ADSS電力特種光纜應(yīng)用分析
加入技術(shù)交流群
利用架空電力線路走廊，在線路桿塔上進(jìn)行架設(shè)，是一種非常經(jīng)濟(jì)的光纜敷設(shè)方式。目前，在架空輸電線路上架設(shè)光纜主要有兩種形式：光纖復(fù)合架空地線（OPGW）和全介質(zhì)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(duì)OPGW投資較小，可在電力線路不停電狀態(tài)下架設(shè)，設(shè)計(jì)施工、維護(hù)等也較方便，已在建成的電力線路上得到廣泛的應(yīng)用。
ADSS光纜的適用范圍
對(duì)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(yùn)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(hù)等方面考慮，工程人員應(yīng)選擇OPGW，220kV及以上的干線輸電線路不宜選用ADSS光纜。
對(duì)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(yīng)考慮現(xiàn)有電力線路上架設(shè)ADSS光纜的可靠性，對(duì)電力線路已運(yùn)行時(shí)間、桿塔的老化程度、原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等條件來(lái)進(jìn)行評(píng)估，從而確定架設(shè)的可行性。
由于電力線路的設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程多年來(lái)已進(jìn)行過(guò)修改、調(diào)整和補(bǔ)充，所以對(duì)已運(yùn)行多年的電力線路桿塔強(qiáng)度的校核難度大，成為架設(shè)ADSS光纜的關(guān)鍵問(wèn)題。總的原則是在不影響電力線路安全運(yùn)行、不降低可靠性的前提下，方可架設(shè)ADSS光纜。因此，筆者建議架設(shè)ADSS光纜，應(yīng)盡量選擇線路桿塔條件較好的電力線路。
在產(chǎn)品方面，國(guó)內(nèi)目前有ADSS光纜的產(chǎn)品和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18899《全介質(zhì)自承式光纜》和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T788《全介質(zhì)自承式光纜》，國(guó)際上主要有IEEE-P1222《用于架空輸電線路的全介質(zhì)自承式光纜IEEE標(biāo)準(zhǔn)（草案）》和IEC60794-4《光纜第4部分：分規(guī)范-沿電力線架設(shè)的光纜》。在工程方面，國(guó)內(nèi)有電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5344《電力光纖通信工程驗(yàn)收規(guī)范》和DL/T767《全介質(zhì)自承式光纜（ADSS）用預(yù)絞絲金具技術(shù)條件和試驗(yàn)方法》，但至今沒有成熟有效的針對(duì)ADSS光纜的線路工程設(shè)計(jì)規(guī)定/規(guī)程和規(guī)范，所以ADSS光纜安裝設(shè)計(jì)，只能參照現(xiàn)行的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5092《110－500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》。
ADSS光纜選擇
1.ADSS光纜結(jié)構(gòu)
ADSS光纜的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的ADSS光纜。
ADSS光纜中的光纖是以波狀導(dǎo)入束管內(nèi)，然后束管進(jìn)行絞合，產(chǎn)生絞合余長(zhǎng)，光纖具有適當(dāng)?shù)挠嚅L(zhǎng)，保證了光纜承受正常工作的機(jī)械負(fù)荷時(shí)光纖不受力（即光纖零張力設(shè)計(jì)），也不會(huì)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(yīng)電場(chǎng)（電位）的大小，原因是ADSS光纜工作在高壓線路導(dǎo)線附近，導(dǎo)線周圍空間存在電磁場(chǎng)，光纜對(duì)導(dǎo)線和地之間的電容耦合使光纜處于一個(gè)空間電位的位置，因霧、露或下小雨時(shí)，潮濕的污穢在光纜外護(hù)套表面形成一個(gè)電阻層。在空間電位的作用下，護(hù)套表面對(duì)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(hù)套表面形成小段的干燥地帶，阻斷了電流，當(dāng)干燥帶的電位差達(dá)到一定高度時(shí)，便發(fā)生放電形成電弧，這就是干帶電弧。它產(chǎn)生的熱可以使交聯(lián)聚合物逐步失去結(jié)合力而形成腐蝕，護(hù)套會(huì)熔成洞。這種現(xiàn)象或故障稱為護(hù)套電腐蝕或電痕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致斷纜。
ADSS采用何種類型的外護(hù)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(jí)、桿塔結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線布置及相位排列等多因素相關(guān)。
3.ADSS機(jī)械性能
（1）力學(xué)特性
ADSS光纜的機(jī)械強(qiáng)度方面，紡綸承載、纜內(nèi)紡綸的數(shù)量決定了光纜的額定抗拉強(qiáng)度（RTS），單位為kN。
ADSS光纜最大允許張（應(yīng)）力（MAT）對(duì)應(yīng)于在最惡劣的設(shè)計(jì)氣象條件下光纜所受到的最大張（應(yīng)）力，單位為kN或N/mm2。
ADSS光纜的年（日）平均張（應(yīng)）力（EDS）對(duì)應(yīng)于在無(wú)風(fēng)、無(wú)冰及年平均氣溫下的張（應(yīng)）力，單位為kN或N/mm2。
ADSS光纜的極限運(yùn)行張（應(yīng)）力（UOS）可視作纜的過(guò)載能力，對(duì)應(yīng)于在短時(shí)超過(guò)設(shè)計(jì)氣象荷載時(shí)纜所承受的張（應(yīng)）力，單位為kN或N/mm2。
這四個(gè)力值之間存在一定的關(guān)系且與光纜結(jié)構(gòu)有關(guān)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做出了規(guī)定如表1所示。
它們之間的關(guān)系又被稱為“光纖應(yīng)變窗”或纜的“應(yīng)力應(yīng)變”性能。
（2）張力—弧垂特性
與該特性有關(guān)的光纜的機(jī)械性能主要包括纜徑、纜重、彈性模量和熱膨脹系數(shù)等。
ADSS光纜具有可變跨距特性，對(duì)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(jù)要架設(shè)光纜的電力線路設(shè)計(jì)氣象條件、檔距、跨越情況，桿塔的設(shè)計(jì)運(yùn)行狀況，線路轉(zhuǎn)角、高差等情況，工程人員來(lái)確定ADSS光纜的機(jī)械性能。通常以電力線路的設(shè)計(jì)氣象條件計(jì)算的ADSS光纜張力弧垂表為依據(jù)。校核桿塔的強(qiáng)度，增加的負(fù)荷主要有風(fēng)荷載、復(fù)冰荷載及不平衡張力；還應(yīng)校核交叉跨越，根據(jù)校核情況，最終確定ADSS光纜本身的機(jī)械性能。
控制條件的確定
控制條件（ADSS光纜的電氣性能或機(jī)械性能）確定是ADSS安裝設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到線路的安全運(yùn)行和光纜的使用壽命。它不但與電力線路的運(yùn)行狀況、氣象條件有關(guān)，還與ADSS本身的機(jī)械性能有關(guān)，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(fù)荷所要求的ADSS的張力和弧垂的選取（機(jī)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(hào)和尺寸、系統(tǒng)電壓、導(dǎo)線型號(hào)或外徑、導(dǎo)線回路、導(dǎo)線分裂數(shù)及分裂間距、地線型號(hào)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(jī)械強(qiáng)度，ADSS光纜的最大允許弧垂取決于光纜弧垂最低點(diǎn)與地面（或交越物）的最小間距與懸掛點(diǎn)位置（或高度），懸掛點(diǎn)位置設(shè)計(jì)與該點(diǎn)的空間電位直接相關(guān)。
根據(jù)相關(guān)規(guī)程或工程對(duì)光纜弧垂最低點(diǎn)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(yīng)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(jì)算張力—弧垂—跨距特性需要有設(shè)計(jì)氣象組合條件和光纜的初始安裝弧垂兩個(gè)前提。表2給出某一規(guī)格的纜當(dāng)初始安裝弧垂為1%時(shí)在兩個(gè)氣象條件下的計(jì)算實(shí)例。
根據(jù)表2，可有如下結(jié)果。
（1）單從年平均均應(yīng)力受限（即EDS控制）來(lái)考慮，該纜的最大跨距小于500m，因它在500m時(shí)的應(yīng)力為540.2kN/mm2，超過(guò)了光纜本身的指標(biāo)512.5kN/mm2。
（2）同理，單從MAT控制來(lái)考慮：氣象條件A（覆冰15mm）時(shí)最大使用跨距小于450m；氣象條件B（覆冰10mm）時(shí)最大使用跨距可達(dá)550m。
（3）若同時(shí)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(gè)ADSS光纜的“實(shí)際使用檔距”的概念。
用相同的計(jì)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(shí)際使用檔距表。
從表2和表3可知，ADSS光纜的安裝設(shè)計(jì)要考慮多個(gè)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(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，兩者互相制約。當(dāng)跨越或桿塔結(jié)構(gòu)要求ADSS掛點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度的分布就可能對(duì)ADSS光纜不利，根據(jù)電場(chǎng)分布確定的掛點(diǎn)位置，可能又不利于桿塔的強(qiáng)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(jù)原電力線路桿塔的設(shè)計(jì)荷載來(lái)確定，在桿塔負(fù)荷允許的條件下，提高張力有利于交叉跨越的實(shí)現(xiàn)，但可能使纜的有效使用跨距減小（控制條件轉(zhuǎn)變?yōu)槔|的EDS受限）。
工程人員應(yīng)依據(jù)不同耐張段內(nèi)各檔距的跨越情況，確定各耐張段內(nèi)的最大使用張力。當(dāng)ADSS根據(jù)桿塔結(jié)構(gòu)或跨越等因素要求必須掛在某個(gè)位置時(shí)，如110kV線路選在空間感應(yīng)電場(chǎng)為20kV的地方時(shí)，ADSS光纜就不能按慣例選擇PE護(hù)套。這種情況要根據(jù)線路中各耐張段內(nèi)跨越，桿塔情況確定。
必要時(shí)，工程人員通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較，在一條線路上以耐張段為單位，選用不同張力和護(hù)套類型的ADSS光纜。
總之，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，工程人員要結(jié)合已建電力線路的實(shí)際情況，當(dāng)上述條件同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，就要正確選定控制條件，使ADSS光纜的安裝設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、安全、合理。
ADSS的防振和金具
ADSS光纜的強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)，應(yīng)在與所架設(shè)的電力線路設(shè)計(jì)氣象條件相一致的條件下確定，根據(jù)我國(guó)送電線路成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，ADSS光纜的設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5。ADSS光纜與金屬絞線一樣，受風(fēng)等環(huán)境影響，會(huì)發(fā)生振動(dòng)，長(zhǎng)期的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致光纜本身和金具的疲勞損壞。因此，ADSS光纜的年平均運(yùn)行張力應(yīng)按不大于ADSS光纜極限拉斷力的20%選取，并采取相應(yīng)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(yīng)在安裝處纏繞一定長(zhǎng)度的預(yù)絞絲護(hù)線條分散應(yīng)力。SVD施工方便，因此得到廣泛使用，現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明防振鞭對(duì)降低振動(dòng)水平非常有效。
SVD應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)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(shí)可并聯(lián)4根。
業(yè)界通常認(rèn)為，SVD的安裝位置對(duì)防振效果不敏感，為了避免防振鞭與金具預(yù)絞絲末端過(guò)近產(chǎn)生電弧，振鞭距金具預(yù)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(lái)，國(guó)產(chǎn)配套金具已得到了廣泛使用，運(yùn)行情況良好。
評(píng)論