OPPC技术介绍

光纤复合架空相线(OPPC)技术介绍资料中天日立光缆有限公司二〇〇九年六月一、概述20世纪80年代，在欧美国家首先出现OPPC的设计理念，并尝试将OPPC用于150kV以下的输电线路中。但OPPC的工程应用需要“光电分离”的关键技术，当时瓷瓶绝缘子技术限制了用以实现光电分离的OPPC绝缘接头盒开发不尽如人意。直到21世纪初硅橡胶复合绝缘子接头盒成功开发，从而大大促进了OPPC光缆在欧美等国的推广应用。目前在欧洲OPPC已应用于400kV、225kV线路，仅法国、德国就已应用6000多公里，法国还计划到2009年架设15000km的OPPC线路。我国目前在110kV～500kV线路主干网广泛采用OPGW、ADSS进行通信，110kV以下高压电网、中低压配电网主要采用ADSS、普通光缆、载波等通信方式。对于一些难以选用OPGW、ADSS光缆的线路，如：1）10kV、35kV、66kV等中高压输电线路本身无地线，无法架设OPGW；2）架设ADSS存在对地安全距离不足、杆塔强度不够等限制；3）采用普通光缆存在被偷盗和维护的难题，载波通信受气候、地形的限制；因此这些线路的光纤化通信就需要考虑其它复合光缆，OPPC就是OPGW、ADSS光缆的补充产品。在我国现行电网中，输电线路电流一般都采用三相电力系统传输，如果用OPPC替代三相中的一相，形成由两根导线和一根OPPC组合而成的三相电力系统，不需要另外架设通信就可以解决这类电网的自动化、调度、保护等问题，并可大大提高传输的质量和速度。二、OPPC技术特点OPPC全称为光纤复合架空相线，是将光纤单元复合在相线中、具有电力架空相线和通信能力双重功能的电力特种光缆。将传统输电导线中的一根或多根钢丝替换为不锈钢管光单元，使钢管光单元与(铝包)钢线、铝(合金)线共同绞合形成OPPC，用OPPC替代三相导线中的某一相导线，形成由两根导线和一根OPPC组合而成的三相电力系统，实现通电和通信双重功能融合。光单元由多根光纤和保护管组成。光纤收容保护在不锈钢松套管中，管内填充特种油膏，以起到防水、防潮气或其他有害气体、隔热的作用。导线单元是传输电能的关键部件，一般由铝包钢芯绞线和铝线，一方面导线截面选择要合理，以保证线路有良好的电压传输质量和发热条件；另一方面，它又起到承力作用，还要具备足够的机械强度，使OPPC受到外力作用时光单元的传输性能不受影响。OPPC结构型式下图所示：OPPC具有如下技术特点：（1）实现传输电能与光纤通信的完美融合。OPPC既是一条符合常规输电线路设计的架空导线，同时还是一条提供信号传输的光缆。OPPC机械特性、电气特性和光纤传输特性同等重要。（2）充分利用输电线路走廊资源实现光通信。若输电线路无设计地线，或地线太小难以复合进光纤，就无法采用OPGW光缆；而输电线路对地安全距离受限、对导线安全间距不足，也难以采用ADSS光缆；若采用另外敷设杆路架设普通光缆，存在偷盗和维护不便的缺陷。因此，采用OPPC技术可充分利用现有输电走廊资源。（3）没有给原有线路附加额外负荷带来的隐患。OPPC在性能设计和实际运行中，是与相邻另两相导线相匹配，属于复合型产品，不是杆塔附加型产品，其对杆塔的水平荷载及垂直荷载均无增加或明显变化，不会损伤原有输电线路的运行条件。（4）良好的耐腐蚀性可提高OPPC的使用寿命。目前我国常规输电导线采用钢芯铝绞线（LGJ）或铝包钢芯铝绞线（JL/LB），而OPPC产品设计时都是采用铝包钢线、钢管光单元、铝线绞合而成，结构近似于铝包钢芯铝绞线。由于铝包钢线较之镀锌钢丝的良好耐电化学腐蚀，因此使用寿命大大延长。而且铝包钢芯较镀锌钢丝具有更高的导电率，OPPC整体电阻率减小，可以提高载流量，具有一定的节能效果。（5）具有良好的热稳定性，保证光通信不受影响。我国输电导线设计长期使用温度为70℃，短期为90℃。而光纤长期使用温度可为100℃，光纤油膏、缆膏的滴点均大于200℃，铝包钢线、铝线的120℃高温热稳定性也很好，因此，传输电能和光纤通信均不受影响。（6）不存在雷击断股、短路电流过热的事故隐患。OPPC作为输电导线，中低电压等级线路遭受雷击和短路电流可能性较小，超高压线路有地线保护，因此，OPPC不会出现OPGW容易出现的断股等事故隐患。镀锌钢线铝线铝包钢线(AS线)光纤单元(OP)铝线(AL线)三、OPPC光缆与OPGW、ADSS光缆的比较1、技术特点（1）ADSS光缆全介质自承式光缆ADSS，是伴随着高强度高模量非金属材料（芳纶）和电腐蚀护套材料的开发成功而产生，作为一种杆塔添加型光缆，利用现有的输电杆塔为110kV及以下等级线路新建线路或老线路光纤通信建设、快速建网提供光缆通道。（2）OPGW光缆光纤复合架空地线OPGW，是将光单元复合在常规架空地线中，将传统地线中的一根或多根钢丝替换为不锈钢管光单元，具有普通地线和通信光缆双重功能的电力特种光缆，是电力系统的主要通信和保护手段。目前国内在110kV～1000kV输电线路广泛采用OPGW光缆，技术成熟。（3）OPPC光缆光纤复合架空相线OPPC，是将光单元复合在常规架空相线中，将传统输电导线中的一根或多根钢丝替换为不锈钢管光单元，具有电力架空相线和通信能力双重功能的新型电力特种光缆。用OPPC替代三相导线中的某一相导线，形成由两根导线和一根OPPC组合而成的三相电力系统，实现通电和通信双重功能融合，可为中低电压输电线路及城网、农网通信改造、建设配网自动化提供光纤通道。2、OPPC技术优势（1）与“导线＋ADSS”解决方案比较10kV、35kV线路一般没有架空地线，无法沿线路架设OPGW光缆复合地线，通常会考虑在导线下架设ADSS光缆。因旧线路的对地高度，以及跨越公路，铁路，江河等自然环境的影响下，都需要对杆塔的高度，场强的分布进行设计。但是由于导线本身对地面距离按常规设计也已选定，过去立杆塔没有考虑日后要挂ADSS，所以会出现ADSS对地安全距离不够，尤其在跨越、交叉的情况下无法满足光缆对地距离要求，这样就会出现挂点距离偏高、造成ADSS腐蚀烧毁事故的情况，因ADSS的电腐蚀问题断纤、断缆之困扰，国内已发生的多处长距离ADSS腐蚀烧毁事故，教训惨痛。ADSS光缆的架设给原有线路增加了重量、拉力，附加了额外线路负荷，给线路带来了潜在的隐患。与ADSS相比，OPPC作为三相导线中的一相导线，没有给原有线路附加额外线路负荷带来的隐患，也没有因场强的作用而导致光缆遭遇电腐蚀或引发的毁缆、断纤等事故。同时由于OPPC与接头盒上均有高电压，还具有绝对的防盗优势。因此OPPC解决方案比“导线＋ADSS”解决方案具有更高的可靠性。（2）与“导线＋OPGW”解决方案比较用OPGW代替一根传统地线，实现输电线路的光纤化，该技术已经在国内现有高压输电线路上成功应用多年。但是在部分旧110kV线路改造中，需要拆掉一根旧的普通地线，换上一根新的OPGW光缆复合地线。为了使新换的OPGW光缆复合地线与原来地线匹配，需要收集很多杆塔资料，并且要做验算，塔头地线挂点还要做补强处理，这就要增加很多设计量和施工量。而且在施工中为了保持新地线与原导线的线间距离，就要增加塔头的拉力，才能达到原有地线和导线的线间距离，这无形中就降低了原线路杆塔的安全性。再有老旧线路因地线本身规格太小（GJ-35、GJ-50），给复合光纤成为OPGW增加了很大的难度，并且只能采用小规格的OPGW，会存在雷击断股（高雷暴日地区）、短路电流过热等小规格OPGW易发生的运行缺陷和隐患。而对于35kV线路，一般没有架空地线或者只有线路进出段有地线，无法架设OPGW光缆。OPPC作为其中一相导线，充分利用现有输电线路资源，没有给原有线路附加额外负荷，同时OPPC因为光纤复合在相线内，没有地线上落雷引发的OPGW断股、断纤的严重事故。四、OPPC线路设计内容（一）OPPC光缆OPPC作为三相导线中的一相，为了与相邻导线的弧垂张力特性保持一致，OPPC的直径、重量、截面和机械特性等参数应尽量与相邻导线的参数相符；与此同时，OPPC的直流电阻也应与相邻导线相似，以避免远端电压变化并保持三相平衡。下面以LGJ-95/20导线为例，设计相匹配的OPPC结构参数：OPPC及配合导线OPPC-24B1-90/20LGJ-95/20最大光纤芯数Nos24－直径mm14.0013.87截面积mm2110.28113.96单位重量kg/km402408.9抗拉强度kN37.037.2020℃直流电阻Ω/km0.29660.3019载流量(40-70℃)A264261（二）OPPC配套金具接头盒OPPC直接安装在高压系统中，其安装的金具和附件（如耐张线夹，悬垂线夹和终端接头盒）需绝缘，线夹可用于相应的绝缘耐张串或绝缘悬垂串，光电绝缘（分离）和连接则需要特殊的技术，对施工的要求也比较高。OPPC光缆金具附件包括预绞丝耐张金具、预绞丝悬垂金具、防振锤和接头盒。1、金具OPPC采用预绞式金具通过线路杆塔上原有绝缘子串将光缆安装在杆塔上。与传统电力金具相比，预绞式金具安装简单、可靠，无应力集中点，耐腐蚀、重量轻、电晕小、磁损小，更可增加导线的刚度，加强导线的抗振能力，同时减少在线夹出口处导线的附加弯曲应力，具有握力大、免维护优点。（1）耐张金具设计耐张线夹是架设OPPC的关键金具，它不仅要将光缆紧固在杆塔上，承受较大的张力，同时对光缆具有较大的握着力，且又不能超过光缆的侧压强度。OPPC耐张金具采用双层预绞丝耐张金具，每个杆塔配两套耐张金具，构架终端配一套耐张金具。（2）悬垂金具的设计：悬垂预绞丝线夹是用来将OPPC光缆吊挂在杆塔上，起支撑作用，与通常输配电线路的悬垂线夹作用相似，每个直线塔配一套。金具与杆塔绝缘子串相连接，连接示意图如下：耐张杆塔和直线杆塔金具安装示意图2、接头盒OPPC接头盒是整个解决方案中的技术关键，也是技术难点。OPPC接头盒需要组合设计复合绝缘子，实现光纤接续和光电分离。OPPC通过接头盒在耐张杆塔上将OPPC连接起来。OPPC接续涉及到光纤接续和光电分离技术，对接续的技术、高压绝缘都有严格的要求，是整个工程中最为重要的部分。OPPC接头盒与OPGW、ADSS有很大不同，需要组合设计或安装绝缘子。OPPC接头盒既具备一般接头盒的性能，也具备光纤熔接和不影响通电的性能。一般在耐张塔安装用于连接OPPC，需安装组合绝缘子。OPPC接头盒按用途分成中间接头盒和终端接头盒。（1）OPPC中间接头盒在线路耐张杆塔上选取适当位置（C相），设计一个固定台架，安装OPPC中间接头盒，做好接头并密闭接头盒，再用带有并沟线夹的电力跳线跨接接头盒两端的OPPC，保证导线的连通。中间接头盒及安装示意图（2）OPPC终端接头盒OPPC终端接头盒在线路起始两端的变电站构架安装，连接OPPC和导引光缆，OPPC终端接头盒采用“高压隔离绝缘”技术和海缆接头盒的密封及光缆固定技术，在杆塔上一次性光纤熔接接续，并采用座式固定结构安装。OPPC终端接头盒安装示意图五、线路选用OPPC条件理论上OPPC可应用于各种电压等级线路，但在我国110kV～1000kV主干网电力系统通信中，OPGW、ADSS已经得到了成熟应用，建议OPPC主要用于一些难以选用OPGW、ADSS光缆的10kV、35kV和某些66kV、110kV线路：（1）10kV、35kV和某些66kV线路本身无地线或非全线路有地线，无法架设OPGW；（2）某些110kV老线路，收集线路资料和验算杆塔承受能力有难度，难以改造塔头或改造代价过大；（3）线路对地安全距离不足、无法解决交叉跨越、杆塔强度不够、经常改道等限制架设ADSS；（4）采用普通光缆存在被偷盗和维护的难题，而载波通信又受气候、地形的限制。六、线路选用OPPC费用构成概算比较某35kV单回路输电线路，使用LGJ-185/45导线，架设普通地线GJ-50、架设OPGW、架设ADSS、架设OPPC的四个方案，比较直接投资成本：是否有地线方案产品型号线缆价格（万元/km）金具价格（万元/km）施工费（