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1 OPGW简介 光纤通信是以光波为载体，以光导纤维为传输媒质，将信号从一处传输到另一处的一种通信手段。光纤复合架空地线(OPGW)是电力特种光缆的一个重要发展方向，小到35kV架空线路大到特高压线路均有采用。随着电力系统管线通信网络的建设，OPGW开始被大规模采用。但由于过去对雷击造成的光纤复合架空地线(OPGW)断股影响的认识不足，造成运行过程中的OPGW耐雷性能地下，国家电网公司出台反事故措施后情况大为改观。现在运行过程中鲜见OPGW断股事故。现在我们可以看到架空输电线路采用两根镀锌钢绞线作为地线的情况越来越少，基本上新建的线路都会采用OPGW和铝包钢做架空地线。 电力特种光缆：有别于传统光缆的附加于电力线或加挂于电力杆塔上的光缆,包括OPGW、ADSS 和OPPC 光缆等。 关于OPGW的概念定义有以下几种： 光纤复合架空地线(OPGW),一种具有传统架空地线和通信能力的双重功能的线。（Q/GDW 761-2012）。 光纤复合架空地线：一种含有光纤的架空地线，具有架空地线和光通信等多重功能。（DL/T 832-2016） 光纤复合架空地线：用于高压输电系统复合光纤的新型结构的地线，具有普通架空地线和通信光缆的双重功能。（JB/T 8999-2014） Optical ground wire (OPGW):OPGW cable has the dual performance functions of a ground wire with telecommunications capabilities. (IEEE Std 1138-2009) 国内标准中均用optical fiber composite overhead ground wires 翻译光纤复合架空地线，我们可以看到IEEE 1138-2009 的描述就是optical ground wire，建议国内规范在用英文描述的时候多多参考土生土长的说法，做到真正的与国际接轨。 虽然上述规范标准对OPGW的解释不是很一致，但是很明确的就是OPGW具备了电力线路地线和光纤通信双重功能。OPGW作为一种新兴的信息传输通道，近几年在我国得到了迅速发展，它具有通信容量大、抗干扰、安全可靠、不占用线路走廊的特点；同时它将通信光缆和高压输电线路地线巧妙地结合成一个整体，其良好的机械性能和导电性能不仅满足普通地线的防雷要求，还因具备良导体良好的屏蔽作用，可大大减小送电线路对邻近弱电线路的电磁危害。 2 OPGW结构形式 根据OPGW组成部件和结构的不同，分别对OPGW进行以下分类。 2.1按光单元保护管材质不同，OPGW 结构型式分为不锈钢管型 OPGW 和铝管型 OPGW（包括铝包不锈钢管型 OPGW）。 2.2按照光单元在OPGW结构中所处的位置不同，OPGW结构型式分为中心管式结构和层绞式结构。 2.3 对于不锈钢管型 OPGW，按光单元数量，OPGW 结构型式分为单光单元 OPGW、双光单元 OPGW和多光单元 OPGW。 2.4按绞层和绞合单线材料，OPGW 结构型式分为全铝包钢结构（绞合单线均为铝包钢线）和混绞结构（绞合单线包括铝包钢线和铝合金线）。 2.5对于单个光单元的 OPGW，中心管式结构如图a）所示，层绞式结构如图b）和c）所示；两个光单元的 OPGW 结构如图d）和图e）所示。铝管型 OPGW 结构如图f）和图g）所示。 3 OPGW型号 目前OPGW执行的标准有： IEEE 1138-2009 电力事业用电线的复合光纤架空地线的建造标准 IEC 60794-4-2003 光纤电缆 第4-1部分:组合规范-输电线路用架空光纤电缆. GB/T 7424.4-2003 光缆-第4部分：分规范光纤复合架空地线 DL/T 832-2016 光纤复合架空地线 JB/T 8999－2014 光纤复合架空地线 在DL/T 832-2016 光纤复合架空地线 中对OPGW的型号规定如下： 4 OPGW通信线路设计 4.1OPGW分流及分流地线 地线型号通常由线路电气专业提出，线路通信保护专业为了提高地线短路电流分流作用，提出采用截面较大电阻较低的分流地线以避免OPGW不被短路电流烧坏。当线路发生单相短路接地时，地线会承担较大的短路电流，使得地线产生高温，为了避免地线机械强度明显下降，其温升不应超过允许值。地线验算短路热稳定的允许温度，钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线取200℃，铝包钢绞线取300℃，镀锌钢绞线取400℃，OPGW光缆通常取200℃。当短路发生在终端杆塔附近时，通过地线的短路电流最大。根据设计经验可知，通过杆塔入地的短路电流通常为15～20%左右，通过地线的短路电流通常为80～85%左右。在保守计算的时候可以取90%-95%短路电流流经地线进行计算。 通常采用网孔法计算地线短路电流，将每个档距作为一个网孔，如下图所示。 图中Zi为两根地线的综合自阻抗，Zmi为导地线之间的互阻抗，Ri为杆塔接地电阻，Ij为地线短路电流，IK1和IK2为短路点两侧导线单相短路电流。根据网孔法可列出N阶方程式求出地线短路电流。 上列公式可采用电压矩阵表示为 为了简化计算，通常按照线路平均档距Lcp（m）确定网孔个数。线路总长度为Lm（km），两侧变电站龙门架至终端塔的距离取50m，则网孔个数为N=（Lm×1000-100）/Lcp。第0#和第N#的杆塔接地电阻为变电站接地网的接地电阻取0.5Ω。当线路长度小于4km时，除龙门架接地电阻取0.5Ω外，全线杆塔接地电阻取10Ω。当线路长度大于4km时，变电站进出线2km的杆塔接地电阻取10Ω，其余杆塔接地电阻取20Ω。 根据网孔法计算可知短路点两侧的地线电流的较大值I0，当复合光缆阻抗为Z1，分流地线阻抗为Z2时，可以得到地线的实际短路电流。 复合光缆的实际短路电流： 分流地线的实际短路电流： 根据地线允许短路电流/地线实际电流≥1.1的要求，可以合理选择OPGW和分流地线的截面和型号。 4.2 热稳定校验及短路电流容量 《光纤复合架空地线（OPGW）标准类型技术规范》(QGDW 761-2012)、《光纤复合架空地线》(DL/T 832-2016)、《光纤复合架空地线》(JB/T 8999-2014)提供的计算公式如下： 对OPGW，承载的额定短路电流按下式计算： 额定承载电流密度Sthr由下式给出： 短路电流热容量按下式计算： 关于地线验算短路电流热稳定允许电流在已废弃的规范《110～500kV架空送电线路设计技术规程》（DL/T5092-1999）以及《高压直流架空输电线路设计技术规程》(DL/T 5497-2015)中计算公式如下： t1 —电线初始温度，通常取40℃； t2—电线热稳定最高允许温度℃，钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线取200℃，铝包钢绞线取300℃，镀锌钢绞线取400℃，OPGW光缆通常取200℃。 T —计算热稳定的短路时间，通常330kV及以下线路短路时间取0.3s，500kV及以上线路短路时间取0.5有经验的也可取0.25s。对于改造地线的线路，因另一根与OPGW配合的分流地线截面可能较小并且利旧，这是分流地线的短路电流持续时间可分别对待，可较OPGW短路电流持续时间小0.05-0.1s。 热稳定短路时间T=Tm+To+Tf，其中Tm为主保护动作时间取0.1～0.12s，to为断路器开断时间取0.06 s，Tf为断路器失灵保护动作时间取0.3～0.5s。 当系统发生短路时，绝大多数断路器在0.1～0.2s时间内会自动跳闸，只有当断路器出现失灵发生拒动时，后备保护才会在0.3～0.5s时间内发生动作。 该公式只适用于单一材料，热量不向外扩散的情况。规范《110～500kV架空送电线路设计技术规程》（DL/T5092—1999）在条文说明中介绍了如果应用在钢芯铝绞线等情况下需要进行两项修正，但鉴于课题尚未完善，没有给出如何修正。虽然《高压直流架空输电线路设计技术规程》(DL/T 5497-2015)沿用了该公式，对于如何使用也是没有明确，故我们不推荐采用。我们推荐采用《交流电气装置的接地设计规范》(GB/T 50065-2011)附录E的计算公式： 关于接地故障的等效持续时间在《交流电气装置的接地设计规范》(GB/T 50065-2011)附录E中也有详细的规定，大家可以自行查阅。 4.3防雷及耐雷 OPGW光缆雷击后的损害现象与架空地线雷击后的损害现象相似，主要表现为外层绞线被雷击后形成熔斑或熔化断裂。目前发现OPGW光缆断股大多数是外层铝合金绞线，也有少数是铝包钢线被雷击断股的情况。OPGW光缆雷击断股的现象主要有两种: 1)在电弧的高温作用过程中直接发生熔化断股，股线的断口呈圆球状; 2)电弧的高温后呈熔融状态，股线的机械性能大大降低，在外力的作用下被拉断, 断口成不规则的拉断痕迹。 结合论文《OPGW光缆雷击断股机理和耐雷水平的提高》提出的方法，我们可从以下几方面提供OPGW的耐雷水平： A）在高压输电线路路径的选择上,尽量避开雷电活动频繁地区的四周山地、中间凹的地带, 坡度变化大的山坡,地表层下面有金属矿藏的地带和靠近水塘的地区。以便减少输电线路受雷击的概率； B)降低输电线路杆塔的接地电阻，提高输电线路的耐雷水平。在输电线路两端变电站进出线段1-2km的范围内,其杆塔的工频接地电阻不宜大于10Ω,其他线路段不宜大于30Ω;这个方法主要是降低流经OPGW的短路电流，有的做法甚至是将第一基杆塔的接地与变电站的接地网相连。 C）选用与OPGW光缆匹配的良导体地线或增大分流地线的截面积，以提高良导体地线的分流系数,降低雷击时流过OPGW光缆的雷电流。 D）在满足档中导地线配合要求的S≥0.012L+1的要求和杆塔荷载的条件下，尽量选用多层结构的大截面积OPGW光缆，避免采用单层结构的OPGW光缆。 E）在OPGW光缆的外层绞丝与内绞丝之间设计一定的空气间隙，有利于雷击产生的高温热量快速散发，延长热量扩散至内层绞线和光纤的时间，避免过热烧断纤芯。 F）OPGW光缆的外层绞丝主要由铝合金线(AA线)和铝包钢线(AS线)组成，铝包钢线具有良好的导电性能，其熔点和机械强度均高于铝合金线，在电弧高温下不易出现熔断，即使产生一定程度的熔蚀也不易被拉伸断裂。因此，OPGW光缆外层选用全AS线，从总体上有利于提高OPGW光缆的耐雷水平，减少OPGW雷击断股的概率。 G）符合《国家电网公司十八项电网重大反事故措施(修订版)》规定：架空地线复合光缆（OPGW）外层线股110kV及以下线路应选取单丝直径2.8mm及以上的铝包钢线；220kV及以上线路应选取单丝直径3.0mm及以上的铝包钢线，并严格控制施工工艺。 4.4机械特性 光纤复合地线(OPGW)的机械特性计算和我们的导线以及地线的计算方法是相同的。我们在选择OPGW时需要满足《电力系统同步数字系列(SDH)光缆通信工程设计技术规定》(DL/T 5404-2007)的规定：分流OPGW和线(地线)的弧垂特性应与OPGW的设计弧垂特性相匹配。这一条虽然没有指明工况，我们一般设计的时候都按年平均运行工况(＋15℃、无风)进行考虑。这条从视觉上比较好理解，两条地线一高一低总是给人不舒服的感受。 OPGW的设计安全系数应大于2.5，且不得小于导线的设计安全系数；在悬挂点的设计安全系数应大于2.25.在稀有风速或稀有覆冰验算气象条件下，OPGW在悬挂点的最大张力不宜超过额定拉断力的66%。 4.5防振措施 《电力系统同步数字系列(SDH)光缆通信工程设计技术规定》(DL/T 5404-2007)规定：OPGW的平均运行张力不宜大于额定拉断力的20%，并应根据年平均运行张力的上限，采取相应的防振措施。直径20mm及以上重冰线路、大跨越线路，宜根据运行经验采取相应的防振措施。 4.6配盘 OPGW的盘长配置应综合考虑施工、运行维护等因素，盘长计算应计及OPGW实际线长、施工用线长度、两侧引下线长度及光缆两次熔接长度，一般宜取3～4km；盘长计算中，两侧引下线长度根据光缆接头处的杆塔高度确定，光缆两次熔接长度一般可取10m。根据相关制造商的经验和有关工程的实际检验表明,通常配盘长度可按下式进行: Lopgw=α?L+2?(H1+H2 )+2?B+λ 式中：Lopgw表示配盘长度(米)； L表示路径长度(米)； α表示长度系数，平地：1.02-1.03、丘陵1.03-1.04、山地：1.06-1.08； H1 、H2表示光缆输入端和光缆输出端杆塔高度； B表示牵引预留长度，通常取6-10米； λ表示预留两次熔接长度，通常取10米。 4.7金具 4.7.1耐张线夹 组成：内层预绞丝、外层预绞丝、嵌环等。 用途：承受张力，将光纤复合架空地线(OPGW)悬挂在耐张杆塔上。 特点：OPGW用预绞式耐张线夹结构简单，其预绞丝双股绞合形成空心管，后部为预成型的绞环。预绞丝双股绞合形成的空管缠绕在光缆上时产生极强的握紧力，能承受微风振动的影响。 组成：内层预绞丝、中层丝、外层预绞丝、嵌环等。 用途：承受张力，将光纤复合架空地线(OPGW)悬挂在耐张杆塔上。 特点：主要用于大跨越、大高差、重冰区等特殊地方。握紧力大。 4.7.2悬垂线夹 组成：内层预绞丝、外层预绞丝、悬垂挂头、U型卡、橡胶衬垫等。 用途：起支撑作用，将OPGW悬挂于直线杆塔上。 特点：采用优质的铝合金材质制造，机械性能及抗腐蚀能力优秀，应力分布均匀，无明显应力集中，保证了线夹强度，延长了使用寿命。预绞式悬垂线夹的护线条在悬垂点两侧握紧OPGW可以承受较高的不平衡荷载，从而避免了光缆滑移。预绞式悬垂线夹觉有极好的弹性和韧性，与普通刚性较强的硬铝护线条相比，极好的抗老化、防松动。 组成：内层预绞丝、外层预绞丝、悬垂挂头、U型卡、直角挂环、橡胶衬垫等。 用途：起支撑作用，将OPGW悬挂于直线杆塔上。 特点：采用优质的铝合金材质制造，机械性能及抗腐蚀能力优秀，应力分布均匀，无明显应力集中，保证了线夹强度，延长了使用寿命。预绞式悬垂线夹的护线条在悬垂点两侧握紧OPGW可以承受较高的不平衡荷载，从而避免了光缆滑移。预绞式悬垂线夹觉有极好的弹性和韧性，与普通刚性较强的硬铝护线条相比，极好的抗老化、防松动。主要用于重要的交叉跨越档。 4.7.3防振设施 防振锤是一种调节频率减振器，对于大直径OPGW，具有非常有效的防振效果。其基本原理是动态吸收能量。通常情况下，调频率减振器都有一个特定的频率特征范围。常用用于轻冰区，安装必须配予护线条。 4.7.4 余缆架、接头盒
4.8其他注意事项 4.8.1《电力系统同步数字系列(SDH)光缆通信工程设计技术规定》(DL/T 5404-2007)规定：接头盒宜安装在指定杆塔距地面5m以上。特种光缆引下线宜每隔2m安装一个卡具将其固定，引下线的最小允许弯曲半径应满足产品要求。广东省《光纤复合架空地线设计深度和技术规定》中要求接头盒安装在离地面7m以上的位置。 4.8.2《电力系统通信光缆安装工艺规范》(QGDW 758-2012)规定：光缆引下应顺直美观，每隔1.5 m～2m安装一个固定卡具，防止光缆与杆塔发生摩擦。引下光缆与站内构架间宜采用匹配的固定卡具加绝缘橡胶进行固定，与构架构件间距不应小于20 mm。 4.8.3通常我们在构架侧要进行三点接地，如下图： OPGW 光缆接续盒门构架安装示意图 4.8.4通常我们在设计线路设会涉及到OPGW的布置方式需要明确，因此我们需要出具地线布置示意图。 4.8.5关于OPGW的分段绝缘：论文《OPGW接地方式研究及分段绝缘方案设计》介绍了双地线系统四种地线接地方式组合： a)OPGW逐塔接地+分流地线逐塔接地 b)OPGW逐塔接地+分流地线单点接地 c)OPGW单点接地+分流地线单点接地 d)OPGW全线绝缘+分流地线单点接地 通过该论文的算例可以发现OPGW采用单点接地或全线绝缘方式可以大大降低电能损耗。虽然分流地线或OPGW采用全线绝缘或分段绝缘运行，地线上的感应电流很小，能够降低损耗，但地线上的感应电压会高出很多，给线路运行维护带来了很多隐患。目前国内的220kV及以下架空地线大多数仍采用逐塔接地，关于分段绝缘的方案请自行查阅《OPGW接地方式研究及分段绝缘方案设计》这篇文。 4.8.6在进行旧线改造的时候要注意地线支架强度校核。 5 小结 本文提供了OPGW的一个设计思路，上述设计流程在实际工程中已经得到认证，如果有不同看法可以通过留言或者联系作者成都老于jddpyl@qq.com。欢迎您的批评指正。 
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