電力光纜

Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire(也稱(chēng)光纖復(fù)合架空地線)。把光纖放置在架空高壓輸電線的地線中，用以構(gòu)成輸電線路上的光纖通信網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)形式兼具地線與通信雙重功能，一般稱(chēng)作OPGW光纜。2.(Opticalphase Conductor，簡(jiǎn)稱(chēng)OPPC)是電力通信系統(tǒng)的一種新型特種光纜，是在傳統(tǒng)的相線結(jié)構(gòu)中將光纖單元復(fù)合在導(dǎo)線中的光纜，是充分利用電力系統(tǒng)自身的線路資源，特別是電力配網(wǎng)系統(tǒng)，避免在頻率資源、路由協(xié)調(diào)、電磁兼容等方面與外界的矛盾，使之具有傳輸電能及通信的雙重功能。3.是AllDielectricSelf-Supporting(全介質(zhì)自承式)的縮寫(xiě)。全介質(zhì)即光纜所用的是全介質(zhì)材料。自承式是指光纜自身加強(qiáng)構(gòu)件能承受自重及外界負(fù)荷。這一名稱(chēng)就點(diǎn)明了這種光纜的使用環(huán)境及其關(guān)鍵技術(shù):因?yàn)槭亲猿惺?，所以其機(jī)械強(qiáng)度舉足輕重;使用全介質(zhì)材料是因?yàn)楣饫|處于高壓強(qiáng)電環(huán)境中，必須能耐受強(qiáng)電的影響;由于是在電力桿塔上架空使用，所以必須有配套的掛件將光纜固定在桿塔上。即ADSS光纜有三個(gè)關(guān)鍵技術(shù):光纜機(jī)械設(shè)計(jì)、懸掛點(diǎn)的確定和配套金具的選擇與安裝。4.光纖復(fù)合低壓電纜或電力光纖。將光纖組合在電力電纜的結(jié)構(gòu)層中，使其同時(shí)具有電力傳輸和光纖通信功能的電纜稱(chēng)為光纖復(fù)合電力電纜。與光纖復(fù)合架空地線()一樣，光纖復(fù)合電力電纜集兩方面功能于一體，因而降低了工程建設(shè)投資和運(yùn)行維護(hù)總費(fèi)用，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。

(1)地線纏繞式光纜GWWOP(Ground Wire Wind Optical Cable)--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(guò)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。

這兩類(lèi)光纜被統(tǒng)稱(chēng)為附加型光纜-OPAC(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(kāi)發(fā)并被電力部門(mén)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)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。

這兩類(lèi)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(wèn)題，因此雖然研究和應(yīng)用早于ADSS光纜，但是在國(guó)內(nèi)沒(méi)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。

和

(1)全介質(zhì)自承式光纜ADSS(All dielectric self-supporting optical fiber cable)--是一種利用現(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)。

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。

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(duì)地面的安全距離和滿(mǎn)負(fù)載環(huán)境下對(duì)地安全距離，以防影響路面正常運(yùn)作。另一方面，由于高壓電力線周?chē)嬖谥欢ǖ母邏弘妶?chǎng)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(jí)(電位小于12kV)和B級(jí)(電位大于12kV)，其中B級(jí)護(hù)套(通常稱(chēng)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(guò)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)有桿塔進(jìn)行同桿架設(shè)，為減少對(duì)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。

MASS光纜在力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)與ADSS光纜類(lèi)似，同樣需要進(jìn)行檔距-拉力-弧垂驗(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(guò)良好的接地處理和選擇弱電場(chǎng)安裝點(diǎn)，可以方便的解決電腐蝕問(wèn)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。

(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(duì)輸電導(dǎo)線抗雷電提供屏蔽保護(hù)的作用，同時(shí)通過(guò)復(fù)合在地線中的光纖來(lái)傳輸信息。常見(jiàn)的OPGW結(jié)構(gòu)主要有三大類(lèi)，分別為鋁管型、鋁骨架型和不銹鋼管型，如圖4。

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(huì)產(chǎn)生相對(duì)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(guò)200℃以后，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增大的弧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300℃。

OPGW在新建線路中應(yīng)用具有較高的性?xún)r(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(duì)線路桿塔強(qiáng)度提出了安全問(wèn)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-張力-弧垂特性)應(yīng)與另一根地線接近。

(2)光纖復(fù)合架空相線OPPC(Optical Fiber Composition 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(wú)架空地線卻要通信的場(chǎng)合，主要有中心管式和層絞式兩種，如圖5。

雖然OPPC結(jié)構(gòu)與OPGW類(lèi)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(zhǎng)期承載電力傳送，因考慮長(zhǎng)期運(yùn)行溫度對(duì)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(duì)施工的要求也比較高。

接入網(wǎng)用光電混合纜GD(Optical and electrical hybrid cables for access network)--俗稱(chēng)綜合光纜，它集光纖、金屬線對(duì)和饋電線于一體，可以同時(shí)傳輸光信號(hào)、電信號(hào)和電能，其典型結(jié)構(gòu)如圖6。

隨著接入網(wǎng)技術(shù)和市場(chǎng)的快速發(fā)展，光纖通信開(kāi)始進(jìn)入新一輪高速增長(zhǎng)階段, 移動(dòng)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(hù)延伸，遠(yuǎn)端基站、通信機(jī)房、用戶(hù)接入點(diǎn)等設(shè)備開(kāi)始大量應(yīng)用，而設(shè)備的供電卻成為通信運(yùn)營(yíng)商十分棘手的問(wèn)題，為解決此問(wèn)題，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)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(guò)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(zhǎng)而增大，同時(shí)還存在著壓降問(wèn)題。因此，高壓直流遠(yuǎn)供電無(wú)疑是解決長(zhǎng)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?jī)?nèi)開(kāi)關(guān)電源的48 V 直流電通過(guò)遠(yuǎn)供電源局端設(shè)備隔離升壓到約200~400 V 直流高壓，將直流高壓電通過(guò)GD光纜中饋電線傳輸?shù)竭h(yuǎn)端設(shè)備處，傳輸過(guò)程中電源處于對(duì)地懸浮狀態(tài)，通過(guò)遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行電壓逆變，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。

GD光纜在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)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(jí)、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(guò)遠(yuǎn)供局端設(shè)備輸出功率的10%為宜。

光纖復(fù)合低壓電纜OPLC(Optical Fiber Composite Low-Voltage Cable)--是將經(jīng)過(guò)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)解決光纖信息通信的問(wèn)題。OPLC倡導(dǎo)的電力光纖到戶(hù)(Power and Fiber to the home，簡(jiǎn)稱(chēng)PFTTH)，即配合無(wú)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(guó)現(xiàn)階段電信運(yùn)營(yíng)商提出的“三網(wǎng)融合”建設(shè)的浪潮，因此可以通過(guò)OPLC構(gòu)建電信公共服務(wù)平臺(tái)，加速和節(jié)約我國(guó)光纖到戶(hù)建設(shè)。

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(hù)應(yīng)用。根據(jù)組網(wǎng)特性和實(shí)際使用芯數(shù)狀況，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OPLC的光單元，且光單元由非金屬全介質(zhì)材料組成，如圖8所示。

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(mǎn)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(wèn)題，為OPLC在不同場(chǎng)合的應(yīng)用提供了方便?？紤]緊套光纖結(jié)構(gòu)對(duì)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(hù)用和配網(wǎng)用兩大類(lèi)。

1. 電力光纖OPLC 將成為智能電網(wǎng)用戶(hù)接入端的首選方案。光纖入戶(hù)是發(fā)展智能電網(wǎng)的內(nèi)在要求，目前電網(wǎng)用戶(hù)端光纖化率幾乎為零。光纖復(fù)合低壓電纜(OPLC)將光纖和電纜復(fù)合制造，在鋪設(shè)電纜的同時(shí)完成了光纖入戶(hù)，產(chǎn)品毛利率高于普通光纜?；贠PLC 的PFTTH 方案與主流FTTB+LAN相比，只增加不到10%的材料成本，可使綜合成本降低40%左右。

2.國(guó)家電網(wǎng)正在快速推進(jìn)電力光纖OPLC 入戶(hù)。國(guó)家電網(wǎng)已選定10 個(gè)網(wǎng)省公司啟動(dòng)首批小區(qū)試點(diǎn)，年內(nèi)規(guī)劃覆蓋4.7 萬(wàn)戶(hù);7 月初與中國(guó)電信簽署戰(zhàn)略合作。電網(wǎng)“只服務(wù)不競(jìng)爭(zhēng)”的低姿態(tài)有利于獲得三網(wǎng)相關(guān)方的支持。我們預(yù)計(jì)在電網(wǎng)十二五規(guī)劃方案最終確定后，電力光纖入戶(hù)將迎來(lái)爆發(fā)性增長(zhǎng)。智能電網(wǎng)和傳統(tǒng)三網(wǎng)開(kāi)始在用戶(hù)端走向融合，我們即將進(jìn)入多網(wǎng)融合的時(shí)代。

3.國(guó)家電網(wǎng)的積極推進(jìn)將催生OPLC 新市場(chǎng)和提升EPON 設(shè)備需求。保守預(yù)測(cè)僅新建住宅對(duì)OPLC 的年均潛在需求就超過(guò)350 億元(64 萬(wàn)公里/年)，預(yù)計(jì)2015 年市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)到70 億，復(fù)合增速65%。目前擁有OPLC 產(chǎn)品的供應(yīng)商只有中天科技和亨通光電，此舉也將提升對(duì)光通信EPON 設(shè)備(烽火通信)的需求預(yù)期。

4.電力部門(mén)原先用于通信的一個(gè)微波頻段將被國(guó)家收回，因此近幾年許多電力公司先后啟動(dòng)了光纖通信線路及系統(tǒng)的建設(shè)。作為電力通信用的ADSS光纜受到青睞的原因是它加掛在已建成的高壓輸電線路桿塔上，有效地利用了電力部門(mén)的高壓桿塔資源，節(jié)省了大量工程施工費(fèi)用。通信

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(dòng)化和互動(dòng)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(wèn)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(lèi)復(fù)合纜和特種光纜即電力光纜。