OPPC技术在配电网建设中的应用

摘  要：光纤复合架空相线（OPPC）是新兴电力特种光缆，将光纤复合在常规架空相线中具有输电和通信双重功能，可为配电网建设提供光纤通道。OPPC有效地加强了电力线和光纤网络的结合，提高了电网的智能化程度，将对电网可靠稳定运行产生促进作用。本课题在石狮市配电网建设中应用了OPPC光缆。本文研究了OPPC的光学、机械和电气性能及环境适应特性。以此为前提，本文选取了合适的线路应用OPPC光缆进行探索和尝试，通过此次成功应用的案例获得了OPPC光缆的适用条件、结构参数和安装方法等技术成果，总结出今后OPPC光缆可行的实施方案。

关键词：光纤通信;配电网;光纤复合架空相线（OPPC）

中图分类号：TN915.85;TM726.3      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）01-0046-04

Abstract：Optical Phase Conductor（OPPC）is a new special optical cable for electric power，can provide optical fiber channel for the construction of distribution network. OPPC effectively strengthens the combination of power line and optical fiber network，improves the intelligent degree of power grid，and will play a positive role in promoting the reliable and stable operation of power grid. In this project，OPPC cable is applied in the construction of distribution network in Shishi City. In this paper，the optical，mechanical and electrical properties and environmental adaptability of OPPC are studied. On this premise，this paper selects the appropriate line to apply the OPPC optical cable for exploration and attempt. Through the successful application of the case，the application conditions，structural parameters，installation methods and other technical achievements of the OPPC optical cable are obtained，and the feasible implementation scheme of the OPPC optical cable in the future is summarized.

Keywords：optical fiber communication;distribution network;OPPC（optical phase conductor）

0  引  言

光纖复合架空相线（简称OPPC光缆）是一种新型电力特种光缆，将通信光缆与电力相线结合是其最显著的特征，利用电力系统的线路通道，既传送电能又传输信息，相比于其他电力光纤通信技术，具有高效可靠等优势，受到业界广泛关注。随着电力系统光纤通信网络的大规模建设，OPPC光缆将成为未来电力光缆的主力军。OPPC解决了电力线载波通信、OPGW光缆（光纤复合架空地线）和ADSS光缆（全介质自承式光缆）在配电网中无法解决的问题，将其应用于架空配电线路中，具有非常高的科技含量。

1  OPPC的特点

OPPC光缆的设计理念是将光纤复合进相线中。输电导线由多股铝包钢丝线绞合而成，将光纤套入钢管中，与铝包钢丝一同绞合，即成为OPPC。OPPC中的光纤由多根纤芯和外敷保护管组成，光纤再套入不锈钢松套管。OPPC具有以下几方面的技术特点[1]：（1）OPPC将电网的电力系统与通信系统结合在一起，OPPC本身作为相线能够传电能，又含有光缆，能够传输信号;（2）OPPC与电力线使用相同的路径。只要电力线路能够架设到的地方，OPPC就能到达实现光纤通信，可充分利用现有输电走廊资源;（3）OPPC不会对杆塔承重和结构产生附加负荷。OPPC只是将光纤复合进相线，光纤经过保护和加强后，其力学性能和电气与同线另两相导线可以适合;（4）OPPC具有良好的热稳定性。OPPC本身是输电导线，有地线保护，遭受雷击引起短路电流的概率较小，因此不容易因为过热而烧毁。

2  OPPC的技术优势

目前的配电网主要是采用在线路上架设或是沿电缆沟敷设普通光缆的方式组建光纤网络。由于普通光缆需要钢绞线吊挂，因此容易发生导线挂断搭接普通光缆引起串电的安全事故，同时普通光缆容易被损坏或是破坏。因此在未来的配电网大力建设中，采用电力特种光缆是发展方向，因此我们选取了OPGW、ADSS和OPPC三种目前主流的电力特种光缆进行了分析比较[2]。

在配电网建设中，针对配电网光纤架设条件的具体分析，我们比较了OPPC方案与OPGW和ADSS方案，最终选择在部分可行线路上使用OPPC。

2.1  OPPC与OPGW方案比较

OPGW将光纤置于地线之中，代替普通良导体地线后，可以在一定程度上提高光纤通道的可靠性。35 kV线路很多没有地线架或者只有线路进出段有地线，无法架设OPGW;即便有地线架，由于OPGW重于良导体，架设OPGW需要收集杆塔资料并进行力学验算，地线架挂点处还必须进行加强。

配电网建设采用OPPC，结合线路改造的机会，将一相导线替代为OPPC，不会给原杆塔附加额外负荷。光纤置于相线中，相线有地线保护，不易遭受雷击，相线的短路电流也比地线大得多，导致光纤断股、断纤的严重事故大大减少。

2.2  OPPC与ADSS方案比较

全介质自承式光缆ADSS，采用高强度高模量非金属材料（芳纶）作为光纤受力保护层，耐电腐蚀护套作为光纤抗电场强保护层。10 kV、35 kV线路如果没有架空地线挂架，无法架设OPGW光缆复合地线，通常可以将ADSS光缆挂在导线下。

ADSS光缆在配电网中应用主要存在的问题有两点：一是由于旧线路导线本身对地面距离按常规设计，没有考虑ADSS的位置，会出现ADSS对地安全距离不够。如果还要跨越公路，铁路，江河等特殊自然环境，则必须对杆塔的高度、场强的分布进行重新设计;二是ADSS光缆是附加挂在线路上的，会给杆塔增加重量和拉力，附加了额外线路负荷，给线路带来了潜在的隐患。

在配电网中采用OPPC可以解决ADSS遇到的困难，OPPC作为一相导线，不会给原有杆塔附加额外负荷的安全隐患，也因为导线中场强梯度是均匀的，从而不会发生电腐蚀事故。因此OPPC具有更高的可靠性。

3  OPPC在石狮市配电网的应用设计

3.1  线路选用OPPC的条件

目前OPPC主要在10～110 kV的线路上进行初步试运行[3]。OPPC的应用解决了实际工程项目中遇到以下特殊线路现状无法进行改造的难题：（1）无法进行附加架设光缆的老旧线路。石狮市配电通信网建设中的部分35 kV老线路，收集线路资料有难度，杆塔承受能力不足，如果改造杆塔则费用过大，可以采用OPPC;（2）无地线架线路。部分10 kV、35 kV线路本身没有地线架，这些低压线路对地安全距离不足，限制了ADSS的使用，可以采用OPPC;（3）所处环境复杂线路。建筑边或是路口的线路，如果加挂普通光缆易被破坏，可靠性不高，因此结合电力线路改造，使用OPPC替换原有相线，能够确保配电通信网长期稳定的运行，减少故障率和维护量。

因此，本课题结合石狮配电通信网建设，将110 kV仑后～上浦A相导线更换为OPPC，线路全长约15.5公里。OPPC光缆在两侧变电站终端杆塔处改用ADSS光缆引入变电站。OPPC光缆除作为本期A相导线和光纤通信光缆使用外，还复合应用于测量OPPC运行温度和应力应变的特殊光纤。

3.2  OPPC光缆参数要求

本课题以LGJ-95/20导线和OPPC组合为例计算的OPPC结构参数如表1所示[4]。

3.3  OPPC的架设与接续

OPPC可以作为三相电线中的任何一个，在线路两端的门型架上引下与ADSS光缆或是普通光缆进行接续，再引入通信设备机房，连接到ODF光纤配线架上，OPPC架设示意图如图1所示。

仑后～上浦110 kV线路为已建线路，起自仑后110 kV变电站，终止于上浦110 kV变电站，线路长度14.809 km，最大档距568.4 m，全线导线LGJX-240/30，输送容量94.12 MW，地线GJ-50。全线56基杆塔，转角24基、直线32基，铁塔16基、水泥杆40基，以单回路杆为主，其中仑后变出口段#1～#5杆塔与上浦110 kV II路同塔约1.134 km，其余线路采用单回路架设。全线按Ⅲ级污秽区设计，绝缘子采用棒式合成绝缘子组装成串。全线山地占11%，丘陵占40%，平地占49%。

在石狮市配电通信网络改造建设中，采用特殊设计的光电分离套管以及改进的接续、终接工艺在OPPC的工具、夹具及施工方面取得了重要进展。

3.4  配套金具和接头盒设计

3.4.1  预绞丝耐张金具

预绞丝金具与OPPC的安装示意图如图2所示[5]。

3.4.2  预绞丝悬垂金具

金具与杆塔绝缘子串相连接，连接示意图如图3所示。

3.4.3  防振錘

由于OPPC的机构特性与普通相线类似，因此可以使用常规防振锤。

3.4.4  接头盒

OPPC中光纤处于高电压，目前的绝缘产品基本满足要求，而光电绝缘/分离和连接则需要特殊设计。OPPC接头盒按用途分成中间接头盒和终端接头盒。耐张杆塔处OPPC由耐张金具进行固定，光纤是不受拉力的，使得OPPC之间能够实现接续连接。OPPC对施工的要求也更高，必须保证接头盒对地绝缘，其位置一般放在绝缘支架上，线路中间接头盒的位置处于两个耐张绝缘子串间跳线上[6]。

OPPC中间接头盒、终端接头盒及安装如图4所示。

（a）终端光缆接头盒，盒内已埋好光纤

（b）中间光缆接头盒，线路从一头进融纤后从另一头出

3.5  OPPC的架设要求

OPPC的架设基本上同OPGW光缆类似，也是依据IEEEStd1138-1994、IEEEStd524-1992等技术标准和电力行业的架空线安装规范和操作技术导则。OPPC虽然也是导线，但由于内含光纤，其结构还是与钢芯铝绞线等结构的导线有一定差别，因此对架设机有一定的特殊要求[7]。

通过OPPC的实际应用，我们总结了OPPC架设中的注意事项：（1）OPPC中光纤单元中的光纤应有足够且合适的余长，以保证光纤在使用中不受到拉伸。对OPPC来说，由于存在放线、过滑轮或是紧线造成的结构伸长及运行过程中的温度升高产生的膨胀伸长及塑性变形产生的蠕变伸长，因此对光纤余长要求很严格;（2）OPPC中的光纤单元应采取特殊的生产工艺，以保证光纤有合适的余长以及光纤单元有足够的机械强度、密封性和耐热性，应选择不同的绞制张力;（3）为防止潮气侵入而影响光纤的使用寿命，OPPC中的光纤应置于密闭的钢管中，灌满隔水油膏，或采取其他有效的防潮措施。

4  结  论

通过此次石狮配电网建设，选择在具备条件的合适线路上采用OPPC，将导线与光纤结合在一起。经过一段时间的运行，OPPC输电性能稳定，通信可靠安全，没有出现因雷电或是短路电流导致烧断光纤以及被意外损坏或人为破坏的情况。OPPC光缆很好地提高了配电网的可靠性与灵活性。今后随着配电网发展，OPPC将得到广泛应用，为电网调度与控制、商业化运营以及实现现代化管理服务。

参考文献：

[1] 陈希.电力特种光缆的发展与展望 [J].电力系统通信，2009，30（1）：16-25.

[2] 高玉珍，郝旭东，江大林，等.OPPC在华北电网110kV线路上的应用 [J].中国新通信，2010，12（23）：52-56.

[3] 陈涛.光纤复合架空相线的特点及应用 [J].山西电力，2009（1）：49-51.

[4] KAIDANOV F，MUNTEANU R，SHEINFAIN G. Damages and destruction of fiber optic cables on 161 kV overhead transmission lines [J]. Electrical Insulation Magazine，IEEE，2000，1（4）：16-23.

[5] 李久程.光纤复合相线OPPC应用初探 [C]//2009年云南电力技术论坛.2009年云南电力技术论坛论文集（优秀论文部分）.云南昆明：云南科技出版社，2009：213-216.

[6] 张殿生.电力工程高压送电线路设计手册：第2版 [M].北京：中国电力出版社，2003：125-135.

[7] 张伟民，吴青峰，王爱国.光纤复合相线的架设和接续 [J].电力系统通信，2006（7）：46-49+53.

作者简介：尹翔（1987.12-），男，汉族，福建福州人，工程师，本科，主要研究方向：电力线路光缆设计。