ADSS電力特種光纜應用知識

ADSS電力特種光纜應用知識

光纖通信已成為電網建設和電網改造的一個重要組成部分。光纖通信容量大，抗干擾性能好，不但可以滿足電力系統(tǒng)中通信及自動化的需要，而且可以將富余的容量提供給社會。光纖通信既可以提高電網的供電可靠性，也可以取得良好的經濟效益。

利用架空電力線路走廊，在線路桿塔上進行架設，是一種非常經濟的光纜敷設方式。目前，在架空輸電線路上架設光纜主要有兩種形式：光纖復合架空地線（OPGW）和全介質自承式光纜（ADSS）。新建的電力線路上通常選用OPGW，ADSS常用于已建成的電力線路上。ADSS光纜相對OPGW投資較小，可在電力線路不停電狀態(tài)下架設，設計施工、維護等也較方便，已在建成的電力線路上得到廣泛的應用。

ADSS光纜的適用范圍

對于新建或已建成的220kV及以上的高壓輸電線路，且作為通訊干線走廊的，為保證通訊線路與輸電線路運行壽命（30年以上）的匹配性，從光纖通信的可靠性、施工和維護等方面考慮，工程人員應選擇OPGW，220kV及以上的干線輸電線路不宜選用ADSS光纜。

對于已建成的220kV及以下的輸電線路，特別是區(qū)域變電所間的通信，可以考慮選用ADSS光纜。工程人員首先應考慮現(xiàn)有電力線路上架設ADSS光纜的可靠性，對電力線路已運行時間、桿塔的老化程度、原設計標準等條件來進行評估，從而確定架設的可行性。

由于電力線路的設計技術規(guī)程多年來已進行過修改、調整和補充，所以對已運行多年的電力線路桿塔強度的校核難度大，成為架設ADSS光纜的關鍵問題?？偟脑瓌t是在不影響電力線路安全運行、不降低可靠性的前提下，方可架設ADSS光纜。因此，筆者建議架設ADSS光纜，應盡量選擇線路桿塔條件較好的電力線路。

在產品方面，國內目前有ADSS光纜的產品和檢驗標準，如國家標準GB/T18899《全介質自承式光纜》和電力行業(yè)標準DL/T788《全介質自承式光纜》，國際上主要有IEEE-P1222《用于架空輸電線路的全介質自承式光纜IEEE標準（草案）》和IEC60794-4《光纜第4部分：分規(guī)范-沿電力線架設的光纜》。在工程方面，國內有電力行業(yè)標準DL/T5344《電力光纖通信工程驗收規(guī)范》和DL/T767《全介質自承式光纜（ADSS）用預絞絲金具技術條件和試驗方法》，但至今沒有成熟有效的針對ADSS光纜的線路工程設計規(guī)定/規(guī)程和規(guī)范，所以ADSS光纜安裝設計，只能參照現(xiàn)行的電力行業(yè)標準DL/T5092《110－500kV架空送電線路設計技術規(guī)程》。

ADSS光纜選擇

1.ADSS光纜結構

ADSS光纜的結構分為中心束管和層絞束管兩大類，除了一些各方面條件較好的電力線路，一般情況下宜選用層絞束管結構的ADSS光纜。

ADSS光纜中的光纖是以波狀導入束管內，然后束管進行絞合，產生絞合余長，光纖具有適當的余長，保證了光纜承受正常工作的機械負荷時光纖不受力（即光纖零張力設計），也不會增加光纖的損耗。

2.ADSS電氣性能

ADSS光纜的類型選擇首先要考慮電氣性能要求，即ADSS所能承受的空間感應電場（電位）的大小，原因是ADSS光纜工作在高壓線路導線附近，導線周圍空間存在電磁場，光纜對導線和地之間的電容耦合使光纜處于一個空間電位的位置，因霧、露或下小雨時，潮濕的污穢在光纜外護套表面形成一個電阻層。在空間電位的作用下，護套表面對鐵塔上的光纜接地金具之間流有電流，電流發(fā)熱造成水分蒸發(fā)，使光纜外護套表面形成小段的干燥地帶，阻斷了電流，當干燥帶的電位差達到一定高度時，便發(fā)生放電形成電弧，這就是干帶電弧。它產生的熱可以使交聯(lián)聚合物逐步失去結合力而形成腐蝕，護套會熔成洞。這種現(xiàn)象或故障稱為護套電腐蝕或電痕，嚴重時會導致斷纜。

ADSS采用何種類型的外護套取決于光纜安裝位置的空間電位的大小，與電力線路的電壓等級、桿塔結構、導線布置及相位排列等多因素相關。

3.ADSS機械性能

（1）力學特性

ADSS光纜的機械強度方面，紡綸承載、纜內紡綸的數量決定了光纜的額定抗拉強度（RTS），單位為kN。

ADSS光纜最大允許張（應）力（MAT）對應于在最惡劣的設計氣象條件下光纜所受到的最大張（應）力，單位為kN或N/mm2。

ADSS光纜的年（日）平均張（應）力（EDS）對應于在無風、無冰及年平均氣溫下的張（應）力，單位為kN或N/mm2。

ADSS光纜的極限運行張（應）力（UOS）可視作纜的過載能力，對應于在短時超過設計氣象荷載時纜所承受的張（應）力，單位為kN或N/mm2。

這四個力值之間存在一定的關系且與光纜結構有關，相關標準做出了規(guī)定如表1所示。

它們之間的關系又被稱為“光纖應變窗”或纜的“應力應變”性能。

（2）張力—弧垂特性

與該特性有關的光纜的機械性能主要包括纜徑、纜重、彈性模量和熱膨脹系數等。

ADSS光纜具有可變跨距特性，對于同一條光纜，如果氣象條件和弧垂不同，它的允許使用檔距是不同的，如圖1所示。

圖1? ADSS光纜可變跨距示意圖

根據要架設光纜的電力線路設計氣象條件、檔距、跨越情況，桿塔的設計運行狀況，線路轉角、高差等情況，工程人員來確定ADSS光纜的機械性能。通常以電力線路的設計氣象條件計算的ADSS光纜張力弧垂表為依據。校核桿塔的強度，增加的負荷主要有風荷載、復冰荷載及不平衡張力；還應校核交叉跨越，根據校核情況，最終確定ADSS光纜本身的機械性能。

控制條件的確定

控制條件（ADSS光纜的電氣性能或機械性能）確定是ADSS安裝設計中的一個重要環(huán)節(jié)，關系到線路的安全運行和光纜的使用壽命。它不但與電力線路的運行狀況、氣象條件有關，還與ADSS本身的機械性能有關，影響到ADSS類型、ADSS的懸掛位置確定（電氣性能）、交叉跨越和桿塔負荷所要求的ADSS的張力和弧垂的選?。C械性能）。

1.桿塔條件和空間電位分布

桿塔條件主要包括：桿塔型號和尺寸、系統(tǒng)電壓、導線型號或外徑、導線回路、導線分裂數及分裂間距、地線型號或外徑、相位排列（雙回或同塔多回很重要）。

2.光纜最大允許弧垂的確定

除了機械強度，ADSS光纜的最大允許弧垂取決于光纜弧垂最低點與地面（或交越物）的最小間距與懸掛點位置（或高度），懸掛點位置設計與該點的空間電位直接相關。

根據相關規(guī)程或工程對光纜弧垂最低點與地面的最小間距的要求，可以求得光纜的最大允許弧垂。工程人員應該明確：這是工程重要的控制條件之一。

3.光纜的張力—弧垂—跨距特性

計算張力—弧垂—跨距特性需要有設計氣象組合條件和光纜的初始安裝弧垂兩個前提。表2給出某一規(guī)格的纜當初始安裝弧垂為1%時在兩個氣象條件下的計算實例。

根據表2，可有如下結果。

（1）單從年平均均應力受限（即EDS控制）來考慮，該纜的最大跨距小于500m，因它在500m時的應力為540.2kN/mm2，超過了光纜本身的指標512.5kN/mm2。

（2）同理，單從MAT控制來考慮：氣象條件A（覆冰15mm）時最大使用跨距小于450m；氣象條件B（覆冰10mm）時最大使用跨距可達550m。

（3）若同時以最大允許弧垂分別為12m或16m控制，則在氣象條件A下分別小于350m或小于450m；在氣象條件B下分別小于450m或600m。這樣，就引出了一個ADSS光纜的“實際使用檔距”的概念。

用相同的計算方法，改變初始安裝弧垂可以得出如表3所示的某一規(guī)格ADSS光纜的實際使用檔距表。

從表2和表3可知，ADSS光纜的安裝設計要考慮多個因素。ADSS的弧垂及張力取決于線路的重要交叉跨越和桿塔結構的強度，兩者互相制約。當跨越或桿塔結構要求ADSS掛點時，電場強度的分布就可能對ADSS光纜不利，根據電場分布確定的掛點位置，可能又不利于桿塔的強度和跨越及線間距離要求的確定。

4.ADSS最大使用張力

ADSS的最大使用張力要根據原電力線路桿塔的設計荷載來確定，在桿塔負荷允許的條件下，提高張力有利于交叉跨越的實現(xiàn)，但可能使纜的有效使用跨距減?。刂茥l件轉變?yōu)槔|的EDS受限）。

工程人員應依據不同耐張段內各檔距的跨越情況，確定各耐張段內的最大使用張力。當ADSS根據桿塔結構或跨越等因素要求必須掛在某個位置時，如110kV線路選在空間感應電場為20kV的地方時，ADSS光纜就不能按慣例選擇PE護套。這種情況要根據線路中各耐張段內跨越，桿塔情況確定。

必要時，工程人員通過經濟比較，在一條線路上以耐張段為單位，選用不同張力和護套類型的ADSS光纜。

總之，在實際工程設計中，工程人員要結合已建電力線路的實際情況，當上述條件同時出現(xiàn)時，就要正確選定控制條件，使ADSS光纜的安裝設計經濟、安全、合理。

ADSS的防振和金具

ADSS光纜的強度設計安全系數，應在與所架設的電力線路設計氣象條件相一致的條件下確定，根據我國送電線路成熟的運行經驗，ADSS光纜的設計安全系數不應小于2.5。ADSS光纜與金屬絞線一樣，受風等環(huán)境影響，會發(fā)生振動，長期的振動會導致光纜本身和金具的疲勞損壞。因此，ADSS光纜的年平均運行張力應按不大于ADSS光纜極限拉斷力的20%選取，并采取相應的防振措施。

1.防振措施

目前，防振措施有兩種：加裝防振錘和螺旋式防振鞭（SVD）。如采用加裝防振錘措施，應在安裝處纏繞一定長度的預絞絲護線條分散應力。SVD施工方便，因此得到廣泛使用，現(xiàn)場和實驗室試驗表明防振鞭對降低振動水平非常有效。

SVD應根據設計要求安裝，2根及以上的SVD并聯(lián)或串聯(lián)均可，通常用并聯(lián)，一般最大時可并聯(lián)4根。

業(yè)界通常認為，SVD的安裝位置對防振效果不敏感，為了避免防振鞭與金具預絞絲末端過近產生電弧，振鞭距金具預絞絲末端的距離越大越安全。

2.ADSS光纜金具

ADSS光纜金具主要有耐張金具、懸垂金具和接頭盒，通常由ADSS光纜廠家配套供貨。近年來，國產配套金具已得到了廣泛使用，運行情況良好。