第３１卷第２０７期 ２０１０年１月１０日 电力 系统通信 Ｖｏｌ＿３ １ Ｎｏ．２０７ Ｆｅｌｅｅｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｊａｎ．１０，２０１０ ．１３． 送电线路ＯＰＧＷ参数设计导则及型谱的研究 郝佳恺 ，赵广怀 ，邹跃中 ，张 晔 ｆ１．北京市电力公司调度通信中心，北京１０００００；２．国网北京电力建设研究院，北京ｌｏｏｏｏｏ） 摘要：ＯＰＧＷ已经得到越来越广泛的应用，但其产品设计制造一直因工程线路参数而异，没 有形成ＯＰＧＷ产品设计和制造标准，ＯＰＧＷ产品间无互换性，给ＯＰＧＷ的检修、备品储备、 集中采购带来不便。针对上述问题，文章介绍了几种常见的ＯＰＧＷ结构并进行了比较，分 析了不锈钢管ＯＰＧＷ设计的主要技术参数，总结了ＯＰＧＷ的设计思路与原则，提出了适应 北京地区情况的ＯＰＧＷ设计导则．保证ＯＰＧＷ对当前使用条件具有更强的适应性和可靠 性。 关键词：ＯＰＧＷ；参数设计导则；型谱 中图分类号：ＴＮ９１３．３３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００５—７６４１（２０１０）０１—００１３－０７ Ｏ 引言 ＯＰＧＷ是集通信光纤与架空输电线路避雷线 于一体的地线，以可靠性高、不易遭受外力破坏、 工程附加费用低、使用寿命长等优点在电力系统 中广泛应用。但是ＯＰＧＷ产品没能实现系列化和 标准化。在使用过程中，北京市电力公司通信部门 发现，不同的线路，Ｔ程，因为没有统一的ＯＰＧＷ 产品设计和制造标准，所设计的产品存在很大的 型、铝骨架型，下面介绍几种结构的ＯＰＧＷ并对 其优缺点进行比较。 １．１ 铝管型 常见的铝管型结构有中心束管层绞结构和中 心铝管结构２种。铝管是导电截面的一部分，光单 元置于铝管中，一般为单松套光纤管或层绞松套 光纤管，铝管内可填充阻水油膏或包覆隔热层。 １．２铝骨架型 铝骨架作为导电截面的一部分，骨架槽内嚣 差异，给用户在使用方面带来诸多不便。针对每个 具体工程，设计单位都需要设计并提出参数技术 要求，做大量繁杂和重复工作。由于设计人员对 ＯＰＧＷ认识的差异，提出的技术要求千差万别．导 致ＯＰＧＷ之问没有互换性，对线路的维修、换线 带来困难，也造成了巨大浪费。因此。有必要开展 ＯＰＧＷ产品典型化设计的工作。北京市电力公司 以光纤松套管、一次被覆光纤束、紧包光纤或带 纤。骨架外一般有铝保护管，因光单元中铝截面较 大，故常见结构以单层铝包钢为主。铝骨架承受较 大比例短路电流并产生高温，所以槽内放置具有 缓冲层的耐高温紧包光纤。 １．３不锈钢管型 常见的不锈钢管型结构有层绞式不锈钢管型 通信中心开展了（（ＯＰＧＷ设计导则》规范性文件的 编制丁作，并且形成了一套ＯＰＧＷ型谱．为 ＯＰＧＷ产品的选取和使用，保证其结构和性能的 一和中心不锈钢管型２种。光纤以一定的余长置于 填充油膏的密封不锈钢管内．光纤余长由管内余 长和绞合余长２部分组成。不锈钢管的电阻较大 且截面积小，因此基本上不参与电流承载。当短路 致性、互换性提供了参考。建立ＯＰＧＷ型谱．工 作实施难度大，强度高，但具有积极的意义。 电流流过时，本身基本不发热。 １．４几种ＯＰＧＷ结构比较 早期的中心铝管式、铝骨架式ＯＰＧＷ主要应 １ 常见ＯＰＧＷ结构及比较 常见的ＯＰＧＷ结构有中心铝管型、不锈钢管 用在日本等地，２Ｏ世纪９０年代后期，不锈钢管层 ・１４・ 电 力 委 饶 通 信 绞式ＯＰＧＷ应用更加广泛。 铝骨架和铝管结构的ＯＰＧＷ光缆抗腐蚀性 能好、热容量大，但因其设计结构的，截面积 大，其直径、截面积、单位重量都不适合在３５ ｋＶ 甚至ｌ１０ ｋＶ送电线路中应用；在高电压等级线路 中与地线匹配性不好，造成塔头不平衡：其光单元 在雷击或短路电流的作用下，局部温升高，造成光 纤损耗增大。不锈钢管型ＯＰＧＷ以其大容量、小 截面、大余长与地线匹配性好等优势得到越来越 广泛的应用。 ２设计方案的选择与依据 通过对以上几种不同结构的ＯＰＧＷ进行分 析与比较发现，不锈钢管ＯＰＧＷ在结构上具有明 显优势，适应现代电力通信的发展要求。在国内外 电力通信工程中已经得到大量应用．而且我国生 产ＯＰＧＷ的厂家基本上采用不锈钢管光单元生 产线，工艺日趋成熟，研究不锈钢管结构的ＯＰＧＷ 产品具有代表性。 在双地线均采用型号、规格相同的铝包钢绞 线、镀锌钢绞线、铝包钢芯铝绞线等结构的送电 线路中，雷击断股的事件较少发生：而在型号相 同的双ＯＰＧＷ地线结构的送电线路中，也未见发 生雷击断股的事件。我国近年来发生的ＯＰＧＷ雷 击断股事件．大多数出现在ＯＰＧＷ与另一根地线 参数、性能有较大差异的线路中。对于ＯＰＧＷ来 讲，其与另一地线的匹配性越好，安全性、稳定性 也越好。因此，确定了以匹配地线为原则的思路 后．在满足ＯＰＧＷ通信、电气、机械性能的前提 下．其参数应尽量与匹配地线相接近，即主要考虑 其在分流方面的功能，对在不同电压等级线路中 使用的短路电流容量进行划分，再根据不同短路 电流容量下的一系列光纤芯数按要求进行再划 分．从而形成纵向深入、横向拓展的ＯＰＧＷ典型 化设计型谱结构。在一定程度上了ＯＰＧＷ设 计的随意性，使ＯＰＧＷ性能参数的要求更加严 格、细致，保证了产品的使用性能，使ＯＰＧＷ运行 更加安全、稳定。 ３ 不锈钢管ＯＰＧＷ设计的主要技 术参数 ＯＰＧＷ作为送电线路的地线和避雷线，其主 要技术参数分为电气性能和机械性能２类。电气 性能主要包括短路电流容量、允许短路电流、直流 电阻等；机械性能主要为外径、截面积、额定抗拉 强度、单位重量等。 在ＯＰＧＷ设计中还必须要考虑当地的气象 条件，如风速、覆冰厚度等。另外，根据匹配地线原 则，在对ＯＰＧＷ设计时，还要考虑与之匹配地线 的参数，应尽量与之接近。 １）ＯＰＧＷ外径。该参数对冰、风荷载影响较 大。因电线水平荷载同外径成正比，在不增大杆塔 水平荷载的情况下，ＯＰＧＷ外径通常要求和对侧 普通地线外径基本保持一致。 ２）承载截面积。所有受力元件截面计算值之 和，最好与对侧普通地线截面积相差较小。 ３）单位重量。为保持杆塔受力平衡，不至于增 大杆塔垂直荷载，ＯＰＧＷ单重要求和对侧普通地 线重量基本保持一致。 ４）额定抗拉强度。对于额定抗拉强度ＲＴＳ和 最大允许抗拉强度ＭＡＴ，ＲＴＳ为承载截面（金属 截面）强度之和；而ＭＡＴ对应于在设计气象条件 下理论计算总负载时ＯＰＧＷ受到的最大张力。在 此张力下保证光纤无附加衰减，通常要求ＭＡＴ在 不超过ＲＴＳ的４０％左右的范围。 ５）直流电阻。ＯＰＧＷ中所有导电元件的并联 电阻计算值。 ６）允许短路电流及短路电流容量。允许短路 电流为系统短路时．ＯＰＧＷ在一定短路时间内可 以承受的最大电流；短路电流容量是短路电流的 平方和时间的乘积。 ７）外层单丝直径。处于ＯＰＧＷ最外层的铝合 金或铝包钢单丝的直径，此参数关系到ＯＰＧＷ抗 雷击能力。 ８）北京地区气象条件。北京地区一般为Ⅳ类 典型气象区，在山区等特殊地区风速、覆冰厚度增 加．具体情况见表１所列。 ９）北京送电线路中使用的主要地线型号及参 数。根据ＯＰＧＷ设计的匹配地线原则，对北京市 电力公司５００，２２０，１１０，３５ ｋＶ送电线路中使用的 地线进行了调研、归纳和总结，以２２０ ｋＶ线路为 例．具体情况见表２所列。 专题聚焦郝佳恺等送电线路OPGW参数设计导则及型谱的研究．15．表1北京地区环境气象条件Tab1Mete．200areaoC的雷电能量下平均断股355股．，最大断525．．orologicalconditionsofBeijing股。当OPGW外层股线采用铝包钢时'，rOB的，铝包钢在150℃的雷电能量下平均断股055股最大断3股：在20012的雷电能量下平均断股l股最大断3股：当单丝直径达到3．，mm时在150C，，o的雷电能量下平均断股达到02股最大断2股由此可以看出．。外层单丝直径的增大能显著提高o。其抗雷击断股的能力铝合金的熔点为660o．．C；钢的熔点为l535C是铝合金的232倍铝合金比。注：第一种北京地区一般采用为Ⅳ类典型气象区，。第二种北京地铝包钢线的熔点低。，铝合金丝抗雷击能力比铝包区山区采用：工程上采用。钢丝能力低得多依据理论和实践经验可确定：对于500kV线路OPGW的最外层单丝直径最小不。4OPGW设计导则及型谱的设计得低于3mm．思路41．500kV以下线路．，使用／11／／1OPGW的最。外层单丝直径最小不得低于242．75OPGW的耐雷性能OPGW，绞合单丝材质的选择从上面的分析可以看出．作为送电线路中的避雷线其主要用途铝包钢线单丝抗雷是受雷所以在设计时必须要考虑OPGW的耐雷击能力远远大于铝合金丝铝包钢丝。，且其抗拉强度远大于性能。在使用OPGW的世界各国全部发生过雷，为了更好地说明高导电率铝包钢线和，击断股事件。铝合金材质在OPGW上表现的性能差别设计外，雷击断股后OPGW电气及机械性能将大幅下降严重威胁通信安全及送电线路的安全运行，。层用铝合金线和全铝包钢结构的OPGW。参数性能比较见表3所列，。试验证明25，．mm的铝合金在50qC的雷电能量．此外不同铝钢比的铝包钢丝热体积不同导，下会出现断股的情况；32．mm单丝直径在，150oC电率为40％的铝包钢线(AS)相对铝具有略高的的雷电能量下平均断股275股最大断5股：在体积热容抗拉强度比铝合金要高经过对外层用，。表2220kV线路用地线型号及主要参数Tab2G．rourpwiretypeandmainparametersat220kVline16电力孽饶c薹僧表3OPGW外层用铝合金线和全铝包钢线结构的参数性能比较Tab3．Parameterscomparisionwhenusingaluminumalloyouterlayerandaluminumcladstealouterlayer中心层结构第一a1／40％AS32r．m1，40％AS32ra．m相同相同换为全铝合金相同相同层a5，40％AS32r．mI／0Pm5，40％AS32m．mI／0Pm最外层m外径／m12，40％AS1632ra．12，AA32m．1614476．ar承载截面／m214476．km)单重／(kg／N抗拉强度／l【701-42886．51128．减轻降低37％减小增大4_3％增大216％．5516．直流电阻／(Q，lcm)2短路电流容量kA．0．304oO231．s(40200C025～．．S)16204．16908．短路电流，l(A26．260l．铝合金线(AA)结构和40％铝包钢线(As)结构的OPGW性种单丝材料的稳定结构43．。能的详细比较发现．．AA，线在允许短路耐雷击性能明0PGW的缆芯结构电流容量方面的贡献仅为43％显下降，型谱设计选用稳定性较好的““l+6”、“1+7+”、光缆抗拉强度指标下降37％OPGW的．一1+6。”“、+n1+7”+n几种结构．常用的为，“l6”结设计在其他参数与另理想。侧地线的匹配性效果不构单双管结构根据不同光纤芯数可选外层绞线的数量根据结构要求在一定范围内可调。。按层数AA线和AS线的选用上做了经济性比较(由一划分可分为单层和双(多)层结构双(多)层结构，于近期国际钢材价格的波动较大选取近期某，铝以双层为主，多层主要考虑。3层结构用于大跨越合金单线和l，40％铝包钢单线价格进行比较)。由图或重覆冰地区44．可以看出外层如果改用铝合金线比全铝包钢结一其他参数在满足以上条件的情况下OPGW与匹配地，构在价格上略微降低些(大约800元／km)红色为As线。。绿色为从线线要考虑的主要参数是光缆直径与配合地线尽量接近；抗拉强度与配合地线相当；光缆重量与配合地线尽量接近。5OPGW型谱设计结果及分析OPGW型谱设计以匹配地线为原则，优先考一虑短路电流容量兼顾其他参数lZ。具体到每种地34，6线的匹配功能d，，OPGW就是主要考虑其在分流方面的再根据同短路电流容量，图1外层铝合金结构与铝包钢结构的性价比比较Fig1Perfo．对其在不同电压等级线路使用情况下的短一rmance—pricecratiosteeofaluminlayumalloyan路电流容量进行划分下的一，aluminumladlouterers系列光纤芯数按要求进行二次划分一从而由于AS。线在经济和技术的综合性能上要优于，AA对于每种地线都有一系列不同短路电流容量及。线因此在导则及型谱中全部采用钢结构的OPGW设计结构且同，一40％的全铝包一不同光纤芯数的OPGW型号与之对应OPGW的设计是对应地线而进行的。绞层选用同因此设计结．专题聚焦．郝佳恺等送电线路OPGW参数设计导则及型谱的研究．17．表4与JLB40—150地线相匹配的系列OPGW型号参数JU弭O150一1575．14807．69670．9062．0295．OPGW24／3281157[96156[95；191】1670．15713．75977．9617．0280．19084．4881OPGW36／；188】1670．15585．753-39953822．0282．18780．OPGW48／56／81160[98；199】1750．16049．77563．0274．19915．8081OPGW72／1[1002；07】2】1750．16356．79000．10010．0269．2068l．OPGW24／3281145[4881OPGW36／；161600．14476．70l_428860．0．3040-3010303．16204．146[90；166；16】3】1620．37146．140．70877．58．1656l．56／811451OPGW48／1650．70451．．163_3916524．OPGW72／80811461；165】1670．14623．70822．49．0_301果与其配合的地线应有较好的匹配性适应于工程中广泛JLB40—，以便更加163]参数表56／81145[；表5OPGW48／一—、简便地使用一。下面以与Tab5OPGw．一48／8156／—1631451；】parameters150地线相匹配的．系列OPGW型号的参。层数名i铲中心层第结一模数l线材童径^邶33．数来加以说明见表与另4所列，40％AS线从表4中可以看出OPGW的主要参数指标一层AAO313根地线的参数比较接近一。结构参数及其他40％AS线线4232．技术指标都定，从根本上保证了产品的质量和辐设计光单元使用要求。为每种型号的OPGW都设计了技术参，第二层AA线40％AS线03-3120AA线一数表及图谱。以OPGW48／56／811451；1631一—为例见表5所列见表6所列。。北京市电力公司OPGW型谱，第三层AS线m直径／m0165．6设计导则及型谱应用情况送电线路OPGW参数设计导则及型谱研究m承载截面积／m。14．形成后、，立即在北京市电力公司的红军营输电工一km)单重，(kg／704．5l程草厂220kV站l10kV切改工程城北、、立技术直流电阻／(觚m)0303．水桥220kV线路光缆通信工程等多项工程中进行了试点应用，，N额定抗拉强度(R髑)／I【．实现了规模采购一，节约了采购成本为评标工作建立了，个公平评价OPGW性能、参数弹性模量，GPa线性膨胀系数短路电流持续时间，s短路电流／I(A短路电流容量(40200℃)／kA。—109155．X~10／C~价格比的平台使市场竞争达到规范化合理化的目的。025．从技术上解决了北京市电力公司目前OPGW2556．使用、设计过程当中无从验证生产厂商设计结果，s163．39的合理性和适用性的问题规范了当前OPGW设计的过分随意状态改善了，OPGW设计结构的顾，7对今后OPGW型谱设计的思考北京市电力公司OPGW型谱设计中充分考北京地区的气象条件此失彼矛盾境地。目前该项工作正在积极开展，准备形成企业标准。虑了北京地区的气象条件。18电力玺筑c墨ft2010，31(207)表6OPGW典型化设计型谱只有2种相对比较简单，。而我国幅员广阔气象．工和运行维护．实现了同一规格OPGW的通用、；条件有几十种之多如进行全国性推广研究针对，，为制定我国基础。OPGW产品设计制造标准化打下了每种光缆因不同气象条件的影响型谱表过于复杂失去实用性．，就将使OPGW一。OPGW在，次线路中作为地线使用在地线设计时已经充分考虑了，参考文献[1】DIZl8322003—．气象因素的影响因此在今后的推广研究中可，，，S】2003光纤复合架空地线【．．．T179372】GB／【—1999S】1999电工用铝包钢线【．．(LR)不考虑气象条件因素只考虑匹配地线原则这将，。使OPGW型谱进一步简化更具实用性，。郝佳恺(1972运行一)男北京人，，，工程师，从事光缆线路8结束语北京市电力公司OPGW参数设计导则及型维护及管理工一作。赵广怀(1974运行)男北京人，，，工程师，从事光缆线路维护及管理工一作。谱的形成参数自成一一，改变了目前各个生产企业光缆规格，邹跃中(1958、)男北京人，，，高级作工。工程师，从事自动统的局面对主要技术参数确立了统、化通信调度管理及输电运行管理工的设计依据；使我国OPGW的选型设计更加、。张研究工作晔(1977。一)女，，北京人，程师，从事光缆试验方便快捷可达到节约的目的；为评标工作建立一(收稿日期：2009—0719；修回日期：200912—02)个公平评价OPGW性能价格比的平台：方便施．专题聚焦郝佳恺等送电线路OPGW参数设计导则及型谱的研究．19．DesignandresearchonOPGWerparametersandtypespectrumoHA0fpowtrnansmissionelinzeI，’JiakaiZHA0，Guannsghutrenai‘，ZOUYuhongerZHANGYe，。(1Pow．erDispa．tchingandComcmunicatioCenofBeijingPowsearcsCorperation，Beijing，100000a，China；2BeijingEleAbstract：AlthoughOPGWtotricnPowwerCotructio．RearehInstitunoteBeijingann100000facChins)fortomehavebeeildlyusedantheretilldesignsdanmanutureta．ndardsAimingparasuit．Thisleadsathemsinconv，eniencerformaOPGWsacommaintenanceondlrepairings，backupres．toirgdspumarchasingtecsolveoboveprobleusthisspapeske，paristheseveraOPGWiples，tructutsItanalyseinhnicaletersfrOPGWBeijingingea．stainlesteeltubesumsupdesigniprncandpuforwardthedesignguidelinthatitableforaKeywords：OPGW；parameterdesignguideline；typespectrum物联网作为新，一代信息通信技术引起了社会广泛关注物联网及其产业发展已，，被纳入国家战略国家科技部工业与信息化部先后在多项国家重大科技专项中设立、课题支持物联网技术研究及产业化“，。中国科学院和无锡市联合成立了无锡物联”网产业研究院无锡市启动感知中国中心．的建设中国移动中国联通中国电信等，、、，运营商以及东南大学北京邮电大学等纷纷在无锡成立物联网研究院无锡市北京、、市等城市制定了物联网5年发展规划。为尽快开展物联网技术在电力系统应用的研究，，国息通信有限公司顺势而，为超前谋划从2009年9月起就全面部署物联网技术的研发组建了专门从事物联，网在电力系统应用的研发团队、。刘建明总经理先后多次带队走访北京邮电大学清华、、、大学中国移动研究院无锡物联网产业研究院普天信息产业研究院江苏省电力公、司无锡供电公司等单位探讨物联网在智能电网中的应用技术、，。为推动物联网以及新，一代宽带通信技术在智能电网中的应用，，打造物联网在智能电网应用的攻关团队形成物联网研究的先发优势国通公司联合中国电力科学研究院物联网研究院等国内多家从事物联网及新、，一代宽带通信研发的优势单位。，共同申报国家重大科技专项成立了由刘建明总经理任项目组长的课题组统一在刘总的，部署全程参与全面指导下课题组先后在无锡和北京召开了两次项目联络会、、，一该课题组主要技术人员历经了长达术在智能电网输变配用、个多月的封闭式研讨，，分析和论证了物联网技、、、4个环节的攻关目标制定了。7大应用系统10余个产品一个一体化平台一、个标准安全体系的开发研究框架，国通公司从国网公司的发展大局出发，，从服务于坚强统，一智能电网的建设”出发紧跟国际最新的信息通信技术开拓进取在系统内率先开展了物联网技术的研究和部署刘建明总经理提出了面向应用立足创新形成标准建立示范的研究“，、、、指导思想在物联网的专用芯片应用系统开发标准体系信息安全无线宽带通信，、、、、、软件平台测试技术实验技术等方面进行了全面部署力争在未来、、，3年内实现物联网技术在电力系统应用多项核心技术的突破，形成若干项有重大影响的创新性科研成果，成为在国内外有重要影响的从事智能电网物联网技术研究和应用的研发中心。和产业化基地(国息通信有限公司通信传榆实验室)
