電力光纜產生背景

智能電網要求電力系統(tǒng)中輔以信息技術為支撐，實現(xiàn)電網的信息化、自動化和互動化的特征;FTTx和3G網絡建設要求信息通信的同時解決網絡終端設備的用電問題，因此應用于電力系統(tǒng)中兼顧電力傳輸和信息通信的各類復合纜和特種光纜即電力光纜。

Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire(也稱光纖復合架空地線)。把光纖放置在架空高壓輸電線的地線中，用以構成輸電線路上的光纖通信網，這種結構形式兼具地線與通信雙重功能，一般稱作OPGW光纜。2.(Opticalphase Conductor，簡稱OPPC)是電力通信系統(tǒng)的一種新型特種光纜，是在傳統(tǒng)的相線結構中將光纖單元復合在導線中的光纜，是充分利用電力系統(tǒng)自身的線路資源，特別是電力配網系統(tǒng)，避免在頻率資源、路由協(xié)調、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(全介質自承式)的縮寫。全介質即光纜所用的是全介質材料。自承式是指光纜自身加強構件能承受自重及外界負荷。這一名稱就點明了這種光纜的使用環(huán)境及其關鍵技術:因為是自承式，所以其機械強度舉足輕重;使用全介質材料是因為光纜處于高壓強電環(huán)境中，必須能耐受強電的影響;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光纜有三個關鍵技術:光纜機械設計、懸掛點的確定和配套金具的選擇與安裝。4.光纖復合低壓電纜或電力光纖。將光纖組合在電力電纜的結構層中，使其同時具有電力傳輸和光纖通信功能的電纜稱為光纖復合電力電纜。與光纖復合架空地線()一樣，光纖復合電力電纜集兩方面功能于一體，因而降低了工程建設投資和運行維護總費用，具有明顯的技術經濟意義。

(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)--是一種通過一條或兩條抗風化的膠帶、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力增加。

這兩類光纜被統(tǒng)稱為附加型光纜-OPAC(Optical Attached Cable)，一般用于35kV以下線路中，早在上世紀80年代初就已經開發(fā)并被電力部門所使用，是電力系統(tǒng)中建設光纖通信網絡既經濟又快捷的方式。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，一般采用全介質中心管式光纜結構，如圖2所示，非金屬加強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。

這兩類纜安裝時需要特殊的器具，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相線或地線上產生的高溫，都有外護套材料老化問題，因此雖然研究和應用早于ADSS光纜，但是在國內沒有大范圍的應用。在線路設計時，還需覆冰和風載校驗電力線和桿塔強度。

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(1)全介質自承式光纜ADSS(All dielectric self-supporting optical fiber cable)--是一種利用現(xiàn)有的高壓輸電桿塔，與電力線同桿架設的特種光纜，具有工程造價低、施工方便、安全性高和易維護等優(yōu)點。

ADSS光纜是自承式架空敷設，應具有較大的抗拉強度，以保證正常運行時能承載外界環(huán)境影響。ADSS光纜主要承載元件為芳綸紗線，根據(jù)結構可分為中心管式和層絞式兩種，其中層絞式結構分為單護層和雙護套結構，具體如下圖3。

ADSS光纜在力學設計時，除具有一定的抗拉強度外，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載環(huán)境下對地安全距離，以防影響路面正常運作。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光纜在敷設時不僅要選擇適宜的懸掛點，同時外護套也需具有一定的耐電腐蝕能力。根據(jù)DL/T 788-2001《全介質自承式光纜》標準要求，外護套可以分為A級(電位小于12kV)和B級(電位大于12kV)，其中B級護套(通常稱為耐電痕護套料)根據(jù)實際應用，一般建議懸掛點運行電位不超過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構，考慮MASS光纜同ADSS光纜一樣與現(xiàn)有桿塔進行同桿架設，為減少對桿塔的額外負載，要求MASS光纜結構小、重量輕。因此MASS光纜結構采用中心管式，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光纜在力學設計時與ADSS光纜類似，同樣需要進行檔距-拉力-弧垂驗算。但是在安裝敷設時，應選擇合適的懸掛點，一方面與電力線保持一定的安全距離;另一方面，因為MASS光纜是金屬結構，通過良好的接地處理和選擇弱電場安裝點，可以方便的解決電腐蝕問題。因為MASS光纜是全金屬結構，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用。

(1)光纖復合架空地線OPGW(Optical fibre composite overhead ground wires)--它具有傳統(tǒng)地線防雷的功能，對輸電導線抗雷電提供屏蔽保護的作用，同時通過復合在地線中的光纖來傳輸信息。常見的OPGW結構主要有三大類，分別為鋁管型、鋁骨架型和不銹鋼管型，如圖4。

OPGW的關鍵技術之一是短路電流引起的溫升和OPGW的最高使用溫度，圖4中前兩種結構的OPGW在短路電流沖擊時，鋁管和鋁骨架會產生相對較高的溫度且向內部擴散，進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。若結構中含有鋁，在超過200℃以后，首先是鋁產生不可逆塑性形變，在結構受到破壞的同時，OPGW增大的弧垂不但不能保持與導線的安全間距還將可能與導線相碰，若是全鋼結構則可短時工作在300℃。

OPGW在新建線路中應用具有較高的性價比，在設計時，OPGW的短路電流越大時，就需要用更多的鋁截面積，則抗拉強度相應降低;而在抗拉強度一定的情況下，要提高短路電流容量，只有增大金屬截面積，從而導致纜徑和纜重增加，這樣就對線路桿塔強度提出了安全問題。但是OPGW設計時其電氣性能(如直流電阻)和機械性能(如檔距-張力-弧垂特性)應與另一根地線接近。

(2)光纖復合架空相線OPPC(Optical Fiber Composition Phase Conductor)--是將光纖單元復合在相線中，具有相線和通信的雙重功能，彌補了新建電網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。

雖然OPPC結構與OPGW類似，但是在設計卻有很大差異。首先，OPPC由于具有相線的功能，長期承載電力傳送，因考慮長期運行溫度對光纖傳輸性能和光纖壽命的影響;其次，OPPC的機械性能和電氣性能應與相鄰導線一致，如直流電阻或阻抗與相鄰導線相似，以保證遠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，對施工的要求也比較高。

接入網用光電混合纜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，可以同時傳輸光信號、電信號和電能，其典型結構如圖6。

隨著接入網技術和市場的快速發(fā)展，光纖通信開始進入新一輪高速增長階段, 移動通信、數(shù)字電視(中間轉換)、寬帶接入、FTTx、農村村村通工程等將通信光纜和設備不斷地向用戶延伸，遠端基站、通信機房、用戶接入點等設備開始大量應用，而設備的供電卻成為通信運營商十分棘手的問題，為解決此問題，中國通信標準化協(xié)會發(fā)布了YD/T 2159-2010《接入網用光電混合纜》，為該產品的設計和應用提供了理論基礎。

雖然我們可以通過GD光纜可以給遠端設備供電和傳輸信息，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，同時還存在著壓降問題。因此，高壓直流遠供電無疑是解決長距離通信的最佳方案。高壓直流遠供電系統(tǒng)的原理是將機房內開關電源的48 V 直流電通過遠供電源局端設備隔離升壓到約200~400 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端設備處，傳輸過程中電源處于對地懸浮狀態(tài)，通過遠端設備進行電壓逆變，變換到遠端設備所需電壓(如DC48 V 或AC220V)，最終實現(xiàn)遠端設備正常通信，如圖7。

GD光纜在結構設計過程中，主要是饋電線的截面積選取，饋電線的截面積與傳輸距離、用電設備功率、傳輸電壓等級、遠供電設備接收電壓范圍等有關，線纜設計完后，還需進一步驗算線纜損耗，一般線纜損耗功率不超過遠供局端設備輸出功率的10%為宜。

光纖復合低壓電纜OPLC(Optical Fiber Composite Low-Voltage Cable)--是將經過保護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，同時解決光纖信息通信的問題。OPLC倡導的電力光纖到戶(Power and Fiber to the home，簡稱PFTTH)，即配合無源光網絡(PON)技術，實現(xiàn)電信網、電力傳輸網、電視網和互聯(lián)網等“多網融合”的概念完全符合我國現(xiàn)階段電信運營商提出的“三網融合”建設的浪潮，因此可以通過OPLC構建電信公共服務平臺，加速和節(jié)約我國光纖到戶建設。

OPLC在設計時，主要考慮是光單元結構的選用，層絞式光纜可以包含較多芯數(shù)光纖，比較適宜配網時光纜的分歧和交接應用;蝶形光纜因施工接續(xù)時可采用快速連接器進行冷接，施工快速方便，比較適合入戶應用。根據(jù)組網特性和實際使用芯數(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構作為OPLC的光單元，且光單元由非金屬全介質材料組成，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)垂直敷設的需要，特別是在高層樓垂直布線中應用較多，可以解決垂直敷設時油膏滴流問題，為OPLC在不同場合的應用提供了方便。考慮緊套光纖結構對溫度敏感性較大，一般不建議在OPLC中應用。OPLC結構如圖9所示，分為入戶用和配網用兩大類。

1. 電力光纖OPLC 將成為智能電網用戶接入端的首選方案。光纖入戶是發(fā)展智能電網的內在要求，目前電網用戶端光纖化率幾乎為零。光纖復合低壓電纜(OPLC)將光纖和電纜復合制造，在鋪設電纜的同時完成了光纖入戶，產品毛利率高于普通光纜。基于OPLC 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.國家電網正在快速推進電力光纖OPLC 入戶。國家電網已選定10 個網省公司啟動首批小區(qū)試點，年內規(guī)劃覆蓋4.7 萬戶;7 月初與中國電信簽署戰(zhàn)略合作。電網“只服務不競爭”的低姿態(tài)有利于獲得三網相關方的支持。我們預計在電網十二五規(guī)劃方案最終確定后，電力光纖入戶將迎來爆發(fā)性增長。智能電網和傳統(tǒng)三網開始在用戶端走向融合，我們即將進入多網融合的時代。

3.國家電網的積極推進將催生OPLC 新市場和提升EPON 設備需求。保守預測僅新建住宅對OPLC 的年均潛在需求就超過350 億元(64 萬公里/年)，預計2015 年市場規(guī)?？蛇_到70 億，復合增速65%。目前擁有OPLC 產品的供應商只有中天科技和亨通光電，此舉也將提升對光通信EPON 設備(烽火通信)的需求預期。

4.電力部門原先用于通信的一個微波頻段將被國家收回，因此近幾年許多電力公司先后啟動了光纖通信線路及系統(tǒng)的建設。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的高壓桿塔資源，節(jié)省了大量工程施工費用。通信