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電力系統光纖通信
2008-11-8  點擊次數: 7487

一、概述

    電力系統通信網是我國專用通信網中規模較大、發展較為完善的專網。隨著通信網絡光纖化趨勢進程的加速,我國電力專用通信網在很多地區已經基本完成了從主干線到接入網向光纖過渡的過程。 目前,電力系統光纖通信承載的業務主要有語音、數據、寬帶業務、 IP等常規電信業務;電力生產專業業務有保護、安全自動裝置和電力市場化所需的寬帶數據等。特別是保護和安全自動裝置,對光纜的可靠性和安全性提出了更高的要求?梢哉f,光纖通信已經成為電力系統安全穩定運行以及電力系統生產生活中不可缺少的一個重要組成部分。 光纖通信在電力通信中的應用最初是沿用電信部門傳統的地埋、管道、架空等方法敷設普通光纜,構成電力光纖通信系統。眾所周知,電力系統是由電能的生產、輸送、分配和消費組成的一個整體。為實現跨區域、長距離電能的輸送,電力系統建設了遍及各地的高壓輸電線路;為滿足城鄉廣大民眾生產生活用電需求,又有縱橫交錯、密布街道村莊的輸配電桿路和溝道?梢哉f,高、中、低壓輸配電線路是目前覆蓋面最為廣大的網絡基礎設施,而且它基礎堅固,較之其它網絡如電信、廣電網絡等有著更高的可靠性。因此,如何充分利用電力系統這一得天獨厚的網絡資源,是長期以來人們潛心研究的一個重要課題。

    隨著技術的進步,到了上世紀的七、八十年代,一些有別于傳統光纜的附加于電力線和加掛于電力桿塔上的光電復合式光纜被開發出來,這些光纜被統稱為電力 特種 光纜。電力系統光纖通信與其它光纖通信系統最大區別之一就是通信光纜的特別性。 電力特種光纜受外力破壞的可能性小,可靠性高,雖然其本身造價相對較高,但施工建設成本較低。經過多年的發展,目前電力特殊光纜制造及工程設計已經成熟,特別是 OPGW和ADSS技術,在國內電力特殊光纜已經開始大規模的應用,如三峽工程中的長距離主干OPGW光纜線路等。特種光纖依托于電力系統自己的線路資源,避免了在頻率資源、路由協調、電磁兼容等方面與外界的矛盾和糾葛,有很大的主動權和靈活性。

二、 電力 特種 光纜的種類

    電力特種光纜泛指 OPGW(光纖復合地線)、 OPPC(光纖復合相線)、MASS (金屬自承光纜)、 ADSS(全介質自承光纜)、ADL(相/地捆綁光纜)和GWWOP(相/地線纏繞光纜)等幾種。 目前,在我國應用較多的電力特種光纜主要有 ADSS和 OPGW。

    1、光纖復合地線——OPGW(Optical Ground Wire)

    OPGW又稱地線復合光纜、光纖架空地線等,是在電力傳輸線路的地線中含有供通信用的光纖單元。它具有兩種功能:一是作為輸電線路的防雷線,對輸電導線抗雷閃放電提供屏蔽保護;二是通過復合在地線中的光纖來傳輸信息 。 OPGW是架空地線和光纜的復合體,但并不是它們之間的簡單相加。

    OPGW光纜主要在500KV 、220KV 、110KV電壓等級線路上使用,受線路停電、安全等因素影響,多在新建線路上應用。 OPGW的適用特點是:
    (1)高壓超過110kv的線路,檔距較大(一般都在250M以上);
    (2)易于維護,對于線路跨越問題易解決,其機械特性可滿足線路大跨越;
    (3)OPGW外層為金屬鎧裝,對高壓電蝕及降解無影響;
    (4)OPGW在施工時必須停電,停電損失較大,所以在新建110kv以上高壓線路中應該使用OPGW;
    (5)OPGW的性能指標中,短路電流越大,越需要用良導體做鎧裝,則相應降低了抗拉強度,而在抗拉強度一定的情況下,要提高短路電流容量,只有增大金屬截面積,從而導致纜徑和纜重增加,這樣就對線路桿塔強度提出了安全問題。

    常見的OPGW結構主要有三大類,分別是鋁管型、鋁骨架型和(不銹)鋼管型。

    2、光纖復合相線——OPPC(Optical Phase Conductor)

    在電網中,有些線路可不設架空地線,但相線是必不可少的。為了滿足光纖聯網的要求,與 OPGW技術相類似,在傳統的相線結構中以合適的方法加入光纖,就成為光纖復合相線(OPPC)。雖然它們的結構雷同,但從設計到安裝和運行,OPPC與OPGW有原則的區別。

    3、金屬自承光纜——MASS(Metal Aerial Self Supporting)

    從結構上看,MASS與中心管單層絞線的OPGW相一致,如沒有特殊要求,金屬絞線通常用鍍鋅鋼線,因此結構簡單,價格低廉。MASS是介于OPGW和ADSS之間的產品。MASS作為自承光纜應用時,主要考慮強度和弧垂以及與相鄰導/地線和對地的安全間距。它不必像OPGW要考慮短路電流和熱容量,也不需要像OPPC那樣要考慮絕緣、載流量和阻抗,更不需要像ADSS要考慮安裝點場強,其外層金屬絞線的作用僅是容納和保護光纖。在破斷力相近的情況下,雖然MASS比ADSS重,但外直徑比中心管ADSS約小1/4,比層絞ADSS 約小1/3。在直徑相近情況下,ADSS的破斷力和允許張力卻要比MASS小得多。

    4、全介質自承光纜——ADSS(All Dielectric Self Supporting)

    ADSS光纜在220KV 、110KV 、35KV電壓等級輸電線路上廣泛使用,特別是在已建線路上使用較多。 它能滿足電力輸電線跨度大、垂度大的要求。標準的 ADSS設計可達144芯。其特點是:(1)ADSS內光纖張力理論值為零;(2)ADSS光纜為全絕緣結構,安裝及線路維護時可帶電作業,這樣可大大減少停電損失;(3)ADSS的伸縮率在溫差很大的范圍內可保持不變,而且其在極限溫度下,具有穩定的光學特性;(4)耐電蝕ADSS光纜可減少高壓感應電場對光纜的電腐蝕;(5)ADSS光纜直徑小、質量輕,可以減少冰和風對光纜的影響,其對桿塔強度的影響也很;(6)ADSS采用了新型材料及光滑外形設計,使其具有優越的空氣動力特性。
    ADSS光纜主要由纜芯、加強芳綸紗(或其它合適的材料)和外護套組成。各種各樣的ADSS光纜結構可歸納為最主要的 中心管型和層絞型 2種 。

    5、附加型光纜——OPAC

    無金屬捆綁式架空光纜 (AD-Lash)和無金屬纏繞式光纜GWWOP(Ground Wire Wrapped Optical Fiber Cable) 光纜有時被統稱為附加型光纜 ——OPAC, 是在電力線路上建設光纖通信網絡的一種既經濟又快捷的方式。

    它們用自動捆綁機和纏繞機將光纜捆綁和纏繞在地線或相線上,其共同的優點是:光纜重量輕、造價低、安裝迅速。在地線或 10 kV/35 kV相線上可不停電安裝;共同的缺點是:由于都采用了有機合成材料做外護套,因此都不能承受線路短路時相線或地線上產生的高溫,都有外護套材料老化問題,施工時都需要專用機械,在施工作業性、安全性等方面問題較多,而且其容易受到外界損害,如鳥害、槍擊等,因此在電力系統中都未能得到廣泛的應用。 但在國際上,這類技術并沒有被淘汰或放棄,仍在相當的范圍內應用。

三 、結束語

    人類對客觀事物的認識在發展,技術在不斷進步, 材料也在日益更新 。作為電力系統通信中最富特色的 電力特種 光纜技術,也在不斷發展和完善,新的光纜結構也不斷出現在我們的面前;同時,人們對特種光纜的需求也趨向多元化、高標準?梢灶A見, 在未來相當長一段時間內,電力特種光纜將在電力通信網中大規模使用。我們也完全可以相信,電力特種光纜會有著更加輝煌的明天,在電力通信系統中將繼續發揮著不可替代的重要作用。

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