穆乃剛

（中油遼河工程有限公司（原遼河油田設(shè)計(jì)院），遼寧 盤錦 124010）

前言

為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全可靠的供電，電調(diào)自動(dòng)化已成為不可缺少的技術(shù)手段，但若沒(méi)有一個(gè)高質(zhì)量的通信信道，電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)就無(wú)法發(fā)揮其應(yīng)有的功能。光纖通信技術(shù)具有傳輸誤碼率低、信道帶寬大、防電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，能夠可靠的承載電力通信網(wǎng)各種業(yè)務(wù)，我們?cè)陔娏νㄐ啪W(wǎng)的改造中采用了與原電力線路同塔架設(shè)一種特種光纜—全介質(zhì)自承式光纜的方案，下面詳細(xì)介紹其工程設(shè)計(jì)的具體方法。

一、安裝金具選配

光纜固定在電力塔上須由光纜專用安裝金具來(lái)完成，不同鐵塔、不同跨距、不同外徑的光纜所用金具各不相同，如果金具選擇不當(dāng)，則會(huì)出現(xiàn)光纜松滑或者斷纖等嚴(yán)重事故。光纜的安裝金具包括緊固夾具、耐張線夾、懸垂線夾，分別詳述如下：

緊固夾具用于耐張線夾、懸垂線夾、余纜架和光纜接續(xù)盒與鐵塔的連接，其主要技術(shù)參數(shù)為破壞荷載（kN）和光纜掛點(diǎn)位置電力塔主材的尺寸，其配置與耐張線夾、懸垂線夾、余纜架和光纜接續(xù)盒一一對(duì)應(yīng)使用。

耐張線夾用于終端鐵塔和線路中間耐張鐵塔上，它能均勻分配徑向壓力，并傳遞軸向拉力，在保證不損傷光纜的前提下提供安全可靠的握緊力，其主要技術(shù)參數(shù)為線夾破斷力（kN）和纜徑范圍（mm），基本配置為終端鐵塔上1套，線路中間耐張鐵塔上2套。

懸垂線夾主要用于直線鐵塔上，是將光纜懸掛在鐵塔上的連接金具，用來(lái)保障光纜在架設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中不受損傷，其主要技術(shù)參數(shù)為線夾破斷力（kN）和纜徑（mm），基本配置為每基直線鐵塔上1套。

二、光纜配盤

光纜盤長(zhǎng)的配制依據(jù)已建的電力線路明細(xì)表，光纜的接續(xù)點(diǎn)選在交通便利的耐張塔上，同時(shí)考慮到自然坡度、接頭預(yù)留、設(shè)備預(yù)留、牽引頭、弧垂等因素，光纜盤長(zhǎng)等于每盤光纜的標(biāo)稱長(zhǎng)度乘以預(yù)留系數(shù)，再加上光纜接頭長(zhǎng)度，用公式表示如下：

L=L1(1+f)+L2+L3+30(m)，式中

L為光纜的盤長(zhǎng)（m）

L1為光纜的標(biāo)稱長(zhǎng)度（m），即線路平面圖中的水平距離

L2為始端鐵塔的呼稱高（m）

L3為終端鐵塔的呼稱高 (m)

f預(yù)留系數(shù),我們?nèi)?.04

為了運(yùn)輸和施工的方便，結(jié)合光纜的生產(chǎn)工藝，光纜的盤長(zhǎng)應(yīng)該控制在2~4km。

三、光纜主要機(jī)械參數(shù)

由于光纜架設(shè)方式為自承式，其承力元件為光纜中的芳綸紗束，架設(shè)的檔距一般為200m，不同于以往普通光纜的吊線掛鉤架線方式，必須對(duì)光纜的機(jī)械參數(shù)做準(zhǔn)確的計(jì)算，以保證其安全、可靠的運(yùn)行，光纜的機(jī)械參數(shù)主要為光纜年平均運(yùn)行張力（EDS）、最大允許使用張力（MAT）、額定拉斷力（RTS）和極限運(yùn)行張力（UOS），其定義和計(jì)算分別詳述如下：

年平均運(yùn)行張力（EDS）是在無(wú)風(fēng)、無(wú)冰和年平均氣溫的氣象條件下，耐張段內(nèi)光纜所受的張力。在給定的EDS下，按規(guī)范進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，光纜外護(hù)套應(yīng)無(wú)損傷，光纖衰耗的變化應(yīng)在控制指標(biāo)內(nèi)。

當(dāng)S為光纜的承力元件截面（mm2），G為在無(wú)風(fēng)、無(wú)冰和年平均氣溫的氣象條件下光纜的自重比載（N/m·mm2），L為光纜耐張段的代表檔距（m），F(xiàn)為光纜耐張段的代表弧垂（m），由公式EDS=SGL2/（8F）可得光纜的年平均運(yùn)行張力（N/mm2）。

最大允許使用張力（MAT）是在滿足光纜中光纖應(yīng)變和附加衰減的條件下，光纜所能承受的最大張力。當(dāng)光纜在被拉伸到MAT值時(shí)，纜內(nèi)的光纖開(kāi)始伸長(zhǎng)（光纖不受力纜型）或光纖開(kāi)始達(dá)到預(yù)定受力限度值（光纖受力纜型）。

當(dāng)S為光纜的承力元件截面（mm2），G為光纜的最大綜合比載（N/m·mm2），L為光纜耐張段的代表檔距（m），F(xiàn)為光纜耐張段的代表弧垂（m），由公式MAT=SGL2/（8F）可得光纜的最大允許使用張力（N/mm2）。

額定拉斷力（RTS）是光纜的保證抗拉指標(biāo)，即拉伸試驗(yàn)時(shí)必須達(dá)到或超過(guò)該標(biāo)稱值，其值為承力元件截面與其最小抗拉強(qiáng)度的乘積乘以系數(shù)q，q值由制造商提供。

由公式RTS＝k×MAT可得光纜的額定拉斷力，k為光纜的安全系數(shù)，一般取值為2.5。極限運(yùn)行張力（UOS）是在運(yùn)行中光纜所能承受的極限張力，即當(dāng)光纖的余長(zhǎng)釋放完，張力超過(guò)MAT后的一定范圍內(nèi)，光纖開(kāi)始受力，附加衰減開(kāi)始增加，但在張力解除后，光纜仍可恢復(fù)到初始狀態(tài)，該范圍的最大控制值就是UOS，它意味著光纜可短時(shí)過(guò)載使用，如當(dāng)偶然遭遇超過(guò)設(shè)計(jì)條件的大風(fēng)或覆冰以后，光纜仍可恢復(fù)正常運(yùn)行且不影響使用壽命，一般UOS應(yīng)大于60%RTS。

四、纜芯結(jié)構(gòu)選型

全介質(zhì)自承式光纜從纜芯結(jié)構(gòu)上主要分為中心管式結(jié)構(gòu)和層絞式結(jié)構(gòu)，中心管式結(jié)構(gòu)的光纖以一定的余長(zhǎng)置于松套管內(nèi)，松套管一般采用高聚物，然后根據(jù)所需要的抗拉強(qiáng)度繞包合適的芳綸紗束，再擠制PE或AT材料作為外護(hù)套；層絞式結(jié)構(gòu)的光纖同樣以一定的余長(zhǎng)置于松套管內(nèi)，光纖松套管以一定的節(jié)距繞制在非金屬加強(qiáng)件上，再擠制內(nèi)墊層，然后根據(jù)所需要的抗拉強(qiáng)度繞包合適的芳綸紗束，再擠制PE或AT材料作為外護(hù)套。

中心管式光纜具有外徑小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，但光纖余長(zhǎng)較小，同時(shí)光纜的彎曲性能稍差，而層絞式光纜除了在光纖套塑時(shí)可輸入余長(zhǎng)外，由于松套管層絞著中心加強(qiáng)件，因此在光纜伸長(zhǎng)時(shí)還可產(chǎn)生二次余長(zhǎng)，因此盡管層絞式光纜稍貴于中心管式光纜，我們?nèi)圆捎昧藢咏g式光纜。

五、光纜外護(hù)套選用

由于帶電導(dǎo)線和大地之間的電容耦合使光纜處于一個(gè)不均勻電場(chǎng)中，光纜表面的污層在不均勻電場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生泄漏電流，在電流密度最大且污層最薄的地方，水分迅速蒸發(fā)、變干，電阻增大，大部分電壓降落在該部分，結(jié)果這部分將出現(xiàn)放電電弧，使光纜外護(hù)套燒傷、炭化，進(jìn)而損壞光纖。

在光纜靠近電力塔的連接處，電場(chǎng)強(qiáng)度分布變化最大，又由于重力和弧垂的作用，使該處污層分布最不均勻，因此是最容易發(fā)生電腐蝕的部位，實(shí)驗(yàn)證明若光纜所處空間電位不大于12kV，可選用黑色聚乙烯（PE）護(hù)套料，若空間電位大于12kV，則須用耐電痕（AT）黑色聚烯烴護(hù)套料，因此合理的光纜掛點(diǎn)可以避免光纜受更強(qiáng)的電腐蝕。

我們通過(guò)計(jì)算可知，在每根相線處電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)，在相線的對(duì)稱中心處電場(chǎng)強(qiáng)度較低，一般離開(kāi)相線1.5m，電場(chǎng)強(qiáng)度即有較大的衰減。本次工程中光纜所處的空間電位不大于12kV，所以選用黑色聚乙烯（PE）護(hù)套料。

結(jié)束語(yǔ)

遼河油田電力通信網(wǎng)正經(jīng)歷著由載波通信向光纖通信的升級(jí)改造，光纜線路部分的安全可靠意義重大，目前新建的全介質(zhì)自承式光纜線路均運(yùn)行良好，為遼河油田電力通信網(wǎng)的現(xiàn)代化發(fā)揮了重要作用。

[1]GB/T 18899-2002.全介質(zhì)自承式光纜[S].

[2]YD 5102-2010.通信線路工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S]