电力线路架设中ADSS电力特种光缆的应用

电力线路架设中ADSS电力特种光缆的应用

王坤

（云南送变电工程有限公司云南昆明650000）

摘要：电力线路架设中为确保输电、通讯线路在运行寿命方面能够具有良好的匹配性，需要从通信方式的可靠性以及具体施工、运行维护等多个方面进行考虑，随着ADSS电力特种光缆在电力线路架设中的广泛应用其优势日益显现。对工程人员来说首要考虑的是直接架设ADSS光缆的可靠性，架设前应当评估电力线路投入运行时间、杆塔老化程度、设计采用标准等多方面因素，以便于对直接架设ADSS电力特种光缆的可行性进行确定。

关键词：布里渊光时域分析仪；光时域反射仪；应力应变；光缆；监测；

1ADSS光缆特性

1.1ADSS光缆的电气性能

要科学选择ADSS光缆类型，第一步要考虑的是其电气方面的性能，即ADSS光缆能够承受的感应电位极限值，由于ADSS光缆需要在距离高压导线较近的位置工作，而带电导线附近存在着空间电磁场，在导线与大地之间形成的电容耦合作用使光缆置身于一个空间电位当中，遇到下小雨或放雾、降露时，潮湿的环境在光缆外面的护套表面上产生一层电阻体。受该电位的作用，在护套的外表面与光缆在铁塔上的金属接地之间会出现电流，电流生热导致水分被逐渐蒸发，在光缆外表的护套上面产生小块的干燥段，将电流阻断，当这个干燥带两端的电位差大到某一高度时，就会形成干带电弧。这种热量能够逐步使交联聚合物丧失结合力而产生腐蚀，进而在护套上方熔成洞。ADSS光缆选择外护套的类型，还应当判断安装空间电位值高低，以及电力线路中通过的电压等级、杆塔采用结构类型、导线布置方法、相位排列等众多相关因素。

1.2ADSS光缆的机械性能

1.2.1力学方面的特性

就机械强度而言，光缆额定的RTS抗拉强度取决于其内部的纺纶数量与纺纶承载力，计量单位kN。ADSS光缆所能允许的MAT最大张/应力指的是光缆在极限条件下可能受到的最大张（应）力，单位kN或N/mm2。而EDS年/日均张/应力所对应的则是在年均温度、无风、无冰的设计条件下最大张/应力，单位kN或N/mm2。光缆的UOS极限运行张/应力可看成是过载能力，对应的是光缆在短期内超过设计荷载时受到的张/应力kN或N/mm2。这四个力值均与光缆内部结构有关，且相互之间存在某种关系。它们的相互关系又被叫作光缆的“应力应变”能力，也称作“光纤应变窗”。

1.2.2张力-弧垂特性

影响张力-弧垂特性的因素包括光缆自重、热膨胀系数、光缆线径以及弹性模量等。工程人员在明确光缆的机械性能时，应该按照待架设光缆所在位置的输电线路最初设计图纸或者预计设计情况、跨越情况、气象状况、档距大小以及杆塔的现有或者设计状况、如何运行、线路当中的各个转角、各处高差等诸多因素进行考虑。对杆塔的强度进行校核时，负荷的增加主要来自覆冰荷载、风荷载还有不平衡张力。

2确定具体控制条件

2.1杆塔条件

杆塔尺寸、型号、系统电压、导线外径型号以及导线回路、分裂间距、分裂数、地线外径型号，另外，相位排列条件对于双回或者是同塔多回而言具有举足轻重的作用。

2.2确定弧垂最大值

光缆的允许弧垂不但与机械强度有关，还与光缆弧垂上面位置最低处与交越物之间的间距最小值、悬挂点位置设计、高度，以及该点周围的空间电位大小直接相关。按照相关规程或者工程设计中的相关要求，能够算出光缆允许弧垂的最大值。是工程控制的一项重要条件。

2.3张力—弧垂—跨距特性

①就年均应力方面（也就是EDS控制）而言，ADSS光缆在跨距等于500m时的应力高达540.2kN/mm2，而本光缆的应力指标仅为512.5kN/mm2，因此其跨距最大也达不到500m。

②就MAT控制而言：覆冰厚度为15mm时的环境中可用的跨距在450m以内；覆冰10mm的气象条件下使用跨距最大可等于550m。

③若再分别以12m跟16m作为最大允许弧垂同时进行控制，那么在覆冰15mm的气象条件下将会分别得出跨距在350m以内或在450m以内；在覆冰10mm的气象条件下可以分别得出在450m以内或在600m以内。如此一来，就涉及到了"具体使用档距"这一概念。只要改变初装弧垂就能够通过以上计算方法，求取具体使用档距表。

3监测以BOTDA为基础的特种光缆性能的方案

对ADSS光缆、OPGW光缆、以及层绞式复合光纤架空相线OPPC等多种类型、多种结构的光缆实施了拉力实验。

图1拉力测试示意图

在上图中，1是试样光缆；2是光纤单元中一对连接BOTDA的光纤，图中的4即为其在另一端的打环；OTDR仅连在2中由BOTDA出来再进到光缆段中的那一根纤上；3是一对连光功率计的光纤，其在另一端的打环即为图中的5；6是连接测量光纤色度色散器具CD400的光纤，目的是监测应力应变与光纤衰减曲线；A、B两点是借助于金具将试样光缆在拉力机上进行固定的位置；C点是设置拉力与位移传感器之处。

测试期间还需要对实际发生的各项性能变化情况进行监测，用OTDR对光纤衰减情况和事件点进行测试，用BOTDA对光纤出现的应变情况进行测试。

4监测分析

本文以OPGW-24B1-130层绞式光缆线的监测结果作为分析实例，其结构参数见表1。在拉力测试中，张力从额定拉断力RTS的10％逐渐增加到80％，每增加10％张力，稳定一会儿后，记录各仪表数据。其实际应变曲线见图2。

表1OPGW结构参数表

图2应力应变曲线

图3OTDR测试在张力为40%RTS时的曲线

图4OTDR测试在张力为70%RTS时的曲线

图5OTDR测试在张力为80%RTS时的曲线

以上结果表明：（1）应变在张力逐渐增大时，也会随其一起增大。（2）在张力不超过RTS的一半时，光缆上的最大应变值大约是0.55%，没有光纤余长大。经过分析可知，若是光缆所受拉力不到RTS的一半，光纤是不会出现应变现象的。（3）当光缆受力恰好等于RTS的60%时，其发生的应变大小为0.62%，按余长理论判断，此时光纤应该处于受力与不受力的边界。（4）当光缆受力恰好等于RTS的70%时，其发生的应变大小为0.778%，按余长理论，光纤此时已经开始受力。当光缆所受张力恰好等于RTS的80%时，其发生的应变大小为0.96%。光功率计测得线路上面的光功率值只有很小的变化，且求得的附加衰减并未在张力递增的同时呈现出有规律的变化趋势。由监测结果可知衰减跟光纤事件点几乎没有变化，不一样拉力条件下得到的测试曲线几乎完全一致。

图3～图5依次是光缆张力分别等于RTS的40%、70%和80%时，OTDR测试所得的曲线，各自对应的光纤衰耗总量依次为0.322、0.308和0.318DB，在光缆发生应变期间，光纤上面的衰耗仅出现很小的变化且并不具有规律性。由此可见在光缆受力期间，光纤本身的传输性能并没有发生明显变化，故而，OTDR监测所得的数据无法将光缆的实际受力应变情况直观的反映出来。

采用BOTDR进行监测时，当施加的张力不超过RTS的60%时，监测所得的应变曲线，如图6所示不会发生什么变化。其中的横坐标代表着各测试点位置，实际测试范围应该是自12ｍ至72ｍ处，其整个应变曲线大致可以分成两段，自12ｍ至42ｍ处对应的是1号纤芯上面的应变曲线；自42ｍ至72ｍ处是2号纤芯上面的应变曲线。光纤因未受任何应力而处于静止状态时，测试曲线仍然存在微小应变的原因是由系统内部固有的频偏跟制造光缆时的其它外力因素共同导致的，且各纤芯有不同的固有频偏。

图6光纤上各点在张力不足60%时的应变曲线

当施加在光缆上的张力等于RTS的70%和80%时，光纤上面的应变曲线产生峰值。当施加在光缆上的张力等于RTS的80%时，会在光纤上出现如图7所示的较大应变。这足以说明当有外力拉伸光缆而光纤上面的余长被耗尽后，光缆里面的光纤就会间接受力，使光纤上出现应变。图7表明当光缆所受外力大到某种程度时，就会使光缆内部某处的光纤出现集体受力的情况，以致其应变增大。

图7光纤上各点在施加张力为80%的应变曲线

5结束语

综上所述，本文结合实例重点分析了电力线路架设中ADSS电力特种光缆的应用要点，对电力线路投入运行时间、杆塔老化程度、设计采用标准等多方面因素进行探讨，通过监测实验数据证明架设ADSS光缆的可靠性。另外由于电力线路设计规程已多次经过补充、调整、修改，因此对于长期运行电力线路当中的杆塔进行强度校核具有较大难度，这是ADSS光缆架设过程中的一个关键性问题。所以在架设光缆过程中要尽可能在电力线路中选择条件良好的线路杆塔。

参考文献：

[1]电网传输领域特种电力光缆[J].现代传输.2018（06）

[2]深海承重光缆的研制[J].杨国发，朱治伟，王凯.光纤与光缆及其应用技术.2016（06）