广东电缆厂：电力特种光缆实际应用比较
广东电缆厂：电力特种光缆实际应用比较
电力通信系统的健壮和优化是实现智能电网的必备条件之一，作为电力通信系统基石的光纤传输网取得高速发展。为适应电力系统通信的特殊需要，电力特种光缆应运而生，经过近三十年的发展，电力特种光缆不但日趋成熟而且前景看好。
1、各种电力特种光缆的特性
电力特种光缆是通过电力系统独有的线路杆塔资源架设，附加于电力线和加挂于电力杆塔上的光电复合式光缆，充分利用架空电力线路走廊。电力特种光缆受外力破坏的可能性小，可靠性高，虽然其本身造价相对较高，但施工建设成本较低。特种光缆依托于电力系统自己的线路资源，避免了在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾和纠葛，有很大的主动权和灵活性。
电力特种光缆按照敷设布防的方式分为光纤复合架空地线OPGW、光纤复合架空相线OPPC、全金属自承式光缆MASS、全介质自承式光缆ADSS、地线捆绑光缆ADL和地线缠绕光缆GWWOP等几种。
2、OPGW与ADSS比较
这里对OPGW光缆及ADSS光缆就特性、适用特点、常见故障及解决方法等方面进行分析比较。
A.特性区别
架空地线复合光缆OPGW的突出特点是将通信光缆和高压输电线上的架空地线结合成一个整体，将光缆技术和输电线技术相融合，成为多功能的架空地线，既是避雷线，又是架空光缆，同时还是屏蔽线，在完成高压输电线路施工的同时，也完成了通信线路的建设，非常适用于新建的输电线路。常见的OPGW结构主要有三大类，分别是铝管型、铝骨架型和(不锈)钢管型。
全介质自承式光缆ADSS在制造中采用了具有高弹性模量的高强度芳纶纱作为抗张元件，同时光缆几何尺寸小，缆重仅为普通光缆的三分之一，可直接架挂在电力杆塔的适当位置上，对杆塔增加的额外负荷很小，最大档距可达1500m。它的外护套经过中性离子化浸渍处理，使光缆具有极强的抗电腐蚀能力，能保证光缆在强电场中的寿命;光缆采用非金属材料，绝缘性能好，能避免雷击，电力线出故障时，不会影响光缆的正常运行;利用现有电力杆塔，可以不停电施工，与电力线同杆架设，可降低工程造价。各种各样的ADSS光缆结构可归纳为最主要的中心管型和层绞型2种。
B.适用特点
OPGW光缆主要在500kV、220kV、110kV电压等级线路上使用，受线路停电、安全等因素影响，多在新建线路上应用。OPGW的适用特点是【4】：(1)高压超过110kV的线路，档距较大(一般都在250M以上);(2)易于维护，对于线路跨越问题易解决，其机械特性可满足线路大跨越;(3)OPGW外层为金属铠装，对高压电蚀及降解无影响;(4)OPGW在施工时必须停电，停电损失较大，所以在新建110kV以上高压线路中应该使用OPGW;(5)OPGW的性能指标中，短路电流越大，越需要用良导体做铠装，则相应降低了抗拉强度，而在抗拉强度一定的情况下，要提高短路电流容量，只有增大金属截面积，从而导致缆径和缆重增加，这样就对线路杆塔强度提出了安全问题。
ADSS光缆在220kV、110kV、35kV电压等级输电线路上广泛使用，特别是在已建线路上使用较多。它能满足电力输电线跨度大、垂度大的要求。标准的ADSS设计可达144芯。其特点是【4】：(1)ADSS内光纤张力理论值为零;(2)ADSS光缆为全绝缘结构，安装及线路维护时可带电作业，这样可大大减少停电损失;(3)ADSS的伸缩率在温差很大的范围内可保持不变，而且其在极限温度下，具有稳定的光学特性;(4)耐电蚀ADSS光缆可减少高压感应电场对光缆的电腐蚀;(5)ADSS光缆直径小、质量轻，可以减少冰和风对光缆的影响，其对杆塔强度的影响也很小;(6)ADSS采用了新型材料及光滑外形设计，使其具有优越的空气动力特性。
C.常见故障及解决方法
OPGW受到短路故障的影响，当线路故障短路电流冲击OPGW光缆时，不锈钢单元瞬时高温，必须提高光缆的短路电流容量，以降低对短路故障对光缆的影响。根据Q=I2t，也可以通过限制实际短路电流的大小及持续时间来提高OPGW的耐热性能。
除了短路故障之外，雷击是造成OPGW光缆瞬时高温的另一个因素。与短路故障相比，雷击的瞬间电流强度更大，但持续时间很短，因此雷击导致温升的热容量要小于短路产生的热容量，但短路电流作用于OPGW光缆的整个金属截面，而雷击电流只局限于一根或数根金属单丝的某一小段上，能量的集中导致这一小段金属丝上的高温足以将其局部或完全融化。这就是雷击造成OPGW光缆断股的主要原因。
OPGW光缆应用中的主要故障是雷击导致的断股，目前的解决方法有：
1)发展耐雷的外层股线材料。2000年巴西发展的高耐雷OPGW，外层股线使用一种高级镀锌钢线和保护光纤的铝管构成，高级镀锌钢需要较多的能量才能在雷击下熔化。
2)外层股线尽量采用铝包钢线，并加厚铝包钢线的铝包厚度。
3)尽量增加外层股线和内层股线之间的设计空气间隙，避免热量内传。
4)相同材料下，采用更大的外层股线直径。
OPGW光缆的使用材料和结构确定后，其抗雷特性也就决定了。
由于ADSS光缆运行于高压导线附近，周围存在强电场，极有可能出现电腐蚀现象导致的光缆损坏。
5)不同电压等级的线路中优先选用耐电痕外套，110kV及以上的线路务必选用耐电痕材料。
6)110kV及以上线路，可以考虑使用防电晕线圈以有效降低金具与光缆表面的电场，减少漏电流。
7)220kV及以上线路和挂点场强大的杆塔，防震锤对光缆外表皮的爬电腐蚀较防震鞭要安全得多。
8)控制电缆悬挂点的空间电位，110kV不超过15kV，220kV不超过20kV。
可以利用分布式光纤温度传感器监测电腐蚀故障。
3、特性相似的电力特种光缆
不同的电力特种光缆各具特点，满足不同的使用要求，应用于不同的场合。下面对特性相似的特种光缆在实际应用特点上进行比对。
3.1光纤复合架空地线OPGW与光纤复合架空相线OPPC
在电网中，有些线路可不设架空地线，但相线是必不可少的。为了满足光纤联网的要求，与OPGW技术相类似，在传统的相线结构中以合适的方法加入光纤，就成为光纤复合相线(OPPC)。
我国目前在110kV至500kV线路主干网广泛采用OPGW、ADSS进行通信，对于一些难以选用OPGW、ADSS光缆的线路，OPPC就是OPGW、ADSS光缆的补充产品。
3.2全介质自承式光缆ADSS与金属自承式光缆MASS
考虑MASS光缆同ADSS光缆一样与现有杆塔进行同杆架设，为减少对杆塔的额外负载，要求MASS光缆结构小、重量轻。因此MASS光缆结构采用中心管式，即不锈钢光纤单元外面绞合一层镀锌钢丝或铝包钢丝，通常从成本考虑，以镀锌钢丝为主。因为MASS光缆是金属结构，通过良好的接地处理和选择弱电场安装点，可以方便的解决电腐蚀问题。
3.3无金属捆绑式架空光缆(AD-Lash)和无金属缠绕式光缆GWWOP
它们用自动捆绑机和缠绕机将光缆捆绑和缠绕在地线或相线上，其共同的优点是：光缆重量轻、造价低、安装迅速。在地线或10kV/35kV相线上可不停电安装;共同的缺点是：由于都采用了有机合成材料做外护套，因此都不能承受线路短路时相线或地线上产生的高温，都有外护套材料老化问题，施工时都需要专用机械，在施工作业性、安全性等方面问题较多，而且其容易受到外界损害，如鸟害、枪击等，因此在电力系统中都未能得到广泛的应用。但在国际上，这类技术并没有被淘汰或放弃，仍在相当的范围内应用。
4、结语
电力特种光缆具有可靠性高、寿命长、安装方便、总体造价低、安全性好等突出优点，在电力系统通信中得到越来越多的应用，技术也在不断进步，材料也在日益更新。同时，人们对特种光缆的需求也趋向多元化、高标准，如何从结构设计、材料选用等方面提高电力特种光缆的特性具有深刻的意义，电力特种光缆的发展将迎来更加美好的明天。