OPGW 光纤衰减的原因及对策

2016-03-25李柯舟

科学与财富 2016年7期

关键词：电网

李柯舟

摘要：OPGW（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire）也称为光线复合架空地线在电力通信系统中得到了广泛的运用。目前、随着电网中OPGW使用规模的逐步扩大、OPGW运行中的各种问题也逐渐的显现出来。文章主要针对500 kV 电网中OPGW所出现的衰减问题及其相应对策做出合理的分析。

关键词：光线复合架空地线；OPGW；电网

0引言

随着社会的发展，电力部门对电力网络的安全和自动化的要求越来越高的前提下，对OPGW的要求也在逐步提高[1]。但是，目前OPGW在运行过程中却存在很多问题比如光纤衰减严重、可靠性不足等都会对电网安全性产生很大影响。以500kv电网的OPGW为例，光纤传输中如果衰减超出标准的上限会造成误码情况的出现，严重者造成通道中断，外加上500kv电网的超高压系统，负载很大，如果因为光纤衰减而出现威胁电网可靠性的情况，那造成的损失将会非常巨大，所以做好电网中OPGW的维护工作，提高对电网维护人员的管理水平也是非常必要的。

1 OPGW代表结构

随着电网自动化进程的发展，OPGW运用的增多，其结构已经从原先的几种发展到了几十种，但是总的来说可以归结为三大类分别是：铝管型，铝骨架型以及不锈钢管型。

（1）铝管型OPGW

图1-1中左面第一个为铝管型，在此结构中，铝管主要起导电

的作用，属于导电截面，这种铝管大致还可以划分为无缝、焊接、纵包三种管型，分别起不同的作用。光纤管也可以划分为：单松套光纤管、层松套光纤管两类。使用时首先将光纤置于铝管中，在铝管中还要充满防水的油膏或者形成隔热层。标准结构的铝管型，一般情况下使用铝包钢线作为内层绞合，铝合金线作为外层绞合，并且这两个绞合的方向正好相反。

（2）铝骨架型OPGW

图1-1中间的结构为铝骨架型结构，和铝管型结构一样铝骨架也是属于导电横截面，和铝管型结构不同的是它在骨架上面有很螺旋槽，在这些槽的内部设置上了松套管和一次被复光纤束以及带纤。标准结构的铝骨架型OPGW，有铝保护管在骨架的外层起到保护的作用，但是有时候也会根据客户的要求设计无铝管保护的铝骨架型OPGW，这样的铝骨架型OPGW使用寿命会相对较短。另外，内部所使用的绞线则会根据铝管型号而加以配备。

（3）不锈钢管型OPGW

图1-1最右面便是不锈钢管型结构。不锈钢管型OPGW标准结构是首先将光纤放置在内部填充防水油膏的钢管中，然后用钢管来代替单丝，单丝可以认定为一根到三根之间不等，最后将钢管设置在内绞层中，这样就完成了现在比较标准的不锈钢管型OPGW结构。同时需要注意的是绞丝的配置也是根据钢管型号来选择的。这种结构的OPGW和常用的架空地线结构相类似，很容易和现有设备相匹配，所以运用最为广泛。

2 光纤传输的特性

探究光纤衰减的原因首先要了解光纤传输的特性，电力系统中的OPGW的传输通常具有远距离、大容量的特点，单模光纤正好可以同时满足这两个要求。单模光纤主要是由两部分组成纤芯层和包层，这两层的主要成分都是石英也就是通常我们说的二氧化硅但是折射率不同，纤芯层主要作用是使光信号在内部传播，包层主要作用是使光信号尽量的在纤芯中传播，起保护作用。

通过光纤传输特性的了解，可以得出只要使光信号在纤芯层和包层内发生全反射就可以使光信号的衰减降到最低。但是影响其出现衰减的因素是多种多样的。

（1）

公式（1）中 P1（K）为通过纤芯的光功率的大小， P2（K）为通过包层的光功率的大小，L为所使用的光纤，长度单位一般是Km，则是衰减常数和外界环境有关，单位是dB /km。

3 光纤衰减的原因

OPGW损耗形式一般分为两种，一种是在光纤制备过程中材料本身的原因造成损耗称为固有损耗；另一种是光纤在运行过程中受到施工或者外界环境的影响所造成的损耗称为附加损耗。对于附加损耗如果维护得当是可以控制在合理的范围内。首先来讲固有损耗，如果将固有损耗细分，它还包含了散射损耗，吸收损耗以及翘曲损耗等[2]。

吸收损耗主要是光纤中含有氧离子和氢离子在特定条件下会相互结合，成为OH-离子，OH-离子对1380nm附近的光线有很强的吸收能力。然而电力网络中所使用的光信号的波长恰恰为1310nm或者1550nm。有资料显示0. 00 1% OH-所产生的损耗就可以达到300dB /km左右，如果光纤所处的环境比较潮湿，那么光纤中的OH-离子会随着潮气的浸入而增加，并且产生的OH-离子在光纤中具有不可逆转的特性，所以光纤中OH-离子的含量是需要长期监控的数据之一。一般情况下单模光纤规定的衰减系数为：0. 45

翘曲损耗则是随机出现的损耗，主要是由于拉丝过程中光纤轴线倾斜造成的。

（2）

（3）

公式（2）（3）中n表示包层光纤中折射率的大小、表示为模场的半径、为光纤中轴线的倾斜角度、Y 为定位槽长度； H翘曲半径。从公式中可以很明显的观测出的大小直接关系着损耗的程度。

以上三种都是固有损耗，附加损耗则和外界环境联系的更加紧密，施工工程中难免会遇到光纤弯曲情况出现，但是光纤弯曲直接会导致光信号传输时纤芯全反射条件的破坏，从而造成弯曲损耗的产生。另外，如果光纤内外两层材料的热膨胀系数相差比较大，当外界环境出现极热极寒的变化时，光纤会无法避免的出现弯曲[3]。

光纤的密闭性对光纤的寿命起着举足轻重的作用，造成吸收损耗的一个主要原因就是，光缆接续盒密闭失效，造成了水汽侵入到纤芯中，从而造成了光纤的衰减。

4 控制和预防措施

4.1 施工控制

（1）为了将施工所造成的光纤损伤降到最低，必须严密监控光纤每一个关键点上的参数，做到每一个施工点测试一次。

（2）保证同一条线路上的光纤必须是同一批次、同一型号的OPGW，将接续损耗控制到最低。

（3）OPGW使用前做好监测，保证使用前和出厂时的参数一致，避免运输时出现损伤的光纤被再次使用。

（4）合理控制放线时的牵引力，设置在额定拉断力20%，放线直径要大于OPGW直径的40倍。