OPGW光缆接头盒故障分析及改进措施

贵州电网有限责任公司电力调度控制中心 刘 旭 汤 玮 张光辉 尹志帆 潘 祯 彭琳钰 叶卫清

随着输电线路对光通讯需求的不断提升，光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）应用越来越广泛，它具有普通地线避雷和光通信双重功能，承载了电网生产实时控制系统通信通道、调度自动化系统通信通道等重要业务，是保障电网安全运行与电力可靠供应的基础设施。由于制造、运输、施工等条件制约，OPGW单盘盘长一般在3～5km[1]，OPGW接头盒将光纤进行接续以延长OPGW光纤传输通道。光纤接头盒在OPGW光缆的运行中起到非常重要的作用，也是光缆运行中最易产生的故障点。系统内最常见的是接头盒密封、光学和机械方面的故障，这些故障导致OPGW光纤衰减过大，最终影响电网信息传输。

1 故障原因分析

某500kV线路OPGW光缆接头盒内出现通讯故障，打开接头盒光缆保护管表面有大量防腐油膏溢出，光缆外层铝包钢与接线盒固定处有冰渣等情况，根据记录该光缆接头盒一年前已经出现故障并进行了更换。通过对故障接头盒进行分析，接头盒故障原因可能为：接头盒密封失效，导致水或水气进入接头盒内，对光纤衰减造成影响；OPGW接头盒施工工艺问题，接头盒或OPGW光缆受损，影响接头盒或OPGW的性能；当地气候条件等方面原因，导致OPGW光缆固定处结冰挤压受损。

1.1 接头盒密封失效

在运行过程中，密封失效是接头盒最常见的问题，密封失效会导致水气进入接头盒内，从而导致光纤故障，接头盒密封失效一般与其材料的老化和密封结构有关。

材料老化问题。OPGW接头盒一般采用帽式结构，分为外壳体、内部构件、密封件和光纤接头保护件4部分，其中外壳体由盒体、底座以及两者之间的连接件组成，接头盒外壳体采用铝合金或不锈钢材料，材料性能相对稳定。接头盒外壳体之间密封一般采用乙丙橡胶或硅橡胶等材料，在10～15年均会发生老化变形，导致接头盒密封性受损、漏气[2]。此外各厂家的接头盒结构有所区别，如密封圈外露会加速老化，缩短接头盒的使用寿命。

密封结构问题。接头盒底座与罩子的连接结构是接头盒密封的关键，一般通过挤压橡胶变形进行密封，这种密封结构应使密封面受力均匀，接触面应平整光滑，挤压力要合适，如果挤压力过大使橡胶永久变形损伤，压力过小会造成密封不良、影响接头盒的密封性能。此外，盒体与接头盒底座采用不锈钢带固定，盒体密封时，由于紧固钢带易扭曲、转动，所以现场紧固过程难以控制，会直接影响接头盒的密封质量。

1.2 施工工艺问题

在接头盒的施工过程中没有严格按照施工规范或者产品安装说明书进行操作，现场施工前，施工项目部未能对施工操作人员进行充分的操作培训。有些对产品安装说明理解有偏差，造成施工步骤错误，或者为了施工安装方便，省略操作流程和少安装一些零部件，施工工艺不到位都会造成接头盒的性能不良，随着长时间的运行，接头盒的问题就逐渐暴露出来[2]。本次故障接头盒配套的OPGW光缆为中心铝管结构，直径较粗，所以易被误认为光单元铝管在接头盒外部开剖，另外在开剥时容易损坏光纤单元铝管，这样会导致铝管与缆芯之间进入雨水，从而对光纤产生影响。

1.3 气候条件原因

接头盒故障当地的空气潮湿，特别是在冬季湿度较大时易在光缆固定处的外层铝包钢缝隙之间淤积潮湿空气（通俗称呼露珠），当气温骤降达到0℃时露珠开始结成冰，造成OPGW光缆固定处光缆体积增大，由此产生一个向缆芯内部方向的挤压力，再加上光纤保护管材质为塑胶软管极易受挤压，从而导致光缆纤芯衰耗增大或中断。本次故障接头盒内光纤保护管有大量防腐油膏溢出，说明光纤保护管受到了挤压，正是由于当地潮湿的气候条件，水气进入光纤单元内凝结，在低温时水气在铝管光纤单元结冰，造成对光纤保护管的挤压。

2 改进措施

2.1 设计改进

我单位对OPGW接头盒出现的问题进行分析，提出了接头盒设计改进方案：

更换密封件材料，提高耐老化性。接头盒的密封件一般采用乙丙橡胶，改进后采用耐老化硅橡胶材料，其具有更好的耐老化和抗低温性能，保证OPGW接头盒的密封持久，使其在整个线路运行过程中不会因橡胶部件老化而失效；光单元处锥型密封代替密封胶密封。接头盒光缆入缆口处一般通过人工涂抹胶水进行密封，存在人为操作的不确定性，有密封不良的隐患，改进后使用橡胶密封锥密封代替常规的密封胶，橡胶锥孔的大小根据OPGW光纤单元的直径尺寸定制，密封螺帽通过螺纹收紧的过程中对密封锥的楔形斜面产生法向作用力，从而挤压橡胶变形，填补光单元与橡胶锥孔间的缝隙，达到对光单元的密封效果。

改进盒体与底座的连接方式。盒体与接头盒底座原设计采用不锈钢带固定，盒体受不锈钢带向下的正压力，有可能会由于安装时盒体放置不竖直、盒体与密封圈受力不均匀而造成密封效果不良，通过改进接头盒结构，采用法兰结构将接头盒盒体用6个螺栓与底座连接，提高密封的可靠性与稳定性。

改进光缆夹具。本次故障接头盒接续的OPGW光缆为中心铝管式光缆，由于铝管强度低，在固定OPGW光缆时，夹具夹得太紧可能会损伤铝管，或者由于光缆外层铝包钢缝隙之间淤积雨水结冰后体积增大而挤压光纤单元铝管，因此在接头盒光缆夹具内表面集成一层软质的橡胶垫，使之在固定OPGW时能很好的保护光缆，不会对光缆挤压造成损伤，当OPGW光缆铝包钢丝内的水结冰体积增大时，橡胶垫能有一定的缓冲作用。

2.2 施工改进

施工是控制接头盒故障的重中之重的环节，要全过程进行监督，由于目前一般线路还没有专业的通信工程监理，很大程度上造成了对光缆接续工艺监督的缺少。所以，运行单位或管理部门应加强工程的中间验收环节，在光缆接续过程中，派专人到现场进行监督[3]。主要检查以下几个方面：光缆开剥是否损伤光纤，如果损伤光纤需重新开剥一段光缆；盘绕光纤是否存在跳纤用胶带纸粘贴的情况，这会对对接头盒后期运行存在风险；接头盒是否按照要求进行密封处理，施工工艺需要满足要求。

2.3 运行防范

目前工程中使用的OPGW接头盒绝大部分不具备试气条件，在OPGW线路运行期间很难做到对接头盒密封性能进行检查，一般通过检查接头盒的外观如光缆夹具处OPGW是否松动、紧固螺栓是否松动脱落、接头盒外壳体是否变形等异常情况进行确认。在线路停电检修时，可对接头盒进行抽检，对于运行10年以上的OPGW需进行重点抽检，检查接头盒内部是否有水气、橡胶圈是否老化，如发现接头盒出现密封问题应立即上报更换计划。

实际应用：将改进后的OPGW接头盒按照标准DL/T1899.1-2018《电力架空光缆接头盒第1部分：光纤复合架空地线接头盒》、YD/T814.2-2005《光缆接头盒第二部分：光纤复合架空地线接头盒》进行全套试验，试验结果完全满足标准要求，采用改进后的接头盒对故障段接头盒进行更换，对施工过程进行监督检查，满足施工工艺要求，经过6个月的运行，目前OPGW线路通讯正常。