(一)重覆冰区对 OPGW 的影响
在重覆冰区,OPGW 覆冰后使重量、截面增 加,导致风冰负荷大增,线路运行张力增大。OPGW 覆冰后将增加铁塔、金具等的垂直荷载,使光缆的 弧垂增大,甚至超过导线的弧垂,引起短路事故。 OPGW 覆冰厚度增加时,其横截面增大会加大输 电线路的水平荷载,增大线路的运行张力,会成比 例地增加受其影响的转角塔和基础的角变荷载。 当 OPGW 实际覆冰超过设计的覆冰厚度时, 覆冰后的风压面积增加会造成 OPGW 过荷载,造 成 OPGW 外层断线,特别是耐张线夹、悬垂线夹出 口处单线断线。 由于覆冰使 OPGW 的弧垂及运行张力大增, 当超出其设计的光纤余长时会造成光纤受力甚至 断纤,造成通信中断;如 OPGW 覆冰断线,会造成 直线塔塔头垂直线路路方向折断的事故;本次冰 灾中与 220kV 坪廊线相邻的 220kV 坪通线 OPGW 侧的地线支架就发生了多处折断事故。 在地形复杂、气象条件多样、架空线路经过覆 冰厚度不同的多个气象区,相邻档间往往会产生 不均匀覆冰或不同期脱冰的现象,就会产生压力 差,使 OPGW 在线夹内滑动,使光缆外层单丝扯 断。 不均匀覆冰会使 OPGW 产生自激振荡和舞 动,造成金具损坏、OPGW 断股及光纤受力或断 纤;OPGW 覆冰脱落会造成 OPGW 因突然失去垂 直荷载而产生大幅的舞动,对光缆、金具产生很大 的冲击力及不平横张力,同时使光纤状态受影响 甚至受力而影响通信性能。 OPGW 需具备普通地线的机械及电气性能, 同时还需在覆冰等恶劣条件下确保光纤通信的可 靠传输。因此,对重覆冰区 OPGW 设计及结构选型 等有更高的要求。
(二)OPGW 的结构选型
本加固工程 OPGW 光缆线路 2015 年单相短 路电流计算最大值 3I0=7.613+2.456kA,出现在坪 石电厂出线段。由于短路电流值不大,本工程 OPGW 主要根据中重覆冰区线路的设计条件对 OPGW 进行选型。
1. 光纤松套结构与紧套结构的选型 光纤结构型式可分为松套结构和紧套结构。 紧套结构的 OPGW 一般直径较松套小,可以 减少铁塔上风、冰荷载;具有较高的抗侧压能力等 优点。但紧套结构采用高强度光纤,使得价格较松 套高,而且紧套光纤束在光纤单元结构中几乎没 有余长。一般此种结构的光缆受力时,光缆伸长 2%时,光纤可能就要受力,当单根光纤受力伸长 1%后就可能被拉断。尽管 OPGW 在各种气象条 件、大覆冰、大档距、大高差等情况下的伸长率不 过千分之几,但较难保证光纤不受轴向拉力;光纤 一旦受力其传输信号衰减将会增加,所以对通信 效果就有一定的影响。 而松套结构中光纤一般置于有填充物的金属 (塑料) 管中,具有较大的调整空间容纳光纤的余 长,有一定的缓冲作用,能保证光纤在各种不利运 行情况下不受力,保证瞬时冲击和短期大荷载下 光纤不受到任何影响。松套光纤单元结构的光缆 能保证在 70%RTS 受力情况下光纤不受力,确保 了该种光缆结构可以用在重覆冰线路中。因此,松 套结构在余长方面的优势很适合于大覆冰、大档 距、大高差等条件较为恶劣的线路。 在中重覆冰区采用松套结构比紧套结构更具 优势,因此本工程选用松套结构的 OPGW。
2. OPGW 光缆结构型式的选择 目前松套结构的 OPGW 较多,总体分为中心 管结构 OPGW 和层绞不锈钢管结构 OPGW,其中 中心管结构 OPGW 又派生出中心铝管结构、中心 铝骨架结构和中心不锈钢管结构。各种结构性能 比较见表:
中心铝骨架和中心铝管结构 OPGW 的直径一 般较大,而拉断力较小,对铁塔荷载和塔头设计不 利,而且其铝截面积较大,直流电阻较小,与普通 地线的分流比较大,在热稳定控制的情形下,往往 造成普通地线的造价提高。而选用中心不锈钢管 和层绞不锈钢管是最优的,从结构设计理念上接 近导线。经比较分析,在各种松套结构的 OPGW 中,以 钢管层绞式结构最为紧凑,其有效承载面积与总 截面的比值最大,在相同张力情况下,它的总截面 最小,OPGW 的风压负荷最小,对杆塔的负荷影响 最小。不锈钢管式 OPGW 的尺寸小、重量轻,可以 与传统的地线尺寸接近,其单位重量和机械性能 都与传统的地线接近。在承受短路电流冲击时,热 量对光单元的影响,钢管型远小于铝管型和铝骨 架型,钢管型能有效地保护光纤可靠性和传输性 能的稳定。 因此,本工程光缆拟选用松套不锈钢管层绞 式结构的 OPGW,其可满足在中重覆冰区的使用 条件。
(三)OPGW 具体型号 最后针对本工程设计的使用条件对 OPGW 光 缆进行具体选型,通过招投标选用了深圳市特发 信 息 股 份 有 限 公 司 生 产 的 三 种 型 号 的 48 芯 OPGW。光缆型号分别为 OPGW- S- 48B1- 185 用于 50mm 重覆冰区;OPGW- S- 48B1- 175 用于 30mm 重覆冰区;OPGW- S- 48B1- 155 用于 20mm 重覆冰 区 及 10mm 中 冰 区。 OPGW 结 构 如 图 1 所 示, OPGW 与对侧地线的参数见表 2。
选用的各型号 OPGW 与相应的地线参数相近,经张力弧垂计算均满足线路的设计条件,适合应用于对应的覆冰段。