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1、光纤复合架空地线光缆在大跨越工程中的设计及应用谢书鸿 ，路浩中天日立光缆有限公司,上海 226463摘要：文章通过大跨越线路的典型特点对光纤复合架空地线光缆(以下简称 OPGW)的技术要求，说明OPGW 在设计、运用中需要注意的问题。并通过实际的运行案例对 OPGW 光缆的设计思路、应用环境及试验论证作了深入的阐述。通过深入论证证明 OPGW 在大跨越工程中是完全可以使用的，但尚需要积累运行经验。 关键词：OPGW 光缆;大跨越;拉重比;光缆试验 光纤复合架空地线光缆（OPGW）已经在国内各种电压等级的输电线路上得到应用，其优越的复合性能、可靠性、经济性、长寿命都得到了认可。目前，OPGW 光
2、缆在一般线路中使用，完全可以做到质量优良，但输电线路工程中免不了跨江、跨河、跨山等，OPGW 是否适合大跨越工程呢，需要注意哪些技术要求呢？中天日立光缆有限公司积累了多个 OPGW 大跨越工程的应用经验，希望这 些设计和应用经验可以供广大同行借鉴。1大跨越工程对 OPGW 光缆的要求大跨越工程，顾名思义，它需要跨越大的档距，往往是跨越大的河流、湖泊、高山、峡谷或海岛等，因此耐张段较长，而且导地线悬挂点很高，特别是两个跨越塔一般都较高，但又要求导地线的弧垂比较小。大跨越导地线工作环境较差，跨越处风速都较高，因此导地线都受到较大的额外风荷载。大跨越工程的这些特点对所使用的 OPGW 光缆提出了许多
3、严格的要求：(1) 要求 OPGW 有足够大的抗拉强度，更重要的是它必须有良好的拉力重量比，一般要求在 1315之间，取 14 较合适。拉力重量比(简称拉重比) 表示单位质量所承受的张力，单位为千米，它可以简单地理解为弧垂的倒数，拉重比越大，弧垂越小。拉重比(km)拉力(N)/单位质量(kg/km) (2) 大跨越线路一般离变电站较远，处于短路电流分布较小区域，因此其截面不太受热稳定控制，理论上为了增大抗拉强度可以增大 OPGW 直径。但增大直径就增加质量导致拉重比下降，因此希望采用小直径大抗拉强度的 OPGW。较小的外径及质量对于降低光缆荷 载、减轻铁塔的负荷来说是非常重要的。(3) 微风振
4、动是造成架空线疲劳断股的主要原因，尤其在跨河、湖泊等水面的大跨越中，可能会出现最大的理论振动指标。在这种线路条件下，要求 OPGW 光缆有良好的自阻尼性能，同 时应配合有效的防振措施。(4) 要求 OPGW 光缆有优良的电气性能和良好的抗腐蚀性，延长 OPGW 光缆的寿命，考虑大抗拉强度，OPGW 光缆主要应采用全铝包钢线。早期大跨越导线曾采用镀锌钢绞线，但它的电气性能差、抗腐 蚀性不良而被淘汰，以后已逐步采用铝包钢绞线、高强度钢芯铝合金绞线作大跨越导线，且质量逐步提高。(5) 要求 OPGW 光缆有足够的光纤余长。光纤余长是光缆承受荷载能力和光缆寿命的决定因素之一，当光缆承受较大的机械荷载时
5、，光纤应保证不受力，也就不会增加衰耗。由于大跨越 OPGW 光缆主要由铝包钢线组成，在正常运行时光缆延伸率和覆冰、风荷载时的延伸率都小于一般线路在同样条件下的延伸率，因此从理论上说大跨越 OPGW 光缆对光纤余长要求要小一点。2大跨越工程 OPGW 光缆应用实例 中天日立光缆有限公司积极参与国内重难点 OPGW 工程建设，通过在上海长兴岛至横沙岛 1 519 m长江大跨越工程、1 533 m 广西浔江大跨越工程中与建设单位、设计院、北京帕尔普线路器材有限公司及试验单位的密切配合，积累了一些大跨越工程 OPGW 光缆的设计和应用解决方案。2.11 519 m 上海长江大跨越 OPGW 光缆上海长
6、兴岛至横沙岛 1 519 m 长江大跨越工程，跨越主塔塔高 159 m，跨越档跨距 1 519 m，最大风速 36 m/s,最大覆冰 10 mm。为了满足大跨越的强度需求，铁塔塔头做了特殊的加强设计。根据设计要求，中天日立的 OPGW 光缆的结构设计采用了三层结构的全铝包钢线绞合。1 519 m 上海长江大跨越示意图和 OPGW 光缆结构图见图 1，招标要求 OPGW 技术规范和实际使用 OPGW 的技术参数见表 1。 图 11 519 m 上海长江大跨越图例 表 1长江大跨越 OPGW 技术指标项目 招标技术规范 OPGW 光缆光纤芯数（G652）芯 24 24外径/mm 19.3 18.8
7、5单位质量/kgkm -1 1 3901 384承载面积 AA/AS/mm2 206 0/206额定抗张强度 RTS/kN 245 253.4拉重比/km 18.7最大使用张力/kN 98 113(40%RTS)平均运行张力/kN 15%20%RTS 18%RTS20时直流电阻/俜 km-1 0.43 0.421短路电流热容量（40，0.5 s） 200 228.0允许环境温度/ -30+70 -40+80根据大跨越线路的特点和该线路的地形条件和气象条件，考虑线路光缆年平均运行张力、直径、质量及风速，通过与防振锤厂家联合设计，决定采用防振锤进行单一防振来达到预期 的预防微风振动的效果，见图 2
8、。该工程最后采用的防振方案见表 2。 图 2防振锤布置图表 2长江口大跨越防振方案 位置/mA4D-40B4D-40C4D-40D4D-40E4D-30F4D-30G4D-30357 m 档 0.90 1.10 0.90 1 519 m 档 0.90 1.10 0.70 2.50 0.80 0.90 1.00537 m 档 0.90 1.10 0.90 0.90 OPGW 光缆交货后，由用户和施工单位截取试样送至国电电力建设研究所进行微风振动疲劳实验，在 25标称破断张力、振动角 2830、振动频率 47.348.3 Hz、振动次数 3107 的条件下试验，结果显示：光纤附加衰减小于 0.16
9、 dB/km，悬垂线夹内及悬垂线夹出口附近 OPGW 光缆铝包钢丝均未出现疲劳断裂。OPGW 光缆在架设后与另一根地线张力弧垂特性匹配良好，用户和施工单位又邀请研究人员进 行现场测振，证明防振设计效果良好。2.21 533 m 广西浔江大跨越 OPGW 光缆广西梧州 500 kV 变电站至平浪 220 kV 线路浔江大跨越工程由广西电力勘查设计院设计。该大跨越段跨越方式为 N-Z-Z-N，跨越浔江水面，三档档距分别为 402、1 533 m 和 421 m，跨河耐张段全长 2 356 m。直线跨越主塔塔高 97.5 m，最大风速 30 m/s。为了减轻铁塔荷载，该光缆设计时使用全铝包钢结构 O
10、PGW 光缆，采用了相对较小的外径（16.5 mm），截面积为 150.6 mm2，光缆强度达 200 kN。通过与北京 PLP 公司和澳大利亚达亨公司联合设计，该跨越档采用 4D 系列防振锤可以达到预期防振效果，其防振方案见表 3。 表 3广西浔江大跨越防振方案 B位置/mA4D-30 4D-20 4D-30 C4D-20D4D-20E4D-20F4D-20G4D-20H4D-20421 m 档一侧 0.72 1.3 421 m 档另一侧 0.8 1.35 402 m 档一侧 0.72 1.3 402 m 档另一侧 0.8 1.35 1 519 m 档一侧 1.4 2.2 3.2 4.9 5
11、.7 6.3 8 8.91 519 m 档另一侧 1.3 2.35 3.3 4.85 5.6 6.4 8.1 9.2该型光缆通过了国电电力建设研究所进行的防振性能评估研究。报告显示，光缆本身具有良好的自阻尼特性，在采用了金具供应商提供的防振措施后，光缆在悬垂线夹出口处及防振锤出口处的振动明显降低，远低于安全指标的要求范围。3大跨越工程 OPGW 光缆金具配置 3.1耐张线夹大跨越工程用 OPGW 一般都要求强度很大，为了保证大跨越的特殊力学性能，同时又保证对光缆的保护，根据 PLP 公司的经验，强度120 kN 时，可以采用预绞丝耐张线夹；若强度 120kN，推荐使用 U型螺栓可调式单层预绞丝
12、耐张线夹(U-Bolt)。此种耐张线夹具有 PLP 独特的结构设计，一方面线夹握力可设计高达 300 kN，一方面又应用了预绞丝分散应力的特点，对 OPGW 的核心光单元具有良好的保护。3.2悬垂线夹对于大跨越线路来说，悬垂线夹必须具备如下特点：由于架线张力大，必须使用握力大的悬垂线夹；因为悬挂点高差大，必须使用悬垂角大的悬垂线夹。所以大跨越档使用悬垂线夹时，尽量使用双支点悬垂线夹。3.3防振措施由于大跨越档距大、悬点高、跨越面开阔，要求消振耗能容量大，对防振措施需特别重视，所以要求消振系统顾及全部风频，控制 各节点处(线夹出口、防振装置) 动应变均在 100 微应变内。OPGW 光缆供应商应
13、和设计院、防振锤供应商密切配合，根据阻抗匹配和风速(振动频率)的要求确定防振锤的型号，按照防振锤的吸收动力和风动力的平衡来决定防振锤的数量。我国原来比较借鉴日本大跨越的防振措施，采用防振锤和阻尼线联合防振方式。但欧美比较偏向于采用单纯防振锤防振方式，不管怎样，必须在悬垂线夹、防振锤和阻尼线与 OPGW 光缆握着处安装预绞丝护线条以保护 OPGW 光缆。4大跨越工程 OPGW 光缆试验 即使经过上述这些理论计算，但考虑大跨越的重要性，仍然可以在供需双方配合下进行以下试验来验证 OPGW 的耐疲劳振动性能和光纤在典型微风振动下的光学特性。(1) 耐张线夹握力试验。耐张线夹握力必须达到 95UTS
14、而不产生滑移。(2) 悬垂线夹垂直荷载试验和不平衡张力试验。参见电力行业标准 DL/T 766-2003OPGW 用预绞式金具技术条件和试验方法。(3) OPGW 光缆自阻尼特性试验。测定振动输入 P，OPGW 光缆波腹振幅 A、波长 、阻尼系数，线夹出口处弯曲应变，离线夹出口 89 mm 处振幅。通过测得的输入功率、波腹振幅、频率，可以得到OPGW 光缆单位长度消耗功率和比振幅，经过换算，分析计算得到试验曲线方程。试验曲线方程与风功率曲线方程联合解即为平衡点，由平衡点估算出 OPGW 光缆的振动强度。这些计算过程都是通过计算机程序完成的。在振动台上试验测量防振锤的自振频率 fi 和阻尼系数
15、i 振动特性。由 OPGW 光缆自阻尼特性和防振锤自振特性试验，得到(估算)OPGW 光缆的振动强度、波腹振幅、波长、频率、阻尼系数、线夹出口处弯曲应变等，提出 OPGW 光缆防振方案，确定防振锤型号、数量、安装距离、安装位置等。(4) OPGW 光缆防振方案消振性能试验。在试验 OPGW 光缆上安装好悬垂线夹、防振锤、传感器，试验频率在 1575 Hz 内，可能产生 56 个共振频率。在共振状态下测量下列参数： 线夹出口处弯曲应变值 c，防振锤连接点处弯曲应变值 d；测量离线夹出口 89 mm 处 OPGW 光缆弯曲振幅 A89，提供A89 曲线； 波长、波腹振幅值、阻尼系数；离线夹出口 7
16、00 mm 处 OPGW 光缆绝对振幅 A700。对试验结果进行分析，对防振方案进行修改、调整，再次进行实验和测量，不断进行优化，最后提出最佳防振方案。(5) 现场实型观测。将 OPGW 架设在大跨越档上后，在现场自然环境中观测以上参数值。对上述振动弯曲应变波形、振幅波形在动态分析系统上进行波形时域分析和频域分析、功率谱分析、功率密度谱分析、概率分析。求出振动最大值(峰值) 、均方根值，与风速、频率之间的关系，所有这些数据采集、分析在计算机上自动完成。根据测试分析结果，对原防振方案进 行修改、调整，直到将振动控制在无危险的范围内。5结束语 纵观以上分析，国产 OPGW 光缆在大跨越线路工程中使用是完全可行的。但是，国内大跨越线路使用 O
