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1、2 0 0(年A D S S 光绩应用技术学术会议论文集 A D S S 光缆在电力系统的应用总结 深圳市特发信息股份有限公司王爱国肖晓明张娟 摘要本文从 A D S S 光缆的基础知识出发 及其与电力线路架空传输导线相关参数的差别， 并简单介绍了A D S S 光缆的施工注意事项。 分析 A D S S 光缆重要特性以 让人们正确使用 A D S S 光缆， S u m me r y o f A D S S C a b l e U s i n g i n E l e c t r i c a l P o w e r : ( h is p a p e r a n a l y s i s th e
2、 i m p o rt a n t p ro p e rt i e s o f A D S S c a b l e a n d t h e d if - f e re n t f ro m r e l a t e d i t e m s o f o v e r h e a d t r a n s m i s s i o n l i n e c o n d u c t o r s i n e l e c t r i c a l p o w e r s y s - t e m . I t a l s o g u id e s h o w t o u s e a n d in s t a l l t
3、 h e c a b l e p e r f e c t l y . 1 概述 目前通过电力线路架设的光缆不外乎以下几种结构:1 )集光纤和电力地线于一体 的光 纤复合 地线O P G V ( 伽i c a l F i b e r C o m p o s i t io n G ro u n d W i r e ) ; 2 )缠绕在高压输电 线路 上的缠绕式光缆G W W O P ( G ro u n d w i re W in d O p ti c a l F ib e r ) ; 3 ) 通过捆扎带或不 锈钢丝将 光缆捆扎在高压地线上的捆绑式光缆G W B O P ( G ro u n d
4、W i re B o u n d O p t i c a l F ib e r ) ; 4 )完 全依赖光缆自身的强度将光缆架设在两个铁塔之间的全介质自承式光缆 (A ll D i - e l e c t r i e S e l f 一 S u p p o rt i n g A e r i a l O p ti c a l C a b le ) ， 简 称A D S S 光缆 几种结构各有其优缺点， 根据不同的场合、 不同的线路情况，用户可以作出选择 具体的，对O P G V来说主要用于新建线路或更换地线比较经济，这种情况下当然不需 顾虑停电的问题;G W VO P 则需要停电施工和专用施工工
5、具，对一些铁塔较低和负荷程 度有限的老线路有它的优越性，但是在国内发生了几起自然条件下的断缆事故，让人 们望而生畏，因此在未彻底解决 G W W O P 结构抗冲击性能及耐环境性能时建议谨慎使 用;G WB O P 结构近几年用的较少， 优点也主要是不需考虑导线对地安全距离，特别是 对于 1 I O K V以下线路，耐电冲击的可能性较小，但是同样面临着需停电施工的难题; 相对于上面几种结构，A D S S 光缆的优越性就比较明显了，其为全介质结构，施工时一 般不需要停电 ( 目前可能由于电力规范的约束，非线路部门或没有上塔许可证者，不 2 0 0 年A D CS S 光缆应用技术学术会议论文奥
6、 允许在塔上操作，所以，在一些地方 Ass 光缆的优越性没有发挥出来) ;如果顾及到 导线或光缆对地安全距离不够，它可以通过将光缆架设在导线的上方来解决，因而没 有安全距离之优。A D S S 光缆近两年得以在电力线路上大规模应用的一个最主要原因， 还应该归功于它具有的不需停电施工这一点。 由于 A D S S 光缆具有较高的模量、良好的应力应变特性、重量轻、温度特性好以及 施工方便等优点，所以在其他部门也有了很好的应用事例，一些特殊路由使用A D S S 光 缆可以节约大量资金，如跨越大江大河、湖泊、山川等地形复杂地带。另外，A D S S 光 缆为全介质结构，并且具有抗枪击性能，它还非常适
7、合雷区、猎区或新型开发区 ( 开 山炸石对光缆造成的潜在危险)等地域。正因如此，A D S S光缆相对来说比较受宠。 2 A D S S 光缆在电力系统应用的状况分析 A D S S 光缆的发展历史较短，西方发达国家在八十年代中期才开发研制和试用 A D S S 光缆，由于这些国家电力通信起步较早，同时缠绕式光缆用量较大，这样相反制 约了A D S S 光缆在这些国家的大范围推广和应用。到目前为止，应该说 A D S S 光缆未能 在世界范围普遍推广的最大的障碍是没有一部正式的 A D S S光缆国际标准，虽然 LE E E -P 1 2 2 2 标准草案已经公开讨论多年，但以其不断修改的内容
8、和历程来看。A D S S 光缆在实际应用过程中还存在一定的争议。从我们国家的情况看，近两年刚好赶上全 国性的电网改造，迫切需要一种合适的传输途径能够起到调度通信的作用，A D S S 光缆 生逢其时。实际上，我们国家A D S S 光缆以用量来说，已经走在了世界的前列。对光缆 性能的研究笔者认为国内的水平不会比国外相差太远 追溯我们国家 A D S S 光缆国产化的发展过程，最早是从 1 9 9 6 年广东省大亚湾核电 站应用开始，到现在为止不过3 年多一点时间。据目前的统计和资料分析，A D S S 光缆 用得较多的是电力部门，其次是中国联通公司与电力部门合作兴建的。从线路情况看， 基本在
9、2 2 0 K V和 1 1 0 K V及以下电压等级;从跨距来看，国内最大跨距已经接近 1 5 0 0 米，国外则较少有超过 1 0 0 ( 】 米跨距的 A D S S 光缆;而从全国三年多应用A D S S 光缆的情 况来看，除了个别地方因光缆设计和施工原因导致断缆以外，其它方面性能尚可当 然，检验 A D S S 光缆的可靠性不能仅仅看一两年的运行情况，因为光缆在设计过程中必 然考虑到光缆使用地最恶劣环境气候条件，如风力、覆冰等，如果设计不合理或偷工 减料，导致某一线路大面积断缆的事故也不是没有可能的。为避免这一事故的发生， 对光缆全性能进行检验是非常必要的。然而，由于大部分用户对A
10、D S S 光缆并不是很了 解，仅仅依靠生产厂家的 “ 自觉”和某些设计软件进行设计，大多数用户根本无法介 人光缆的检验和测试，在这方面国际标准和国家标准的滞后已经严重影响了产品的可 靠性。这可能也会是日后最难面对的问题，当然这是作者个人的看法。 2 0 0 年A D S S 光统应用技术学术会议论文集 A D S S 光缆除了不停电施工的优点外，另一个优点是施工费用较少。特别是利用现 有的电力线路杆塔资源。相信在今后的几年中，其它光缆使用部门也将会对此大感兴 趣，因而，A D S S 光缆发展前景还是比较好的。另据统计， 我国已有 I I O K V以土线路约 5 0 万公里， 2 2 0
11、K V以上线路2 2 万公里， 假设其中的5 %用于架设A D S S 光缆，这 一 数量 也将是非常大的。 3 A D S S 光缆的结构、原理及设计基础 目前，A D S S 光缆有两种常见结构，即松套层绞式和中心管式，两种光缆结构截面 图如下: a )层绞式结构截面图; 图 l 比较两种结构，各有优缺点 b )中心管式结构截面图 常见 A D S S 光缆结构图 层绞式结构最明显的优点是芯数大和比中心管式更 容易控制的光纤余长，后一 较大的外径使得自重加大， 】项目 点使得光缆使用于大跨距场合几乎没有太大限制。但是， 比载相对来说较后者大。具体比较见下表: 中心管式结构 光纤芯数 光缆重
12、量 外径 适用的跨距 结构、工艺特征 成本 层绞式结构 可达 1 4 4芯 一般2 1 芯 轻一小 重-大 可大于 1 0 0 1 米 复杂 高 一般小于3 0 0米 简单 低 用户可以根据不同的要求对此作出选择。 在 A D S S 光缆设计过程中，“ 余长”的概念是非常重要，而且是必不可少的。为此 有必要作一下解释。 光纤在套管中一般有两种状态:正弦曲线和螺旋曲线，如图2 ; 当光缆受力时，套管伸长，管中的光纤将会拉直，继续受力，光纤的衰减将会增 2 0 0 0 年A D a光缆应用技术学术会议论文集 a )正弦曲线卜 )螺旋曲线 图2 光纤在套管中的状态 大，甚至被拉断，为保证光纤不至于
13、受力，一般将光纤的长度设计成比光缆长，这就 是 “ 余长”的由来。套管 ( 光纤)在光缆中呈绞合状态，也将 “ 吃掉”一部分余长， 所以考察光缆的性能时都是检验光纤的可用余长。 相对于普通光缆，光纤余长对 A D S S 光缆更加重要，因为普通光缆除施工过程中受 到外力，需要一定的余长作为 “ 补充”光缆的拉伸量 ( 应变) 光缆处于稳态后，环境 温度的变化虽对光缆的伸缩有一定影响， 但局限于光缆周围的各种因素，光缆或光纤 的应变量并没有改变多少，所以对于普通光缆来说，光纤相对于松套管的余长可以设 计为接近于0 :但是 A D S S 光缆余长显然要大得多，因为光缆不仅在施工时受到相当大 的力
14、，而且光缆一旦遇到恶劣气候条件 ( 如冰、 风负载)时，其受力将会是非常大的。 在如此大的外力情况下，光缆不伸长是不可能的，作为加强元件的芳纶纤维在受到一 定的力后将会伸长，如果为了保证光缆应变基本不变，单纯通过加大芳纶纤维用量去 实现，必然使得光缆成本的明显增加，这显然是得不偿失的。虽然用户现在对光缆余 长有了一定的认识，在招标书中也经常可以见到要求投标方提出具体的余长甚至计算 公式，但是这种方法并不能说明多大问题因为即使投标方提供一套很完善 、很合理 的余长方案，如果芳纶纱在光缆里面松散或受力不均，光缆一旦受力，将会伸长，从 而很容易 “ 吃”掉光纤余长，继续受力时光纤应变将剧增，长期的结
15、果必然导致光纤 断。所以，依笔者经验，通过光缆的应力应变和温度循环试验来检验光纤余长及光缆 的适用性为最有效、 最合理的方法。 层绞式 A D S S 光缆的中心加强件采用玻璃纤维增强塑料 F R P ( F ib e r R e i n f o r c e P l a s - ti c ) ，其在光缆生产过程中有两方面的作用，一是保持光缆的圆整性，另一个是因在生 产环节中存在着一定的牵引力，F R I 可承担光缆的受力。使用过程中，是不能依赖 F R P 来 “ 承担”光缆的受力，此时只能靠芳纶纱，因为普通F R I 】 当承受2 0 0 1 一 3 0 0 0 N 的拉力时，即会产生较大的
16、应变这对于 A D S S 光缆来说，无异于 “ 杯水车薪” 。也可 以说 F R I ) 主要提供光缆的弯曲模量， 作为周边加强的芳纶纱提供光缆的拉伸模量( 在 A D S S 光缆设计过程中，还要考虑到使用地环境气候条件，也就是计算光缆各种 情况下的受力状态。如同架空电力线路，覆冰、风速和自重是主要的比载来源，不同 的是架空地线相对于环境温度较为敏感，而.4 D S S 光缆的线膨胀系数在1 0 - 5 一 1 0 - “ 数量 2 0 0 0 年A D S S 光缆应用技术学术会议论文集 级( 我们知道，大多数材料有热胀冷缩的特点，但芳纶却相反热缩冷胀，最后的 综合结果导致线膨胀系数小。 ) 4 A D S S 光缆设计时涉及的问题及简易计算 4 . 1 A D S S 光缆应力应变概念及简易计算 在设计 N D S S光缆时，很多电力线路设计工作者比较重视光缆破断力 ( U l t im a t e T e n s io n S t re s s ) ，我认为这是一种误解，对于电力导线来说，只要不被拉断，电流仍然 畅通，只不过有效面积减小，拉细变
