趙洪遠1,范士鋒2
（1 濰坊電力咨詢設計有限公司，山東省 濰坊市 261061； 2. 山東電力集團生產技術部，山東省 濟南市 250001 ）
摘要： 文章針對架空地線復合光纜(OPGW)設計中的幾個問題，詳細介紹了OPGW選型時應注意氣象、溫度、短路電流及耐雷水平等多方面因素，并需考慮地線匹配，光纜分盤和預留長度、初伸長處理以及防振等問題，提出了相應的解決辦法和建議。
關鍵詞： OPGW；選型匹配；力學計算；防振接地
架空地線復合光纜（Composite Fiber Optic Overhead Ground Wire，OPGW）是將光纖媒體復合在輸電線路的架空地線里，地線和通信功能合二為一。OPGW是20世紀70年代末到80年代初興起的一種高科技產品，運行20多年來已發展成為比較成熟的技術產品。它在保持了地線的功能和各項性能不變的基礎上，開辟了高速度、寬頻帶、低耗能的傳輸通道。這使傳統的地線又增加了高質量的通信功能，有效地提高了架空地線的使用效率。它具有安全可靠、不易受外力破壞、不需另設空間走廊等優點［1］。
1 OPGW的選型
OPGW的光纖布置型式分為松套和緊套2種型式。松套型式是指OPGW中光纖在光纜套管中以彎曲形態布置，套管中充滿油膏；緊套型式是指光纖在光纜套管中以直線形態布置，生產過程中對光纖施加約1%伸長對應的外力進行篩選，即對光纖施加了“預應力”。由于結構特點，松套型價格較低，適用于外界負荷條件較輕，地形變化不劇烈的線路；緊套型價格較貴，適用于外界負荷條件較惡劣，地形變化較大及地線受力較復雜的線路。現在一般采用的是松套型式。
OPGW的選用原則一般從以下幾個方面加以考慮和驗算:
(1) 需要滿足氣象條件的要求、本身抗拉強度的要求以及鐵塔允許設計荷載的要求。
(2) 在OPGW的設計中要考慮的主要技術數據是：光纖類型、光纖芯數、光纜直徑、光纜截面積、光纜單位質量、極限張力強度、短路電流、直流電阻、彈性模量、熱膨脹系數、年平均運行應力、最小彎曲直徑、最大盤長等。
(3) 在環境溫度為+15℃、無冰、無風情況下，且與另一根地線的弧垂保持一致的條件下，可選擇OPGW光纜。
(4) OPGW允許短路電流的確定。先確定短路電流等效時間，一般220kV線路在短路電流很大時，故障電流等效時間可按0.3s考慮。根據系統提供的短路電流，計算線路入地總短路電流，通過OPGW與另一根地線的短路電流分配計算，在變電站出口處驗算OPGW和另一根地線的短路熱穩定值。當線路上發生單項短路時，架空地線上出現短暫的大電流，電流產生的熱量使光纜和分流線的溫度升高。因為電流持續時間很短，熱量不會散發到周圍環境中，致使電線溫度升高。當電線溫度超過其允許溫度時，將會嚴重影響安全運行。所以滿足熱穩定要求是確定OPGW和分流線的重要條件。對于OPGW而言，一般采用廠家提供的允許短路電流及允許溫度，我們僅對它進行校對，OPGW可以按照線路各處的短路電流情況分段選型。
(5) OPGW要有良好的耐雷水平，雷擊OPGW時，通信質量不應受影響，金屬部分不應發生斷股。
2 與OPGW匹配的另一根地線的選擇
為了滿足短路電流的要求，單純地加大OPGW截面，不僅不經濟，而且還與另外一根地線極不協調和匹配。解決的辦法是另一根地線采用導電性能較好的良導體地線，由于其電阻和自阻抗較低，有更多的電流分配到該地線中，使通過OPGW的電流減少，起到了良好的分流作用。
雖然分流線的電阻可以降得很低，但是其感抗下降的很慢，因此分流線的作用有一定的局限。分流線和OPGW一樣，可以按照線路各處的短路電流情況分段選型。需要特別注意的是，在分流線改變型號的地方因分流線變細，更多的電流分配給了OPGW，故OPGW的電流會突然升高很多，因此分流線的選型要進行反復計算。
3 幾個關鍵問題
3.1 分盤和預留長度
由于光纖信號每經過一個接頭，產生一定的衰耗，在實際工程設計中，OPGW一般采用定長生產，中間不能接續，接頭必須借助專門的接續盒。因此OPGW的分段應結合本體線路的路徑條件、施工場地、塔型及制造運輸條件等因素綜合考慮。
設計時，應在OPGW施工明細表中注明光纜配盤數量、型號和長度。每盤光纜的長度需考慮光纜弧垂的影響，以及接續盒、進站預留長度。一般凡有接續盒的桿位考慮增長60m，而進入變電站內則考慮預留長度為150m。
OPGW在維修過程中，重新接頭和局部移動時需要伸長光纜，所以在接頭處、復雜地段和重要跨越處，都應在OPGW設計長度中做適當的預留長度。
3.2 力學計算
按照實際工程的氣象條件，OPGW光纜必須滿足電氣和機械使用條件的要求：①OPGW的設計安全系數大于導線的安全系數；②檔距中央導線和OPGW的距離在15℃氣溫、無風條件下，滿足規程中S≥0.012L+1的要求；③適當考慮在上述條件下和另一根地線的弧垂盡量保持同一水平。基于以上要求，進行OPGW光纜特性曲線和安裝曲線的計算［2，3］。
3.3 初伸長處理
OPGW光纜承受拉力后會產生塑性伸長，從而引起檔內弧垂加大，使OPGW光纜對導線的安全距離縮小，所以在施工過程中必須考慮補償。
OPGW光纜的塑性伸長對弧垂的影響可參照《110～500kV架空送電線路設計技術規程》第7.0.6條提供的數據，并按照廠家的要求進行降溫補償處理。
3.4 防振
微風振動是一種經常發生在架空導線、地線和架空光纜的渦流回流現象。微風振動的機械原理是穩定分層的風通過圓柱形物體(如光纜)時發生的。當風吹圓柱形物體時，在它的后面分層交錯的渦流行成一定的壓力差，這樣就使圓柱形物體在與風吹動方向相垂直的方向產生移動的趨勢。如果渦流的頻率與光纜的自然頻率一致時，導線將發生微風振動。這種微風振動對光纜是有疲勞危害的。
常用的OPGW防振器有防振錘、防振鞭、阻尼線防振球和防振環。從現有資料來看，國內外用于光纜的防振器主要是防振錘和防振鞭。防振錘是一種調頻率減振器，對于大直徑線纜，具有非常有效的防振效果，其原理是動態吸收能量。防振鞭是目前常用的一種沖擊型減振器，防振鞭對小直徑的線纜線路的高頻率振動的減振非常有效。防振鞭通過與線纜的撞擊來消散振動能量進而到達減弱線路微風振動的效果。目前在OPGW光纜上，使用防振錘和防振鞭的均有。
3.5 金具及附件
OPGW的主要配套金具包括懸垂線夾、耐張線夾、專用接地線、防振錘、引下線夾、抱箍、接續盒、熱塑套管等，一般由光纜廠家或供貨商提供。為了保證OPGW光纜在桿塔上的可靠掛線，一般根據桿塔掛線孔的實際情況，設計與其對應的金具組裝串。
3.6 接地
OPGW的接地屬于很小但非常重要的一部分，很多設計人員往往容易遺漏這個問題。OPGW通過專用接地線在每基桿塔上做可靠接地。金具串通過并溝線夾與專用接地線連接，接地線的另一端用螺栓固定在桿塔地線架預留的孔上。一般懸垂金具串配置1根接地線，耐張直通式和需斷開接續的配置2根接地線。
4 結論
通過以上對OPGW線路設計的闡述，可以使設計人員大體掌握OPGW線路設計的關鍵問題，建立起一個關于OPGW線路設計流程的概念，從選型著手，一步一步完成整個工程的設計。由于有關OPGW的更多問題，如雷擊斷線的原因研究等尚在探索階段，因此還有待于今后進一步探索解決。
參考文獻：
［1］ 云南省電力設計院.電力系統光纖通信線路設計.北京：中國電力出版社，2003.
［2］ 張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊.北京：中國電力出版社，1999.
［3］ DL/T 5092—1999.110～500kV架空送電線路設計技術規定.北京：中國電力出版社，1999.
