OPPC技術在配電網建設中的應用

摘? 要：光纖復合架空相線（OPPC）是新興電力特種光纜，將光纖復合在常規架空相線中具有輸電和通信雙重功能，可為配電網建設提供光纖通道。OPPC有效地加強了電力線和光纖網絡的結合，提高了電網的智能化程度，將對電網可靠穩定運行產生促進作用。本課題在石獅市配電網建設中應用了OPPC光纜。本文研究了OPPC的光學、機械和電氣性能及環境適應特性。以此為前提，本文選取了合適的線路應用OPPC光纜進行探索和嘗試，通過此次成功應用的案例獲得了OPPC光纜的適用條件、結構參數和安裝方法等技術成果，總結出今后OPPC光纜可行的實施方案。

關鍵詞：光纖通信;配電網;光纖復合架空相線（OPPC）

中圖分類號：TN915.85;TM726.3? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）01-0046-04

Abstract：Optical Phase Conductor（OPPC）is a new special optical cable for electric power，can provide optical fiber channel for the construction of distribution network. OPPC effectively strengthens the combination of power line and optical fiber network，improves the intelligent degree of power grid，and will play a positive role in promoting the reliable and stable operation of power grid. In this project，OPPC cable is applied in the construction of distribution network in Shishi City. In this paper，the optical，mechanical and electrical properties and environmental adaptability of OPPC are studied. On this premise，this paper selects the appropriate line to apply the OPPC optical cable for exploration and attempt. Through the successful application of the case，the application conditions，structural parameters，installation methods and other technical achievements of the OPPC optical cable are obtained，and the feasible implementation scheme of the OPPC optical cable in the future is summarized.

Keywords：optical fiber communication;distribution network;OPPC（optical phase conductor）

0? 引? 言

光纖復合架空相線（簡稱OPPC光纜）是一種新型電力特種光纜，將通信光纜與電力相線結合是其最顯著的特征，利用電力系統的線路通道，既傳送電能又傳輸信息，相比于其他電力光纖通信技術，具有高效可靠等優勢，受到業界廣泛關注。隨著電力系統光纖通信網絡的大規模建設，OPPC光纜將成為未來電力光纜的主力軍。OPPC解決了電力線載波通信、OPGW光纜（光纖復合架空地線）和ADSS光纜（全介質自承式光纜）在配電網中無法解決的問題，將其應用于架空配電線路中，具有非常高的科技含量。

1? OPPC的特點

OPPC光纜的設計理念是將光纖復合進相線中。輸電導線由多股鋁包鋼絲線絞合而成，將光纖套入鋼管中，與鋁包鋼絲一同絞合，即成為OPPC。OPPC中的光纖由多根纖芯和外敷保護管組成，光纖再套入不銹鋼松套管。OPPC具有以下幾方面的技術特點[1]：（1）OPPC將電網的電力系統與通信系統結合在一起，OPPC本身作為相線能夠傳電能，又含有光纜，能夠傳輸信號;（2）OPPC與電力線使用相同的路徑。只要電力線路能夠架設到的地方，OPPC就能到達實現光纖通信，可充分利用現有輸電走廊資源;（3）OPPC不會對桿塔承重和結構產生附加負荷。OPPC只是將光纖復合進相線，光纖經過保護和加強后，其力學性能和電氣與同線另兩相導線可以適合;（4）OPPC具有良好的熱穩定性。OPPC本身是輸電導線，有地線保護，遭受雷擊引起短路電流的概率較小，因此不容易因為過熱而燒毀。

2? OPPC的技術優勢

目前的配電網主要是采用在線路上架設或是沿電纜溝敷設普通光纜的方式組建光纖網絡。由于普通光纜需要鋼絞線吊掛，因此容易發生導線掛斷搭接普通光纜引起串電的安全事故，同時普通光纜容易被損壞或是破壞。因此在未來的配電網大力建設中，采用電力特種光纜是發展方向，因此我們選取了OPGW、ADSS和OPPC三種目前主流的電力特種光纜進行了分析比較[2]。

在配電網建設中，針對配電網光纖架設條件的具體分析，我們比較了OPPC方案與OPGW和ADSS方案，最終選擇在部分可行線路上使用OPPC。

2.1? OPPC與OPGW方案比較

OPGW將光纖置于地線之中，代替普通良導體地線后，可以在一定程度上提高光纖通道的可靠性。35 kV線路很多沒有地線架或者只有線路進出段有地線，無法架設OPGW;即便有地線架，由于OPGW重于良導體，架設OPGW需要收集桿塔資料并進行力學驗算，地線架掛點處還必須進行加強。

配電網建設采用OPPC，結合線路改造的機會，將一相導線替代為OPPC，不會給原桿塔附加額外負荷。光纖置于相線中，相線有地線保護，不易遭受雷擊，相線的短路電流也比地線大得多，導致光纖斷股、斷纖的嚴重事故大大減少。

2.2? OPPC與ADSS方案比較

全介質自承式光纜ADSS，采用高強度高模量非金屬材料（芳綸）作為光纖受力保護層，耐電腐蝕護套作為光纖抗電場強保護層。10 kV、35 kV線路如果沒有架空地線掛架，無法架設OPGW光纜復合地線，通常可以將ADSS光纜掛在導線下。

ADSS光纜在配電網中應用主要存在的問題有兩點：一是由于舊線路導線本身對地面距離按常規設計，沒有考慮ADSS的位置，會出現ADSS對地安全距離不夠。如果還要跨越公路，鐵路，江河等特殊自然環境，則必須對桿塔的高度、場強的分布進行重新設計;二是ADSS光纜是附加掛在線路上的，會給桿塔增加重量和拉力，附加了額外線路負荷，給線路帶來了潛在的隱患。

在配電網中采用OPPC可以解決ADSS遇到的困難，OPPC作為一相導線，不會給原有桿塔附加額外負荷的安全隱患，也因為導線中場強梯度是均勻的，從而不會發生電腐蝕事故。因此OPPC具有更高的可靠性。

3? OPPC在石獅市配電網的應用設計

3.1? 線路選用OPPC的條件

目前OPPC主要在10～110 kV的線路上進行初步試運行[3]。OPPC的應用解決了實際工程項目中遇到以下特殊線路現狀無法進行改造的難題：（1）無法進行附加架設光纜的老舊線路。石獅市配電通信網建設中的部分35 kV老線路，收集線路資料有難度，桿塔承受能力不足，如果改造桿塔則費用過大，可以采用OPPC;（2）無地線架線路。部分10 kV、35 kV線路本身沒有地線架，這些低壓線路對地安全距離不足，限制了ADSS的使用，可以采用OPPC;（3）所處環境復雜線路。建筑邊或是路口的線路，如果加掛普通光纜易被破壞，可靠性不高，因此結合電力線路改造，使用OPPC替換原有相線，能夠確保配電通信網長期穩定的運行，減少故障率和維護量。

因此，本課題結合石獅配電通信網建設，將110 kV侖后～上浦A相導線更換為OPPC，線路全長約15.5公里。OPPC光纜在兩側變電站終端桿塔處改用ADSS光纜引入變電站。OPPC光纜除作為本期A相導線和光纖通信光纜使用外，還復合應用于測量OPPC運行溫度和應力應變的特殊光纖。

3.2? OPPC光纜參數要求

本課題以LGJ-95/20導線和OPPC組合為例計算的OPPC結構參數如表1所示[4]。

3.3? OPPC的架設與接續

OPPC可以作為三相電線中的任何一個，在線路兩端的門型架上引下與ADSS光纜或是普通光纜進行接續，再引入通信設備機房，連接到ODF光纖配線架上，OPPC架設示意圖如圖1所示。

侖后～上浦110 kV線路為已建線路，起自侖后110 kV變電站，終止于上浦110 kV變電站，線路長度14.809 km，最大檔距568.4 m，全線導線LGJX-240/30，輸送容量94.12 MW，地線GJ-50。全線56基桿塔，轉角24基、直線32基，鐵塔16基、水泥桿40基，以單回路桿為主，其中侖后變出口段#1～#5桿塔與上浦110 kV II路同塔約1.134 km，其余線路采用單回路架設。全線按Ⅲ級污穢區設計，絕緣子采用棒式合成絕緣子組裝成串。全線山地占11%，丘陵占40%，平地占49%。

在石獅市配電通信網絡改造建設中，采用特殊設計的光電分離套管以及改進的接續、終接工藝在OPPC的工具、夾具及施工方面取得了重要進展。

3.4? 配套金具和接頭盒設計

3.4.1? 預絞絲耐張金具

預絞絲金具與OPPC的安裝示意圖如圖2所示[5]。

3.4.2? 預絞絲懸垂金具

金具與桿塔絕緣子串相連接，連接示意圖如圖3所示。

3.4.3? 防振錘

由于OPPC的機構特性與普通相線類似，因此可以使用常規防振錘。

3.4.4? 接頭盒

OPPC中光纖處于高電壓，目前的絕緣產品基本滿足要求，而光電絕緣/分離和連接則需要特殊設計。OPPC接頭盒按用途分成中間接頭盒和終端接頭盒。耐張桿塔處OPPC由耐張金具進行固定，光纖是不受拉力的，使得OPPC之間能夠實現接續連接。OPPC對施工的要求也更高，必須保證接頭盒對地絕緣，其位置一般放在絕緣支架上，線路中間接頭盒的位置處于兩個耐張絕緣子串間跳線上[6]。

OPPC中間接頭盒、終端接頭盒及安裝如圖4所示。

（a）終端光纜接頭盒，盒內已埋好光纖

（b）中間光纜接頭盒，線路從一頭進融纖后從另一頭出

3.5? OPPC的架設要求

OPPC的架設基本上同OPGW光纜類似，也是依據IEEEStd1138-1994、IEEEStd524-1992等技術標準和電力行業的架空線安裝規范和操作技術導則。OPPC雖然也是導線，但由于內含光纖，其結構還是與鋼芯鋁絞線等結構的導線有一定差別，因此對架設機有一定的特殊要求[7]。

通過OPPC的實際應用，我們總結了OPPC架設中的注意事項：（1）OPPC中光纖單元中的光纖應有足夠且合適的余長，以保證光纖在使用中不受到拉伸。對OPPC來說，由于存在放線、過滑輪或是緊線造成的結構伸長及運行過程中的溫度升高產生的膨脹伸長及塑性變形產生的蠕變伸長，因此對光纖余長要求很嚴格;（2）OPPC中的光纖單元應采取特殊的生產工藝，以保證光纖有合適的余長以及光纖單元有足夠的機械強度、密封性和耐熱性，應選擇不同的絞制張力;（3）為防止潮氣侵入而影響光纖的使用壽命，OPPC中的光纖應置于密閉的鋼管中，灌滿隔水油膏，或采取其他有效的防潮措施。

4? 結? 論

通過此次石獅配電網建設，選擇在具備條件的合適線路上采用OPPC，將導線與光纖結合在一起。經過一段時間的運行，OPPC輸電性能穩定，通信可靠安全，沒有出現因雷電或是短路電流導致燒斷光纖以及被意外損壞或人為破壞的情況。OPPC光纜很好地提高了配電網的可靠性與靈活性。今后隨著配電網發展，OPPC將得到廣泛應用，為電網調度與控制、商業化運營以及實現現代化管理服務。

參考文獻：

[1] 陳希.電力特種光纜的發展與展望 [J].電力系統通信，2009，30（1）：16-25.

[2] 高玉珍，郝旭東，江大林，等.OPPC在華北電網110kV線路上的應用 [J].中國新通信，2010，12（23）：52-56.

[3] 陳濤.光纖復合架空相線的特點及應用 [J].山西電力，2009（1）：49-51.

[4] KAIDANOV F，MUNTEANU R，SHEINFAIN G. Damages and destruction of fiber optic cables on 161 kV overhead transmission lines [J]. Electrical Insulation Magazine，IEEE，2000，1（4）：16-23.

[5] 李久程.光纖復合相線OPPC應用初探 [C]//2009年云南電力技術論壇.2009年云南電力技術論壇論文集（優秀論文部分）.云南昆明：云南科技出版社，2009：213-216.

[6] 張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊：第2版 [M].北京：中國電力出版社，2003：125-135.

[7] 張偉民，吳青峰，王愛國.光纖復合相線的架設和接續 [J].電力系統通信，2006（7）：46-49+53.

作者簡介：尹翔（1987.12-），男，漢族，福建福州人，工程師，本科，主要研究方向：電力線路光纜設計。