，應(yīng)針對(duì)具體的工程項(xiàng)目，結(jié)合各種結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)綜合考慮。

二、選擇OPGW的結(jié)構(gòu)

OPGW結(jié)構(gòu)包括光單元和鎧裝單元，光單元承擔(dān)OPGW的光纖通信功能，鎧裝單元承擔(dān)OPGW的地線功能。光單元是OPGW的核心組成部分，光單元的演變和發(fā)展推動(dòng)了OPGW光纜的發(fā)展。光單元結(jié)構(gòu)對(duì)光纖的受力和傳輸信號(hào)衰減程度有很大的影響，因此光單元結(jié)構(gòu)的選擇需考慮必要的機(jī)械保護(hù)結(jié)構(gòu)防止光纖受側(cè)壓，保證適度的光纖余長(zhǎng)，并采用可靠的措施進(jìn)行防潮、防水、隔熱等。

(1) 光纖結(jié)構(gòu)型式可分為松套結(jié)構(gòu)和緊套結(jié)構(gòu)，應(yīng)優(yōu)選松套結(jié)構(gòu)

據(jù)有關(guān)資料介紹，緊套結(jié)構(gòu)的OPGW一般直徑較松套小，可以減少鐵塔上風(fēng)、冰荷載;具有較高的抗側(cè)壓能力等優(yōu)點(diǎn)。但緊套結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度光纖，使得價(jià)格較松套高，而且緊套光纖束在光纖單元結(jié)構(gòu)中幾乎沒有余長(zhǎng)。一般此種結(jié)構(gòu)的光纜受力時(shí)，光纜伸長(zhǎng)2%時(shí)，光纖可能就要受力，當(dāng)單根光纖受力伸長(zhǎng)1%后就可能被拉斷。盡管OPGW在各種氣象條件、大覆冰、大檔距、大高差等情況下的伸長(zhǎng)率不過千分之幾，但較難保證光纖不受軸向拉力;光纖一旦受力其傳輸信號(hào)衰減將會(huì)增加，所以對(duì)通信效果就有一定的影響。

而松套結(jié)構(gòu)中光纖一般置于有填充物的金屬(塑料)管中，具有較大的調(diào)整空間容納光纖的余長(zhǎng)，有一定的緩沖作用，能保證光纖在各種不利運(yùn)行情況下不受力，保證瞬時(shí)沖擊和短期大荷載下光纖不受到任何影響。因此，松套結(jié)構(gòu)在余長(zhǎng)方面的優(yōu)勢(shì)很適合于大覆冰、大檔距、大高差等條件較為惡劣的線路。

因此，比較松套結(jié)構(gòu)和緊套結(jié)構(gòu)光纖型式，應(yīng)優(yōu)選松套結(jié)構(gòu)。

(2) OPGW三種典型結(jié)構(gòu)型式的選擇

目前國(guó)內(nèi)外廠家生產(chǎn)松套結(jié)構(gòu)的OPGW較多，總體分為中心管結(jié)構(gòu)OPGW和層絞不銹鋼管結(jié)構(gòu)OPGW，其中中心管結(jié)構(gòu)OPGW又派生出中心鋁管結(jié)構(gòu)、中心鋁骨架結(jié)構(gòu)和中心不銹鋼管結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)可靠性

中心鋁管1.光纖在光纜大張力下受微小張力++

2.1550nm時(shí)衰減很小++

3.抗側(cè)壓性能一般-

中心不銹鋼管和層絞不銹鋼管1.光纖在光纜大張力下不受張力+++

2.1550nm時(shí)衰減很小++

3.結(jié)構(gòu)緊湊+++

4.抗側(cè)壓性能較好++

中心鋁骨架1.光纖在光纜70%RTS張力下受微小張力++

2.1550nm時(shí)衰減很小++

3.結(jié)構(gòu)緊湊性一般++

4.抗側(cè)壓性能好+++

各種OPGW結(jié)構(gòu)性能比較

中心鋁骨架和中心鋁管結(jié)構(gòu)OPGW的直徑一般較大，而拉斷力較小，對(duì)鐵塔荷載和塔頭設(shè)計(jì)不利，而且其鋁截面積較大，直流電阻較小，與普通地線的分流比較大，

在熱穩(wěn)定控制的情形下，往往造成普通地線的造價(jià)提高。對(duì)于各種結(jié)構(gòu)的性能比較已經(jīng)有了很多的文章，比較認(rèn)為總體選用中心不銹鋼管和層絞不銹鋼管是最優(yōu)的，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念上接近導(dǎo)線。

一般而言，對(duì)于新架線路，宜采用松套結(jié)構(gòu)偏心鋼管式或中心鋼管式OPGW。新建線路的桿塔承載結(jié)構(gòu)可以適當(dāng)調(diào)整以適應(yīng)OPGW的要求。在各種松套結(jié)構(gòu)的OPGW中，以鋼管層絞式結(jié)構(gòu)最為緊湊，其有效承載面積與總截面的比值最大，在相同張力情況下，它的總截面最小，OPGW的風(fēng)壓負(fù)荷最小，對(duì)桿塔的負(fù)荷影響最小。不銹鋼管式OPGW的尺寸小，重量輕，可以與傳統(tǒng)的地線尺寸接近，其單位重量和機(jī)械性能都與傳統(tǒng)的地線接近。在承受短路電流沖擊時(shí)，熱量對(duì)光單元的影響，鋼管型的影響遠(yuǎn)小于鋁管型和鋁骨架型，鋼管型能有效地保護(hù)光纖可靠性和傳輸性能的穩(wěn)定。

對(duì)于已建線路更換原有地線架設(shè)OPGW，經(jīng)過參數(shù)配選，一般情況下松套結(jié)構(gòu)和緊套結(jié)構(gòu)均能滿足桿塔負(fù)荷要求，此時(shí)，選用松套結(jié)構(gòu)為宜。

總之，OPGW的結(jié)構(gòu)選擇要綜合考慮地形、檔距、氣象條件、桿塔結(jié)構(gòu)、造價(jià)等諸多因素，經(jīng)參數(shù)校核滿足要求后才最終確定。

(3) 松套結(jié)構(gòu)OPGW光纖余長(zhǎng)確定

OPGW和普通導(dǎo)線一樣，在安裝以后由于受張力、自重和溫度等的影響，將會(huì)發(fā)生塑性和彈性伸長(zhǎng)。光纖余長(zhǎng)作為松套結(jié)構(gòu)OPGW的一個(gè)重要參數(shù)，必須對(duì)其在各種惡劣氣象條件和地形條件的運(yùn)行情況下的伸長(zhǎng)量進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)OPGW光纖余長(zhǎng)加以限制。光纖余長(zhǎng)過短，當(dāng)OPGW纜的伸長(zhǎng)大于光纖余長(zhǎng)，光纖將會(huì)因余長(zhǎng)不夠而受力從而造成光纖衰減增大;光纖余長(zhǎng)過長(zhǎng)，當(dāng)在低溫狀態(tài)下OPGW纜收縮時(shí)光纖在1550nm波長(zhǎng)下微彎損耗增大。只有當(dāng)纜內(nèi)所有光纖的余長(zhǎng)在一定的范圍內(nèi)是均勻(或一致)時(shí)才有實(shí)際意義，因此在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡可能地同時(shí)測(cè)試多根光纖的應(yīng)變狀態(tài)。

三、在重冰區(qū)一定需要緊套、骨架結(jié)構(gòu)嗎?

在OPGW光纜線路的設(shè)計(jì)選型中，爭(zhēng)議較大的是：是否在重冰區(qū)優(yōu)先采用緊套結(jié)構(gòu)，光纜結(jié)構(gòu)是否優(yōu)先考慮鋁骨架結(jié)構(gòu)，在重冰區(qū)光纜抗側(cè)壓力的性能如何評(píng)價(jià)，纜徑和短路電流容量如何確定等。

近年西南電網(wǎng)在新建500KV 、220KV、110KV線路上都敷設(shè)了OPGW光纜，上述各種結(jié)構(gòu)的光纜都有應(yīng)用。OPGW光纜在西南電網(wǎng)(包括云、貴、川)的使用只有幾年，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不多，至今的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明沒有斷纜斷纖情況發(fā)生。在進(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)，一般認(rèn)為，電力用戶在一般氣候條件下選擇纜型的范圍大一些，在重冰(覆冰20mm 以上)地區(qū)和大檔距或大高差地區(qū)選型范圍受限，在這些地區(qū)對(duì)光纜重量、直徑和抗側(cè)壓力有特別要求。

其實(shí)，在重冰區(qū)緊套或松套光纖單元結(jié)構(gòu)的OPGW光纜都可采用。在重冰區(qū)光纜外徑可能由于包覆冰層導(dǎo)致重量、風(fēng)冰負(fù)荷增加很大，導(dǎo)致線路運(yùn)行張力增大，盡管此時(shí)對(duì)光纜的抗側(cè)壓力要求有所增大，但不管哪種結(jié)構(gòu)光纜都能滿足側(cè)壓力要求。所以光纜覆冰其實(shí)質(zhì)還是反映到在運(yùn)行張力增大后，光纖是否受力，而且覆冰脫落后可能引起的振動(dòng)或舞動(dòng)對(duì)光纜和光纖的損傷、對(duì)懸垂線夾出口處的損傷。松套光纖單元結(jié)構(gòu)的光纜能保證在70%RTS受力情況下光纖不受力，確保了該種光纜結(jié)構(gòu)就可以用在重覆冰線路中。目前在云南、四川、貴州等地30mm和20mm重覆冰區(qū)的OPGW大量應(yīng)用證明國(guó)內(nèi)層絞(偏心)松套不銹鋼管式光纜是很適合使用在重冰區(qū)的。中天日立不銹鋼管式光纜的側(cè)壓力性能滿足國(guó)家及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求，在重覆冰地區(qū)應(yīng)用不受任何影響。纜徑及短路電流應(yīng)根據(jù)電力線路具體情況(故障短路電流熱平衡、鐵塔塔頭負(fù)荷能力、與另一根地線的張力弧垂匹配等)選取。

OPGW光纜一旦架設(shè)施工完畢后，就在年平均運(yùn)行張力下工作，當(dāng)OPGW覆冰后，其承受的外荷載增大，此時(shí)要求OPGW光纜具有足夠的張力強(qiáng)度，并對(duì)桿塔受力增加，懸點(diǎn)應(yīng)力增大，此時(shí)對(duì)懸垂線夾的抗疲勞性提出更高的要求。由于OPGW彈性模量較大，覆冰引起的弧垂下降不會(huì)降低OPGW與導(dǎo)線的安全距離。

四、大覆冰地區(qū)OPGW的試驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)大覆冰地區(qū)的應(yīng)用條件，對(duì)OPGW光纜有如下特殊要求和技術(shù)條件：：

(1) 光纖單元壓力實(shí)驗(yàn)：由于OPGW覆冰后冰層的重量及張力增大后的摩擦力導(dǎo)致光纖單元承受一定的側(cè)壓力，規(guī)定OPGW光纜可承受700kg/50mm的壓扁試驗(yàn)而不引起光衰減的增加。

(2) 脫冰跳躍要求：特別是對(duì)于20mm 冰區(qū)OPGW應(yīng)滿足實(shí)際使用檔距800m，架線張力40%RTS，覆冰重量2kg/m，全檔覆冰1600kg情況下，OPGW因覆冰全部脫落產(chǎn)生脫冰跳躍，每年運(yùn)行期間約出現(xiàn)20次而不發(fā)生OPGW損壞。

(3) 滿足96小時(shí)最大工作荷載試驗(yàn)。

OPGW承受規(guī)定的最大工作荷載(75 %的RTS張力), 持續(xù)96小時(shí)。連續(xù)監(jiān)測(cè)光纖的損耗、伸長(zhǎng)和纜的伸長(zhǎng)。光纖衰耗增量小于1dB，張力釋放后，無附加衰耗。