融冰温升对光纤复合架空地线影响试验

赵凌，孙鹏

(1.云南电网公司信息中心，昆明 650217;2.云南电网公司电力研究院，昆明 650217)

0 前言

近年来，随着直流融冰技术在架空地线的推广，光纤复合架空地线(OPGW)融冰过程中发生了融冰温度过高导致光缆烧断、光纤衰耗增大不可恢复等问题。本文针对OPGW 融冰温升对光缆影响这一关键性问题，通过开展OPGW 模拟融冰情况下的通流试验，分析OPGW 温度特性及随温度变化引起的光纤衰耗变化等情况，提出保障光缆安全的融冰要求。

1 OPGW 融冰通流试验

1 通过模拟线路融冰通流对OPGW 影响的试验，测试了OPGW 通流时的温度特性，包括大电流情况下OPGW 温升与电流的关系、OPGW 内部温度与表面温度的差别、融冰时以及融冰后光纤衰减的变化、融冰后光纤是否还能进行再次熔接等。

1.1 试验总体情况

试验方法:将OPGW 样品26 芯中的18 芯G652 光纤串联成3.1km 的光学测试回路，接入OTDR 用于监测光学衰减变化，同时将两根多模光纤串联成一个回路接入DTS，用于监测光纤环境温度的变化。试样段是指两个塔距之间的OPGW 长度，本次试验中试验段长度约100 米，测试长度为3100 米，其中受热长度约18×95 米=1710 米。将OPGW 样品其中的100 米段长加装耐张线夹，利用金具悬挂与两个塔之间，且从耐张线夹两端出口处用引流并沟将OPGW 试样接入大电流加热系统中。在100 米试样外层选择6 个测试点加装温度监测传感器，在OPGW 内层加装1个热电偶传感器监测OPGW 内层温度。在OPGW上加载电流后，光缆温度上升趋于稳定后，使用热敏点偶和DTS 测量监测点的温度变化情况，同时使用OTDR 实时监测光纤衰减变化。

1.2 未覆冰通流试验

图1 温度、衰减随时间、电流的变化曲线

通过试验数据分析，电流在150 A 以下时，OPGW 表面温度低于54℃，内层温度低于56℃，光纤环境温度低于63℃，光纤衰减为0.575 dB/km 左右不变，与常温20℃时的衰减基本一样。当电流由150 A 逐步加大至250 A，此时OPGW表面温度由54 升至115℃，内层温度由56 升至135℃，光纤温度由63℃升至152℃。在这一过程中，光纤衰减稍微增大，由0.575 dB/km 增加至0.592 dB/km，增加0.017 dB/km。

1.3 局部覆冰通流试验

完成OPGW 未覆冰通流试验后，在OPGW 表面离耐张线夹30 m～35 m 处覆盖等值为80 mm 的覆冰，将热电偶传感器置于覆冰中心位置的OPGW 表面。

通流300 A 持续60 分钟，每5 分钟测量试样段上各温度监测点的数据变化情况，同时实时记录光纤衰减变化，试验结果见图2;通流结束恢复常温后，将OPGW 从中间剪断，观察钢管内部光纤和纤膏的变化，同时对剪断处的光纤进行熔接。观察光纤外表变化并记录熔接机估算的光纤接续损耗。

1)OPGW 通流后，钢管内部光纤温度高于OPGW 表面温度，表面温度越高，这个温差越大。

2)通流1 小时OPGW 温度稳定以后光纤衰减增加0.029 dB/km;OPGW 外层实际温度167℃和理论计算值169.3℃相差2.3℃。

3)通流结束后对OPGW 进行降温，降到室温时对光纤进行衰减测试，衰减达到0.627 dB/km，比试验前常温时增加了0.042 dB/km 的附加衰减。

4)光缆通流恢复常温后剪断OPGW 光缆，剥开不锈钢管可闻到轻微焦糊味;对里面的光纤进行熔接。光纤可正常熔接(接续衰减在0.01～0.05 dB/km 之间)。

图2 通300A 电流时温度、衰减随时间电流的变化曲线

1.4 光纤衰减的影响

结合OPGW 未覆冰通流试验和局部覆冰通流试验，能得到以下光衰减曲线图如图3、图4。

1)内部光纤温度在152℃以下时，光衰减无明显变化，符合国标及企标的要求。

2)OPGW 表面温度升至167°C，内部光纤温度升至216°C，再恢复到室温后，光纤衰减相对于20°C 出现了0.042 dB/km 的永久附加衰减。当从OPGW 中间剪断打开光纤钢管后，可闻到轻微的焦糊味，纤膏颜色较常态下明显变黑。

从光纤熔接正常可说明光纤最内层纤芯不受影响。出现光纤衰减永久增加的原因可能有两个:

a.光纤涂层性能劣化，可能的情形有光纤内层涂料延伸率降低、模量增加，涂覆层“变硬”。当光纤降到到室温恢复弯曲状态时，涂层不能对光纤受到的弯曲力起到缓冲保护作用，因此光纤在此弯曲力的作用下产生“微弯损耗”;

b.阻水膏性能劣化，粘度增加，触变性降低，光纤在油膏里不能处于“自由状态”，这种阻力使光纤产生微弯损耗，引起衰减增大。OPGW 通300 A 电流待温度稳定后光纤衰减增加，但衰减范围符合国标要求。这主要是受油膏和涂层受高温而劣化的影响。

图3 通流100 A～300 A 稳定时不同内部光纤温度对应的光衰减曲线图

图4 通流300 A1 小时过程中不同内部光纤温度对应的光衰减曲线图

由于一般情况下光纤涂覆层的长期工作温度只有80°C，虽然在上述光单元温度特性试验中内部光纤温度在140℃以下时，涂覆层未见性能变化;但对于216°C 高温，超出了纤膏滴点，也远超过光纤涂覆层长期工作温度，因此应是两个因素同时起作用造成的。

2 结束语

1)OPGW 融冰通流时，随着电流及温度的升高，光纤的衰减稍微增大，但内部光纤温度低于150℃时，衰减范围符合国标及运行要求。

2)OPGW 中的内部光纤温度超过200℃时，出现不可恢复的附加衰减。初步分析是油膏和光纤涂覆层受损，影响了光纤的性能。

3)为保证现有在运行OPGW 融冰时的安全，光单元的最高温度为保险起见，建议内部温度控制在130℃以下。

［1］云南电网公司.输电线路架空地线直流融冰关键技术研究及工程实践技术报告［Z］.昆明:云南电网公司，2012.

［2］Debra A.Simoff，Andrei A.Stolov，and Catherine R.Ciardiello.New Optical Fiber Coating Designed for High－Temperature Applications ［J］.Proceedings of the 58th IWCS/IICIT.，83－89.

［3］Andrei A.Stolov，Debra A.Simoff and Jie Li.Thermal Stability of Specialty Optical Fibers ［J］.Journal of Lightwave Technology，2008.Vol.26，No.20，October 15，3443－3451.