年4月19日光纖復(fù)合架空地線光纜在大跨越工程中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正。光纖復(fù)合架空地線光纜在大跨越工程中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用謝書鴻，路浩中天日立光纜有限公司,上海226463摘要：文章經(jīng)過大跨越線路的典型特點(diǎn)對(duì)光纖復(fù)合架空地線光纜(以下簡稱OPGW)的技術(shù)要求，說明OPGW在設(shè)計(jì)、運(yùn)用中需要注意的問題。并經(jīng)過實(shí)際的運(yùn)行案例對(duì)OPGW光纜的設(shè)計(jì)思路、應(yīng)用環(huán)境及試驗(yàn)論證作了深入的闡述。經(jīng)過深入論證證明OPGW在大跨越工程中是完全能夠使用的，但尚需要積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：OPGW光纜;大跨越;拉重比;光纜試驗(yàn)光纖復(fù)合架空地線光纜（OPGW）已經(jīng)在國內(nèi)各種電壓等級(jí)的輸電線路上得到應(yīng)用，其優(yōu)越的復(fù)合性能、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、長壽命都得到了認(rèn)可。當(dāng)前，OPGW光纜在一般線路中使用，完全能夠做到質(zhì)量優(yōu)良，但輸電線路工程中免不了跨江、跨河、跨山等，OPGW是否適合大跨越工程呢，需要注意哪些技術(shù)要求呢？中天日立光纜有限公司積累了多個(gè)OPGW大跨越工程的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，希望這些設(shè)計(jì)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚬V大同行借鑒。

1大跨越工程對(duì)OPGW光纜的要求

大跨越工程，顧名思義，它需要跨越大的檔距，往往是跨越大的河流、湖泊、高山、峽谷或海島等，因此耐張段較長，而且導(dǎo)地線懸掛點(diǎn)很高，特別是兩個(gè)跨越塔一般都較高，但又要求導(dǎo)地線的弧垂比較小。大跨越導(dǎo)地線工作環(huán)境較差，跨越處風(fēng)速都較高，因此導(dǎo)地線都受到較大的額外風(fēng)荷載。大跨越工程的這些特點(diǎn)對(duì)所使用的OPGW光纜提出了許多嚴(yán)格的要求：

(1)要求OPGW有足夠大的抗拉強(qiáng)度，更重要的是它必須有良好的拉力重量比，一般要求在13～15之間，取14較合適。拉力重量比(簡稱拉重比)表示單位質(zhì)量所承受的張力，單位為千米，它能夠簡單地理解為弧垂的倒數(shù)，拉重比越大，弧垂越小。拉重比(km)＝拉力(N)/單位質(zhì)量(kg/km)

(2)大跨越線路一般離變電站較遠(yuǎn)，處于短路電流分布較小區(qū)域，因此其截面不太受熱穩(wěn)定控制，理論上為了增大抗拉強(qiáng)度能夠增大OPGW直徑。但增大直徑就增加質(zhì)量導(dǎo)致拉重比下降，因此希望采用小直徑大抗拉強(qiáng)度的OPGW。較小的外徑及質(zhì)量對(duì)于降低光纜荷載、減輕鐵塔的負(fù)荷來說是非常重要的。

(3)微風(fēng)振動(dòng)是造成架空線疲勞斷股的主要原因，特別在跨河、湖泊等水面的大跨越中，可能會(huì)出現(xiàn)最大的理論振動(dòng)指標(biāo)。在這種線路條件下，要求OPGW光纜有良好的自阻尼性能，同時(shí)應(yīng)配合有效的防振措施。

(4)要求OPGW光纜有優(yōu)良的電氣性能和良好的抗腐蝕性，延長OPGW光纜的壽命，考慮大抗拉強(qiáng)度，OPGW光纜主要應(yīng)采用全鋁包鋼線。早期大跨越導(dǎo)線曾采用鍍鋅鋼絞線，但它的電氣性能差、抗腐蝕性不良而被淘汰，以后已逐步采用鋁包鋼絞線、高強(qiáng)度鋼芯鋁合金絞線作大跨越導(dǎo)線，且質(zhì)量逐步提高。

(5)要求OPGW光纜有足夠的光纖余長。光纖余長是光纜承受荷載能力和光纜壽命的決定因素之一，當(dāng)光纜承受較大的機(jī)械荷載時(shí)，光纖應(yīng)保證不受力，也就不會(huì)增加衰耗。由于大跨越OPGW光纜主要由鋁包鋼線組成，在正常運(yùn)行時(shí)光纜延伸率和覆冰、風(fēng)荷載時(shí)的延伸率都小于一般線路在同樣條件下的延伸率，因此從理論上說大跨越OPGW光纜對(duì)光纖余長要求要小一點(diǎn)。

2大跨越工程OPGW光纜應(yīng)用實(shí)例中天日立光纜有限公司積極參與國內(nèi)重難點(diǎn)OPGW工程建設(shè)，經(jīng)過在上海長興島至橫沙島1519m長江大跨越工程、1533m廣西潯江大跨越工程中與建設(shè)單位、設(shè)計(jì)院、北京帕爾普線路器材有限公司及試驗(yàn)單位的密切配合，積累了一些大跨越工程OPGW光纜的設(shè)計(jì)和應(yīng)用解決方案。

2.11519m上海長江大跨越OPGW光纜

上海長興島至橫沙島1519m長江大跨越工程，跨越主塔塔高159m，跨越檔跨距1519m，最大風(fēng)速36m/s,最大覆冰10mm。為了滿足大跨越的強(qiáng)度需求，鐵塔塔頭做了特殊的加強(qiáng)設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，中天日立的OPGW光纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了三層結(jié)構(gòu)的全鋁包鋼線絞合。1519m上海長江大跨越示意圖和OPGW光纜結(jié)構(gòu)圖見圖1，招標(biāo)要求OPGW技術(shù)規(guī)范和實(shí)際使用OPGW的技術(shù)參數(shù)見表1。

圖11519m上海長江大跨越圖例

表1長江大跨越OPGW技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目招標(biāo)技術(shù)規(guī)范OPGW光纜光纖芯數(shù)（G652）芯2424外徑/mm19.318.85單位質(zhì)量/kg·km-113901384承載面積AA/AS/mm22060/206額定抗張強(qiáng)度RTS/kN245253.4拉重比/km18.7最大使用張力/kN98113(40%RTS)平均運(yùn)行張力/kN15%～20%RTS18%RTS20℃時(shí)直流電阻/俜km0.430.421短路電流熱容量（40℃，0.5s）200228.0允許環(huán)境溫度/℃-30～+70-40～+80根據(jù)大跨越線路的特點(diǎn)和該線路的地形條件和氣象條件，考慮線路光纜年平均運(yùn)行張力、直徑、質(zhì)量及風(fēng)速，經(jīng)過與防振錘廠家聯(lián)合設(shè)計(jì)，決定采用防振錘進(jìn)行單一防振來達(dá)到預(yù)期的預(yù)防微風(fēng)振動(dòng)的效果，見圖2。該工程最后采用的防振方案見表2。

圖2防振錘布置圖

表2長江口大跨越防振方案位置/mA

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4D-30357m檔0.901.100.901519m檔0.901.100.702.500.800.901.00537m檔0.901.100.900.90OPGW光纜交貨后，由用戶和施工單位截取試樣送至國電電力建設(shè)研究所進(jìn)行微風(fēng)振動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)，在25％標(biāo)稱破斷張力、振動(dòng)角28′～30′、振動(dòng)頻率47.3～48.3Hz、振動(dòng)次數(shù)3×107的條件下試驗(yàn)，結(jié)果顯示：光纖附加衰減小于0.16dB/km，懸垂線夾內(nèi)及懸垂線夾出口附近OPGW光纜鋁包鋼絲均未出現(xiàn)疲勞斷裂。OPGW光纜在架設(shè)后與另一根地線張力弧垂特性匹配良好，用戶和施工單位又邀請(qǐng)研究人員進(jìn)行現(xiàn)場測振，證明防振設(shè)計(jì)效果良好。

2.21533m廣西潯江大跨越OPGW光纜

廣西梧州500kV變電站至平浪220kV線路潯江大跨越工程由廣西電力勘查設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。該大跨越段跨越方式為N-Z-Z-N，跨越潯江水面，三檔檔距分別為402、1533m和421m，跨河耐張段全長2356m。直線跨越主塔塔高97.5m，最大風(fēng)速30m/s。

為了減輕鐵塔荷載，該光纜設(shè)計(jì)時(shí)使用全鋁包鋼結(jié)構(gòu)OPGW光纜，采用了相對(duì)較小的外徑（16.5mm），截面積為150.6mm2，光纜強(qiáng)度達(dá)200kN。

經(jīng)過與北京PLP公司和澳大利亞達(dá)亨公司聯(lián)合設(shè)計(jì)，該跨越檔采用4D系列防振錘能夠達(dá)到預(yù)期防振效果，其防振方案見表3。表3廣西潯江大跨越防振方案位置/mA

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4D-204D-204D-30421m檔一側(cè)0.721.3421m檔另一側(cè)0.81.35402m檔一側(cè)0.721.3402m檔另一側(cè)0.81.351519m檔一側(cè)1.42.23.24.95.76.388.91519m檔另一側(cè)1.32.353.34.855.66.48.19.2該型光纜經(jīng)過了國電電力建設(shè)研究所進(jìn)行的防振性能評(píng)估研究。報(bào)告顯示，光纜本身具有良好的自阻尼特性，在采用了金具供應(yīng)商提供的防振措施后，光纜在懸垂線夾出口處及防振錘出口處的振動(dòng)明顯降低，遠(yuǎn)低于安全指標(biāo)的要求范圍。

3大跨越工程OPGW光纜金具配置3.1耐張線夾

大跨越工程用OPGW一般都要求強(qiáng)度很大，為了保證大跨越的特殊力學(xué)性能，同時(shí)又保證對(duì)光纜的保護(hù)，根據(jù)PLP公司的經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)度≤120kN時(shí)，能夠采用預(yù)絞絲耐張線夾；若強(qiáng)度≥120kN，推薦使用U型螺栓可調(diào)式單層預(yù)絞絲耐張線夾(U-Bolt)。此種耐張線夾具有PLP獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一方面線夾握力可設(shè)計(jì)高達(dá)300kN，一方面又應(yīng)用了預(yù)絞絲分散應(yīng)力的特點(diǎn)，對(duì)OPGW的核心光單元具有良好的保護(hù)。

3.2懸垂線夾

對(duì)于大跨越線路來說，懸垂線夾必須具備如下特點(diǎn)：①由于架線張力大，必須使用握力大的懸垂線夾；②因?yàn)閼覓禳c(diǎn)高差大，必須使用懸垂角大的懸垂線夾。因此大跨越檔使用懸垂線夾時(shí)，盡量使用雙支點(diǎn)懸垂線夾。

3.3防振措施

由于大跨越檔距大、懸點(diǎn)高、跨越面開闊，要求消振耗能容量大，對(duì)防振措施需特別重視，因此要求消振系統(tǒng)顧及全部風(fēng)頻，控制各節(jié)點(diǎn)處(線夾出口、防振裝置)動(dòng)應(yīng)變均在±100μζ微應(yīng)變內(nèi)。

OPGW光纜供應(yīng)商應(yīng)和設(shè)計(jì)院、防振錘供應(yīng)商密切配合，根據(jù)阻抗匹配和風(fēng)速(振動(dòng)頻率)的要求確定防振錘的型號(hào)，按照防振錘的吸收動(dòng)力和風(fēng)動(dòng)力的平衡來決定防振錘的數(shù)量。中國原來比較借鑒日本大跨越的防振措施，采用防振錘和阻尼線聯(lián)合防振方式。但歐美比較偏向于采用單純防振錘防振方式，不論怎樣，必須在懸垂線夾、防振錘和阻尼線與OPGW光纜握著處安裝預(yù)絞絲護(hù)線條以保護(hù)OPGW光纜。

4大跨越工程OPGW光纜試驗(yàn)即使經(jīng)過上述這些理論計(jì)算，但考慮大跨越的重要性，依然能夠在供需雙方配合下進(jìn)行以下試驗(yàn)來驗(yàn)證OPGW的耐疲勞振動(dòng)性能和光纖在典型微風(fēng)振動(dòng)下的光學(xué)特性。

(1)耐張線夾握力試驗(yàn)。耐張線夾握力必須達(dá)到95％UTS而不產(chǎn)生滑移。

(2)懸垂線夾垂直荷載試驗(yàn)和不平衡張力試驗(yàn)。參見電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T766-《OPGW用預(yù)絞式金具技術(shù)條件和試驗(yàn)方法》。

(3)OPGW光纜自阻尼特性試驗(yàn)。測定振動(dòng)輸入P，OPGW光纜波腹振幅A、波長λ、阻尼系數(shù)，線夾出口處彎曲應(yīng)變，離線夾出口89mm處振幅。經(jīng)過測得的輸入功率、波腹振幅、頻率，能夠得到OPGW光纜單位長度消耗功率和比振幅，經(jīng)過換算，分析計(jì)算得到試驗(yàn)曲線方程。試驗(yàn)曲線方程與風(fēng)功率曲線方程聯(lián)合解即為平衡點(diǎn)，由平衡點(diǎn)估算出OPGW光纜的振動(dòng)強(qiáng)度。這些計(jì)算過程都是經(jīng)過計(jì)算機(jī)程序完成的。在振動(dòng)臺(tái)上試驗(yàn)測量防振錘的自振頻率fi和阻尼系數(shù)ξi振動(dòng)特性。由OPGW光纜自阻尼特性和防振錘自振特性試驗(yàn)，得到(估算)OPGW光纜的振動(dòng)強(qiáng)度、波腹振幅、波長、頻率、阻尼系數(shù)、線夾出口處彎曲應(yīng)變等，提出OPGW光纜防振方案，確定防振錘型號(hào)、數(shù)量、安裝距離、安裝位置等。

(4)OPGW光纜防振方案消振性能試驗(yàn)。在試驗(yàn)OPGW光纜上安裝好懸垂線夾、防振錘、傳感器，試驗(yàn)頻率在15～75Hz內(nèi)，可能產(chǎn)生5～6個(gè)共振頻率。在共振狀態(tài)下測量下列參數(shù)：①線夾出口處彎曲應(yīng)變值εc，防振錘連接點(diǎn)處彎曲應(yīng)變值εd；②測量離線夾出口89mm處OPGW光纜彎曲振幅A89，提供A89曲線；③波長、波腹振幅值、阻尼系數(shù)；④離線夾出口700mm處OPGW光纜絕對(duì)振幅A700。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)防振方案進(jìn)行修改、調(diào)整，再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測量，不斷進(jìn)行優(yōu)化，最后提出最佳防振方案。

(5)現(xiàn)場實(shí)型觀測。將OPGW架設(shè)在大跨越檔上后，在現(xiàn)場自然環(huán)境中觀測以上參數(shù)值。對(duì)上述振動(dòng)彎曲應(yīng)變波形、振幅波形在動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)上進(jìn)行波形時(shí)域分析和頻域分析、功率譜分析、功率密度譜分析、概率分析。求出振動(dòng)最大值(峰值)、均方根值，與風(fēng)速、頻率之間的關(guān)系，所有這些數(shù)據(jù)采集、分析在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)完成。根據(jù)測試分析結(jié)果，對(duì)原防振方案進(jìn)行修改、調(diào)整，直到將振動(dòng)控制在無危險(xiǎn)的范圍