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（一）耐低温光缆在青藏直流联网工程中的应用 青藏±400kV直流联网工程OPGW光缆线路是中国第一条高海拔、超低温地区长距离架空通信线路。青藏高原素有“世界屋脊”、“地球第三极”之称。青藏±400kV直流联网工程线路全长1038km，沿线平均海拔4500m，最高海拔5300m，温度范围为-55～+60℃，昼夜温差大，多风沙。 1. 青藏直流联网工程OPGW主要技术要求 青藏联网工程对所使用的OPGW光缆的光纤损耗、光纤由于温度变化引起的附加损耗有着严格要求，总结如下： ① 提出在1550nm波长下成缆光纤损耗≤0.18dB/km; ② 提出OPGW的环境使用温度最低为-55℃； ③ 提出OPGW在-55～+65℃的温度范围内，光纤损耗变化值<0.01dB/km。 2. OPGW研发中解决的关键技术 1）超低损耗光纤的选择 ① 超低损耗 ② 超低PMD值 2）耐低温光纤油膏的选择 工程委托光缆制造厂商联合3家光纤油膏厂商，特别研制了耐超低温的光纤油膏新材料。经试验，最终选择了A2光纤油膏作为工程实际使用产品。 3）光纤余长的优化设计 试验使用A2耐低温光纤油膏生产了一系列外径为2.5mm、不同一次余长的32芯光纤不锈钢管，长度约为3000m，并按照青藏直流工程的OPGW结构，采用相同的绞制工艺生产出光纤余长不等的OPGW。所成OPGW光缆内G.652D和ULL光纤每道工序的附加损耗均小于0.01dB/km；在-55～+65℃范围内，光纤附加损耗小于0.01dB/km，满足线路使用要求。 3.OPGW配套金具附件在-55℃的性能研究 （1）耐张线夹和悬垂线夹的低温握力试验 （2）OPGW光纤接头在-55℃的损耗变化 4.工程技术成果 青藏±400kV直流联网工程于2011年11月正式投入运行，至今已平稳运行5年,通过实际工程研究与应用，工程取得以下技术成果： ① 超低损耗光纤的成缆损耗明显低于普通G.652D光纤。 ② 超低损耗光纤经过着色、成管、成缆等工序后，光纤损耗增加值可控制在0.01dB/km，最终光纤损耗能控制在0.18dB/km，对于长距离通信很有意义。 ③ OPGW制造厂商必须优选耐-60℃低温的光纤油膏，并通过合适的光纤余长控制，确保在极端低温下OPGW的各项性能指标满足线路使用要求。 ④ 超低损耗、耐超低温OPGW在-60℃～+80℃的环境温度下，相对于20℃时的光纤附加损耗≤0.01dB/km。 ⑤ 对于采用超低损耗光纤的OPGW，OPGW制造商应充分考虑增大动态和静态弯曲半径，优化设计OPGW包装盘。  （二）-70℃极寒条件下的光缆性能研究 2016年由国网信通公司牵头，联合国内知名厂商及院校，对光缆及其金具附件的耐低温性能展开研究并进行了低温环境的实验室测试，对其在-70℃极寒条件下的技术应用进行了初步探索，为全球能源互联网建设提出了初步的通信解决方案。 1. 光纤光缆在-70℃极寒条件下的性能分析 1）测试材料 项目共选择了8款G.652光纤进行测试分析，其中前六种用于测试光纤损耗，后两种用于测试光缆损耗。 2）光纤在极寒条件下的损耗测试 针对光纤的低温损耗特性，本项目主要进行了光纤的连续降温低温损耗特性、连续升温低温损耗特性及持续低温损耗特性等三个方面的测试。 在连续降温测试中，No.1在降温过程中损耗变化相比其它光纤较大；No.2和No.5在20.3℃～-50℃区间损耗变化异常陡增；其余光纤在20.3℃～-50℃区间内损耗变化较平稳。当温度降低到-55℃时，所有光纤的损耗均有所增大，且当温度低于-60℃时，损耗明显增大使得绝大多数光纤无法满足使用要求。 在连续升温测试中（-70℃～-55℃），6种光纤相对损耗普遍降低，说明由温度降低引起的光纤损耗是可逆损耗，当温度回升后损耗也会相应减小。 3）光缆在极寒条件下的损耗测试 针对OPGW光缆的低温损耗特性，主要测试内容包括：不同纤膏成缆后的低温损耗特性比较、不同金属管材成缆后的低温损耗特性比较以及有光纤填充油膏光缆与无光纤填充油膏光缆的低温损耗特性比较。 通过比较有光纤填充油膏光缆和无光纤填充油膏光缆的损耗特性可知，在极端低温环境下，使用其它阻水材料代替纤膏会使光缆拥有更好的损耗特性，即无纤膏光缆具有更好的耐低温性能。通过对使用不同光纤填充油膏所制光缆的损耗特性进行比较可知，当温度高于-50℃时，国产纤膏与进口纤膏的性能十分接近；而当温度低于-50℃时，进口纤膏的性能要明显优于国产纤膏。通过对使用不同管材所制光缆的损耗特性进行比较分析发现，在极端低温环境下，使用铝管所制光缆的性能要优于使用钢管所制光缆。 2. 光缆金具在-70℃极寒条件下的性能分析 1）低温环境下制约光缆金具性能的因素 研究通过对各类光缆金具进行调研，给出了制约光缆金具低温性能的具体因素。 2）提高光缆金具耐低温性能的措施 由于在极寒条下对光缆金具进行测试的方法和条件尚无标准，项目没有对金具进行进行耐低温性能测试，但是，针对未来光缆金具耐低温性能的研究与测试，给出了一些方案及建议。首先，需要对金具产品的结构进行重新设计与优化并选择合适的工艺进行加工。其次，现有标准下的温度循环试验条件没有覆盖极寒气候条件下的极端低温。因此有必要研究光缆金具在极寒条下进行测试的方法和条件。 （三）未来研究展望 针对光缆及其金具附件在-70℃条件下的耐低温性能只开展了初步研究，因此很多关键问题并没有深入展开讨论，这就要求我们在今后的研究中继续不断探索。极寒条件下光缆应用的后续研究主要有以下两个潜在研究方向。 1）新型耐极寒OPGW光缆的研究与试制。 2）新型耐极寒光缆金具的研究与试制。 （四）总结 本报告对光缆的低温性能进行了理论分析，并对光缆及其金具附件在极寒环境下的应用与研究进行了调研。通过理论分析可知，光缆及其相关金具附件的低温性能主要受到光纤涂料、光纤填充油膏、金属材料以及其它一些非金属材料低温性能的制约。通过对现有研究与应用的调研可知，目前国内实际应用的最耐低温OPGW光缆是正在运行的青藏±400kV直流联网工程配套OPGW线路，其设计指标可满足在-55℃极寒环境下使用。对于可应用于-70℃极寒环境下的光缆，目前只有国网信通公司牵头进行了初步研究，后续理论研究与产品研发还需要进一步推进。 |
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