OPGW是架空地线复合光缆具有电力线路避雷地线和光 纤通信的双重功能,工程设计涉及架空线 路和电力通信两个专业。目前国家尚未编 出OPGW设计规范，笔者根据220k V龟峰 变〜上饶变输电线路OPGW工程和萍乡 110 k V五陂下〜莲花变U回输电线路 OPGW工程的设计实践，提出OPGW工程设 计的基本要求和体会，以供讨论参考。
1 OPGW工程介绍及设计标准、规范
1.1工程案例
江西220k V龟峰〜上饶变输电线路 OPGW总长73公里，光缆纤芯为24芯(16G. 6 5 2 + 8 G.6 5 5 ),线路单相短路最大电流27. 12kA，设计选用良导体JLB30A-70、 JLB20A-50、GJ-50 地线与 OPGW-90 进行 热稳定配合计算。线路途经弋阳县、横丰 县、铅山县、上饶县、上饶市境内，地形以丘 陵、山地为主，气象条件按江西省典型I类 气象区进行设计。
110kV五陂下〜莲花变U回输电线路 OPGW全长63公里，光缆纤芯为16芯(G.6 5 2 ),线路单相短路最大电流2 0.5 7 6 kA,设 计选用良导体JLB 3 0 / 7 0、JLB20A-50、GJ-
- 5 0地线与OPGW-70进行热稳定配合计算。 线路沿途经过萍乡市、莲花县境内，地形以 高山、山地为主，工程海拔高程在90〜8 0 0米 之间，其气象条件主要按江西省典型U类 气象区(海拔90m〜4 0 0m)、江西省典型皿类 气象区(海拔4 0 0m〜6 0 0m)、重冰区(海拔
- 6 0 0m以上，覆冰20mm)进行设计。
1.2工程设计可依据的标准、规范
- (1)《110〜5 0 0 kV架空送电线路设计技 术规程》L/T 5 0 92 — 1 9 9 9;(2)《架空送电 线路杆塔结构设计技术规定》DGJ94 — 1 9 9 0；(3)《电力系统光缆通信工程初步设计 内容深度规定》DLGJ 1 5 2 — 2 00 0；(4)《长途通 信干线光缆数字传输系统线路工程设计暂 行技术规定》DJ14 —1991。
2 OPGW工程的初步设计
初步设计内容包括：(1)路径；(2)工程设 计条件；(3)OPGW选型;(4)地线绝缘型式; (5)金具。
2.1路径选择
单一线路OPGW的路径没有太多选择,
一般与送电线路同路径。如果一条光缆线 路承挂在不同电压的送电线路上,设计应 进行方案比较，以保证光缆线路安全可靠、 经济合理、施工维护方便。在确定光缆路径 时，应结合电力系统网络结构，选择平直且 距离短、投资省、交通条件好、运行维护便 利的路径。尽量选择少穿越铁路、江河湖泊 及严重覆冰区、大污秽区及大型建筑障碍 物的线路，特殊地段可改用其他光缆如非 金属光缆代替。
2.2工程设计条件
- (1) 气象条件:设计气象条件(风速、覆 冰厚度、气温)与线路本体相同。
- (2) 线路杆塔条件:通常OPGW的机械 参数可能超过原设计避雷线，工程中应结 合OPGW的物理机械参数对杆塔和基础进 行补强计算,或增大OPGW的机械参数值, 使之满足工程要求。
2.3 OPGW选型
2.3.1 OPGW的结构
OPGW有不锈钢管式、骨架式及铝管式 三种典型结构，见图1。
OPGW选型主要考虑以下几个因素：
- (1) OPGW内光纤及光纤单元特性
- (2) OPGW热稳定特性
OPGW热稳定特性包括系统发生单相 接地时故障电流特性及雷电特性。电力线 发生单相接地短路时，地线返回电流使 OPGW发热，其温升不得超过允许值，以免 造成对光纤的损坏。由于线路短路电流持 续时间很短(如2 2 0 kV为0.35s),可视为绝热 过程,其短路时发出的热量全部用于提高 OPGW的温度。雷电流幅值虽然很大，但由 于放电时间短，其对OPGW的热稳定一般 不起控制作用。
- (3) OPGW机械及抗疲劳特性
OPGW的机械强度及疲劳强度特性应
铝髒结构
图1 OPGW的结构图
表 1 ITU-TG652 光纤
| 性能 | 模场直径Um) | 截止波长入g(nm ) | 非零色散区Gm ) | 工作波长Gm ) | 衰减系数(dB/km ) | 色散系数(dB/km) |
| 1310nm | 1310nm 1550nm | 1310nm 1550nm | ||||
| 要求值 | 9 | <1260 | 1310 | 1310 或 1510 | <0.36<0.22 | 0 +18 |
表 2 ITU-TG655 光纤
性能 | 模场直径Um) | 截止波长入cc (nm ) | 非零色散区Gm ) | 工作波长(nm ) | 衰减系数(dB/km) | 色散系数(ps/nm .km ) |
| 1550nm | 1310nm 1550nm | 1310nm 1550nm | ||||
| 要求值 | 8〜11 | <1480 | 1540〜1565 | 1540〜1565 | <0.50<0.24 | -181<|D|<4 |
导线
| 导线型号 | 50赫兹电阻 | 半径m) | 电抗 | 截面积6 m 2) | 允许电流(A) |
| JLB23/50 | 1.5301 | 0.0045 | 0.900 | 49.48 | 7506.7 |
| JLB30/70 | 0.817 | 0.0054 | 0.489 | 71.25 | 10808.4 |
| JLB30/80 | 0.733 | 0.0057 | 0.470 | 79.39 | 12043.0 |
| JLB30/95 | 0.612 | 0.00624 | 0.425 | 95.14 | 14432.3 |
| JLB1A-50 | 1.765 | 0.0045 | 0.396 | 49.48 | 5773.0 |
| OPGW -10.2 | 0.808 | 0.00560 | 0.430 | 66.30 | 11200.8 |
| OPGW -11.85 | 0.710 | 0.00593 | 0.475 | 74.11 | 9380.8 |
| OPGW -12.1 | 0.644 | 0.00605 | 0.474 | 76.60 | 9899.5 |
| OPGW -13.0 | 0.503 | 0.00650 | 0.469 | 90.00 | 14832.4 |
表4 不同地带防振锤数量配置表
| 序号 | 使用档距L (m ) | 每档防振锤数量只) | |
| 丘陵、山地 | 平原地区 | ||
| 1 | 100WLV300 | 100WLV250 | 2 |
| 2 | 300WLV600 | 250WLV500 | 4 |
| 3 | 600WLV800 | 500WLV800 | 6 |
图4 防振锤安装位置图(上为悬垂线夹，下为耐张线夹)
能与另一根地线匹配。
2.3.2缆内光纤要求
光缆光纤芯数应满足工程使用并兼顾 今后发展需求，一般选择大于12芯,光纤种 类可选非色散位移单模光纤(G.652 )和非 零色散位移光纤(G.655),主要参数及应用 场合如表1、2。
应用场合：最广泛应用于数据通信和 模拟图像传输媒质，不适合高速率、远距离 传输。
应用场合：应用于EDFA和波分复用结 合的传输速率在10Gbit/s以上高速系统。
2.3.3 OPGW的纤芯余长
纤芯余长是OPGW的重要参数,线体在 受拉力后及运行中将发生伸长变形，如果 纤芯余长不够，将使光纤受力造成疲劳，引 起传输衰减增加或光纤受损等问题。绞合 线体的伸长主要有二种形式:(1)塑性伸长 和蠕变(初伸长);(2)运行过程中随环境条件 的变化而产生的伸长。
在线路发生单相短路故障时，短路电
流流经OPGW将使其温度急剧升高，当达 到最高允许温度时,OPGW线长伸长远大 于正常运行时OPGW的线长伸长,应予以 特别注意。由于各生产厂家所生产的 OPGW在结构形式、材质、特性等方面各不 相同，在设计中确定一个固定的纤芯余长 难以满足不同型号光缆的要求，建议在 OPGW招标中要求生产厂商根据其OPGW 的特性确定合适纤芯余长,以保证OPGW 在各种情况下能安全运行。
2.3.4 OPGW防雷电特性
雷击地线时，雷电流流经地线引起线 体瞬间发热，如果温升过高会造成光纤受 损，传输损耗增加，严重时可能造成断股事 故。根据我国220kV及以上线路运行经验以 及国外对雷击试验的总结认为，当地线单 股直径大于3.0mm时，雷击对地线损伤较 小。在雷暴日较多的地区如江西省年平均 雷暴日为62日/年应尽量选用单股直径不 小于3.0mm的OPGW，特殊地区如我国雷州 半岛等年平均雷暴日达80日/年，OPGW外
层单股直径应尽可能大，同时OPGW单丝 采用铝包钢结构。
2.4故障电流计算及热稳定校验
当送电线路发生单相接地故障时，短 路电流从故障点沿地线向两侧分散。若故 障出现在变电所进出线档，电流流向变电 所分量为整个故障电流的大部分。地线分 布电路模型见图2。
R0：变电所接地网电阻,R /线路各基杆 塔接地电阻,Zg:各档地线的阻抗,Zop:各档 OPGW的自阻抗,Zgm :各档另一根地线的自 阻抗,3I0:接地故障电流,Ig:通过地线电流, It：通过各杆塔接地电阻电流。
当送电线路在塔身处发生接地故障 时，从变电所A、两侧来的故障电流在故 障点分三路入地，一路电流It从本杆塔接地 电阻Rt入地,另两路Iga、gb电流由两侧杆塔 接地电阻入地。
分析计算故障电流在OPGW及另一根 地线中的电流分布情况，可将故障电流分 为两部分，一部分是零序电压在各支路接 地阻抗倒数分配的自由分量Igf和另一部分 是导线故障电流3I0通过电磁感应在地线产 生感应电流的强制分量，由于电力电路元 件是线性的，可以用重迭原理分别计算，再 合成总的电流。
工程设计时可暂选定一种适合结构的 OPGW与另一根地线进行故障电流配合计 算。通常为减小故障时流过变电所附近 OPGW电流,在变电所出口另一根地线采 用良导体冲间段仍采用普通地线。根据计 算结果确定线路全线地线配置方案。表3列 出几种线材的参数供设计参考。
2.5 OPGW张力设计
OPGW应满足设计规程对地线在最大 使用应力时安全系数大于导线安全系数 (2.5)的要求，同时在外过电压无风条件下, 档距中央导线与地线间应满足0.012L(档 距)+1米距离要求。
由于OPGW供货厂商产品的参数有所 不同,OPGW的张力设计应根据导地线安 全配合及另一根地线的机电特性确定其安 全系数及平均运行张力，以确保两根地线 有相近的弧垂特性。在拉力为70%额定拉 断力,或在最高线温及最大短路电流引起 的伸长工况下，光纤应不受力，一般将平均 运行应力设计控制在极限张力的20%以内。
3施工设计
3.1设计内容
- (1) 施工图设计说明书，说明工程概况、 气象条件、光缆技术参数、设计应力及安全 系数选取、金具选择及防振措施、对地及交 叉跨越要求、盘长配置情况、施工注意事项 等。
- (2) 施工表册，包括设备材料清册、杆塔 位明细表。
- (3) 施工图册，分为电气部分和结构部 分两卷oOPGW地线必须采用张力放线，由 于OPGW采用张力放线不同于普通地线放 线，因此电气部分施工图应包括放线牵引 机布置、端头处理、光缆门型杆引下方式、余缆架安装、接续盒安装、耐张线夹终端塔 耐张塔安装、悬垂线夹安装、防振锤安装 等。结构部分杆塔型式由线路专业设计，光 缆悬挂构件和接续构件的加工一般由光缆 金具厂商配套提供，无需单独设计。
- 3.2 OPGW的配盘
- (1) 配盘原则:配盘应服从线路的耐张 段且不能超过最大制造长度，尽量减少光 纤接头原则。应尽量避免在水稻田、沼泽、 水塘、山顶、深谷等不利地形处接头，选择 交通便利、能方便地获取公用设施的地点 安排接头。当线路中有二个及以上的90。转 角或四个以上4 5°转角时应尽量分盘，在 这些转角塔上安排接头。
- (2) 单盘长度：目前OPGW最大生产盘 长可达6km,在平原地区，单盘3〜5km是较 佳的选择，如在地形较复杂的山区,应尽量 控制在3 km盘长左右，以一个施工队可以 在一天内放完为宜。
- (3) 配盘长度(DL)
推荐配盘长度公式:= L XA + 3H + h + 2B
D [―配盘长度(m)；L —线路长度(m)；A —长度预留系数，平原：1.02〜1.03,丘陵: 1.03-1.04,山区：1.04〜1.05；H —光缆输 入端杆塔高度;h —光缆输出端杆塔高度;B —牵引预留长度,通常取6〜10m o
- 3.3 OPGW防振设计
OPGW的防振器件主要是防振锤，在大 跨越工程中则由数个不同长度的阻尼线和 防振锤组成联合防振装置。
方案时，解决期间出现的冲突;衡量可选的 技术是否满足功能和设计需求;权衡材料 和过程对环境和成本的影响;评估可选的 物理架构;权衡部件、技术、服务和设备的 选择，以减少系统的生命周期成本；以及在 开发或自研等其他方面进行判断时，进行 权衡。
3民用飞机研发过程中的权衡研究过程 3.1权衡研究过程基础
权衡研究是一个过程，该过程检查各 种可行的方案，以决定哪种方案是最优方 案。在权衡研究过程中，首先最重要的是制 定一个公认的标准作为做决定的基础。其 次，需要有一个统一的方法来衡量这些可 行的方案。若按照这些原则,根据权衡研究 得到的决定则是合理的、客观的、可重复 的。最后，对于客户或决策者来说,权衡研 究的结果应是容易理解的。若该结果太复 杂不容易理解，则这个权衡研究过程就不 能及时的做出决定。
3.2权衡研究过程
在民用飞机研发过程中，权衡研究过 程采用系统工程学中所介绍的方法，如图3 所示。该过程包括问题定义、问题约束、建 立权衡方法、选择可行的解决方案、确定每 个可行方案的关键特性、评估可行方案，最 后选择一个解决方案(如表3)。
建立权衡研究分析方法是其中一个重
- (1) 数量配置
一般在年平均运行张力大于15%RTS 时，开阔地区一只防振锤的保护档距为 125m,非开阔地区一只防振锤的保护档距 为 15 0m (:表4 图 4)o
- (2) 安装位置
考虑防振锤安装在对最大、最小波腹 接近程度相同的位置处，可按下式计算得
出：X 10 3
式中：-—安装距离(m),D—OPGW光 缆直径(m),m —OPGW光缆单位长度的质 量(kg/m),T —平均运行张力(N)o
为避免当振动频率增加一倍或其他整 数倍时，第一只防振锤处于波节点，不能充 分发挥作用,故第二、三只防振锤的安装距 离为:L?二「3=0.6 〜0.7门。
当遇下列情况之一，应重新确认防振 方法：
- 1) 档距＞8 0 0m,地形平坦开阔，高度＞40 米；
- 2) 常年季风与线路成40°〜9 0°,T av ＞ 20%RTS;
- 3) 地形平坦开阔，档距＜120m,Tav ＞
2 0%RTS; “
- 4) 振动高发地带。
4结语
(1)光纤复合架空地线(OPGW)工程设 计应服从电力线路避雷地线和光纤通信两 大功能。
要的过程，包括选择比较的数学方法、用于 比较的开发标准和量化标准以及确定权重 因子。使用恰当的模型和方法将保证权衡 研究的合理性、客观性和可重复性。所选择 的权衡分析方法在对各种可行性方案进行 比较时，应尽可能的基于对客户和开发者 来说真正的好处。在做权衡研究分析时，各 种因素关系的确定应当是一种比例的、合 理的关系。例如，在使用“效用曲线法”进行 权衡分析时，必须要明确所选的“效用”和 “权重”值是基于什么的，同时它们代表了 系统什么样的实际性能。
另一个重要的阶段是评估可行方案。 在该阶段中，将产生一个权衡矩阵,该矩阵 用来比较可行方案、灵敏度分析、选择一个 优化的可选方案、以及可行方案和权衡研 究过程的再评估。由于权重因子和某些量 化数据可能有随机性，所以灵敏度分析很 关键。若由于输入数据的相关微小变化可 引起解决方案的改变，那么这个研究是无 效的，应评审和修改采用的方法。当以上这 些任务完成后，选择一个解决方案，建立文 档并存储在数据库中。
其他阶段对于整个权衡研究过程也是 非常关键的，在实际的开发过程中,应以客 户和开发者的真正利益为出发点,进行各 个因素的考虑和权衡。
6结论
本文首先阐明了权衡研究在航电系统
(2 )初步设计主要工作是
1)选型,根据线路特点、气象条件、工程 需求选择光缆结构和光纤芯数;2)热稳定计 算，根据系统最大运方条件下单相接地短 路电流和OPGW短路热容量确定OPGW及 另一地线配置。
- (3) 施工设计应注意热稳定校核和力 学特性计算,根据线路耐张段长度及尽量 减少光纤接头原则进行配盘设计,防振装 置应结合线路情况确定型式、数量和安装 位置
- (4) 由于还没有国家(行业)的OPGW设 计规范，目前还是各设计人员参照相关规 范摸索进行设计，难免存在诸多缺陷，希望 能引起重视，尽快制订OPGW的设计。
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