OPPC,OPPC光缆,oppc-16b1-240/30

一、前言
      近年来，OPPC（全称：光纤复合架空相线）在我国电力输电线路上已开始应用，应用的电力线路电压等级已涉及到220kV、110kV、35kV，而35kV电压等级电力线路的应用量约占整个应用量的95%，特别是解决了城郊配电网、农村电网等线路无法架设OPGW，架设ADSS光缆又不安全而要建立光通信系统的问题，满足了城郊配电网、农村电网等线路建立电力监控和光纤联网的要求。
      从原理上来看，OPPC在各电压等级的新老线路均可以应用。在一些高雷击地域，如杆塔顶部架有避雷地线（含OPGW）或OPPC架在最下层，就通信的角度来看，采用OPPC比OPGW的可靠性要更高一些。

二、OPPC的选型
      在电力输电系统中，三根导线为一回三相送电线路，由于OPPC是替代三相导线中某一相，因此要求OPPC的机械特性和电气特性要与另二相导线特性匹配，使组建的新三相输电系统保持原来的输电特性。
      1、导线规格
      输电导线规格较多，铝截面相同的导线，其钢截面也有不同规格，如常用的标称铝截面为185mm²的导线，其钢截面分别可有10 mm²、25 mm²、30 mm²、45 mm²四个规格。由于钢截面规格的不同，导线的结构尺寸、单位重量、机械特性和电气特性均各不相同。表1是标称铝截面为185 mm²导线的不同规格参数。

表1  标称铝截面为185 mm2导线的不同规格参数（摘取GB1179-83标准）

导线规格	单位	LGJ-185/10	LGJ-185/25	LGJ-185/30	LGJ-185/45
结构图
结构(根/直径mm)	铝	18/3.60	24/3.15	26/2.98	30/2.80
	钢	1/3.60	7/2.10	7/2.32	7/2.80
计算截面(mm2)	铝	183.22	187.04	181.34	184.73
	钢	10.18	24.25	29.59	43.10
	总计	193.40	211.29	210.93	227.83
外径	mm	18.00	18.90	18.88	19.60
重量	kg/km	584	706	732	848
计算拉断力	N	40880	59420	64320	80190
计算拉重比	km	7.14	8.58	8.96	9.64
直流电阻	Ω/km	0.1572	0.1542	0.1592	0.1564

      从表1可知，尽管LGJ-185/45和LGJ-185/10的外径仅相差了1.6mm且直流电阻几乎相等，然而：
      --它们的计算拉断力相差近1倍；
      --它们的自重相差近50%。
      这就意味着，它们的电气特性虽相近但机械性能相差很大。
      2、对应导线规格的OPPC选型
      OPPC的选型设计，要与对应导线规格的技术特性相匹配。才能使含有OPPC组建的三相输电系统具有相同的机械、电气性能和足够高的稳定性。
      以LGJ-185/30导线规格为例，选型设计对应的OPPC如表2。
      为使对应导线规格所选型设计的OPPC具有与导线良好的匹配性，避免导线参数计算与OPPC参数计算时的差异，宜用OPPC的计算方法对导线进行重新验算，并将验算结果作为OPPC的选型设计依据，从而达到计算方法的一致性、得到的OPPC与导线的匹配性最佳。

表2  对应导线规格的OPPC技术参数

导线规格		单位	LGJ-185/30 (验算数据)	OPPC-24B1-185/30
结构图
结构(根/直径mm)		铝	26/2.98	27/2.85
		钢 (铝包钢线)	7/2.32	1/2.60+5/2.50+1/2.50(24B1)
计算截面(mm2)		铝	181.34	178.62
		钢(铝包钢线)	29.59	29.85(ACS)
		总计	210.93	208.48
外径		mm	18.88	19.00
重量		kg/km	732	705
计算拉重比(UTS / RTS)		km	9.5 / 8.9	9.9 / 9.3
计算拉力	UTS	kN	68.2	68.6
	RTS		64.5	64.8
热膨胀系数		10-6/℃	19.0	19.9
杨氏模量		kN/mm2	75.6	69.6
MAT (40%RTS)		N/mm2	122.3	124.3
EDS (18% ~ 25%RTS)		N/mm2	55.0~76.4	55.9~77.7
直流电阻(20)		Ω/km	0.151	0.152
允许载流量*	40℃~60℃	A	276.0	275.0
	40℃~70℃		415.5	414.3
	40℃~80℃		521.4	520.1
注：*允许载流量计算条件；计算风速：0.5m/s，辐射散热系数: 0.90，吸热系数：0.90，日照强度：1000W/m2

      从表2可知，所设计选型的OPPC与对应的导线LGJ-185/30可较好地匹配：

      --外径比导线增大仅0.12mm，几乎完全相等；
      --重量比导线轻，减小了对杆塔的荷载；
      --计算拉断力与导线几乎完全相等；
      --允许载流量与导线几乎完全相等。
      但是，除了机械、电气的匹配，如果有必要，还要进行“应力—弧垂”性能的匹配。
      尤其是老线路改造工程，因原有的导线已工作多年趋于稳定，换上去的新线（OPPC）除了会有初伸长还会有蠕变伸长，尤其要关心的是OPPC在最高工作温度时的弧垂。
      用相同的条件计算了原导线在EDS=20%RTS和OPPC在EDS=18%RTS下的应力—弧垂特性，在各工况下的应力均满足要求。
      以导线在该工况下的弧垂量设为“0”基准点，将相对应的OPPC弧垂量与之比较，“-”表示弧垂量减小，“+”表示弧垂量增加，计算结果列于表3，图1给出了弧垂变化曲线。

表3  导线在20%RTS和OPPC在18%RTS工况下的弧垂对比（m）

温度 ℃	档距100m		档距200m		档距300m		档距400m		档距500m
	导线	OPPC	导线	OPPC	导线	OPPC	导线	OPPC	导线	OPPC
-40	0	0.00	0	-0.02	0	-0.05	0	-0.06	0	-0.05
-30	0	-0.01	0	-0.02	0	-0.05	0	-0.05	0	-0.03
-20	0	0.00	0	-0.02	0	-0.03	0	-0.03	0	-0.01
-10	0	0.00	0	-0.01	0	-0.02	0	-0.01	0	0.00
0	0	0.00	0	-0.01	0	0.00	0	+0.01	0	+0.03
10	0	0.00	0	+0.01	0	+0.01	0	+0.02	0	+0.03
20	0	0.00	0	+0.01	0	+0.03	0	+0.04	0	+0.06
30	0	+0.01	0	+0.02	0	+0.04	0	+0.05	0	+0.08
40	0	+0.02	0	+0.03	0	+0.05	0	+0.06	0	+0.09
50	0	+0.02	0	+0.04	0	+0.06	0	+0.11	0	+0.11
60	0	+0.03	0	+0.05	0	+0.09	0	+0.10	0	+0.12
70		+0.03	0	+0.06	0	+0.08	0	+0.11	0	+0.13

 
图1     某OPPC与导线的弧垂配合图

      从表3和图1中可看出：导线在20%RTS和OPPC在18%RTS时，在-20℃～+70℃范围，导线和OPPC在各档距下的弧垂基本吻合。
      这样的结果看似令人满意，然而这仅是年平均条件下的结果，考虑到出现设计气象条件最大值和OPPC在安装、运行时的蠕变伸长，再考虑到该主供线路送电满负荷和其中有两档超过500m的大档距，OPPC在高温下的弧垂有过大的危险。
      为此，计算了OPPC在EDS=19%RTS时的应力—弧垂特性，其结果是：在各工况下的应力均满足要求的前提下，OPPC在各档距下的弧垂均略小于导线的弧垂，相当于降温10℃～15℃。这样的最终结果才是真正令人满意的。

三、OPPC选型设计中考虑的问题
      1、光单元规格和光纤芯数
      光单元中的光纤芯数与不锈钢管的尺寸密切相关，如要求OPPC的光纤芯数为24芯，其不锈钢管的外径尺寸宜为2.50mm，该尺寸的不锈钢管收纳24芯光纤己为最大芯数。
      如要增加光纤芯数，则需要采用两根不锈钢管或放大不锈钢管尺寸，此时的OPPC的结构就要放大，能否满足三相输电线的匹配性和稳定性要重新进行核算。
      2、结构材料
      OPPC光缆的承载面积材料主要是电工铝线、铝包钢线。
      铝包钢线不但承担机械强度特性，还承担一部分电气特性，一般情况下铝包钢线的导电率取20.3%IACS 规格。
      3、对光纤单元（不锈钢管）的保护
      在OPPC中，不锈钢管光纤单元是建立电力光通信系统的主要部件，要避免股线绞合时受到挤压，影响光纤在运行时的光传输性能稳定性。因此在结构设计中经常会用与不锈钢管不等径的股线进行绞合。不锈钢管尺寸越大，其不等径绞合股线的尺寸比例就越大。
      4、对OPPC盘长的考虑
      由于OPPC本身就是导线，施工中受到滑轮个数和张力的限制，也从方便施工角度考虑，建议线路设计方在确定盘长时尽量考虑在5000m以内较为合适。

四、OPPC的架设
      1、OPPC的架设位置
      为了便于OPPC的日常维护，OPPC的架设位置一般选择较为方便的相线位置。图2所示几种杆塔架设OPPC的建议安装位置。

图2   三种较为常见的杆塔以及OPPC建议架设位置

      2、OPPC的架设
      OPPC是一种光纤复合架空导线，其架设的基本原则与导线架设是一致的，但考虑缆中含有相对脆弱的光纤等因素，OPPC施工以单盘为原则，架设张力建议控制在不超过20%RTS并严格禁止多盘OPPC串连施工。
      OPPC的牵引端应采用牵引网套+退扭器，如图3所示。

图3   牵引网套、牵引端的安装方式

      3、OPPC的安装金具
     OPPC的安装金具主要采用预绞丝方式。金具尾端与绝缘子连接件相连，如图4所示。

图4   耐张金具以及与绝缘子的连接

      在新建线路上，耐张金具所连接的绝缘子与另二根导线的绝缘子是相同的。而在老线路上架设OPPC时，原线路上的绝缘子可以充分再利用。
      4、OPPC的光电分离
      OPPC的光电分离主要在接头盒位置进行，OPPC进入接头盒完成光纤的接续，导线的输电连续通过跳线完成，如图5所示。

图5  OPPC的光电分离连接方式

      5、OPPC的进站
      由于OPPC是带电的，而光电分离一般在接头盒的位置上完成。OPPC进入变电站的入站支架上有时很难安装OPPC的接头盒。所以在一般情况下，OPPC往往在线路的始端杆塔和终端杆塔上完成光电分离，即在线路的始端杆塔和终端杆塔上OPPC与ADSS光缆连接完成光纤接续，通过跳线完成电能的连接传输，如图5左所示，图6为进站方式。

图6   OPPC的进站方式

五、OPPC的温度检测功能
      OPPC在传输电能时与导线一样会产生温度，在一定的范围里，温度与承载的电流量基本上成比，也即温度变相地反映了电流量的大小。另外，导线本体温度的高低会引起导线弧垂的变化。通过OPPC中的分布式光纤温度检测功能，可以实时检测导线的本体温度，进而为科学调配电流量并实时掌握导线的弧垂变化。

六、OPPC在高雷击地域的应用
      OPGW作为地线和通信双功能在电力通信系统中已发挥着积极的作用，但在高雷击地域，OPGW不可避免会遭受到雷击的损害。OPPC是一种带光纤的特种导线，由于安装在导线的位置上，不易遭受雷击的损害，所以在高雷击地域应用OPPC引起了各方的关注。图7为高雷击地域应用OPPC的安装示意图。

图7  高雷击地域OPPC应用示意图

七、结束语
      应用OPPC可以解决OPGW易遭受雷击、ADSS光缆遭受电腐蚀等诸多问题，更重要的是为电力通信系统提供了新的光纤传输媒介，使电力通信光缆的选择余地更大广泛。目前电力光缆已从杆塔的顶部、腰部、膝盖三位置均有响应的光缆供选择。OPPC的功能还在不断扩大，不仅具备电能输送、光通信，还具备导线温度检测、导线融冰，带电接头盒防窃等诸多优势，随着应用技术的不断提高，OPPC的多功能将逐一得到挖掘。
      我国的OPPC应用刚起步，多用于35kV及以下电压等级的电力线路中，在110kV和220kV系统中也开始应用。
      由于缺少相应的标准和规范，OPPC沿用了OPGW的结构设计方法。虽然OPPC的结构与OPGW雷同，但从功能到应用环境有原则区别，而且多属老线路换线工程。OPPC的结构设计与OPGW有相同和相似的方面，也有不同的方面。OPPC结构设计应该满足导线的一切性能，简单套用OPGW结构设计方法是不够的，在结构设计时应用相同的条件和计算方法计算并满足配合导线的允许载流量要求。
      如OPPC用于老线路换线工程，必须与原有导线配合，除了电气性能的配合，还要考虑到新架设的OPPC因蠕变伸长和在最高工作温度下的弧垂应与原有导线的配合。