Discussion on the Engineering Applications of
Fiber-optic Communication In Electric Power System
ZHOU Ning-cui
（Hubei Electric Power Ccompany Hubei Wuhan 430077,China)
Abstract: Four kinds of special optical fiber used in electric power system are introduced.The structures and characterisitics of ADSS and OPGW,some problems in engineering application and how to choose optical fiber cable in different projects are discussed in details.The design on optical fiber transmission attenuation is also introduced.
Key words: Optical fiber cable’s structures and features；Engineering application；Design of transmission attenuation
电力系统有强大的电力网，遍布全国的城市和农村，借助于电力线路及杆塔建设光纤通信网是完全可行的。并且可以为发展电网自动化和新型继电保护提供宽频通道。目前，电力系统的城网和农网改造也为电力通信的发展带来了极好的机遇，许多省、地(市)电力局和县电力局都纷纷建设光纤电路，为实现宽带综合业务数字网(B-ISDN)做好充分准备。现就电力系统专用的几种特殊光缆的特点、架设方式，城网改造中光缆选择应用时必须注意的问题，及光纤的传输衰减设计等几个方面作一探讨。
1 电力系统专用的几种特殊光缆
电力系统专用的特殊光缆有4种：无金属捆绑式光缆(AD-Lash)、无金属缠绕式光缆(GWWOP)、无金属自撑式光缆(ADSS)、架空地线复合光缆(OPGW）。
无金属捆绑式架空光缆(AD-Lash)和无金属缠绕式光缆(GWWOP)是在电力线路上建设光纤通信网络的一种既经济又快捷的方式，它们用自动捆绑机和缠绕机将光缆捆绑和缠绕在地线或相线上。它们共同的优点是：光缆重量轻、造价低、安装迅速。在地线或10 kV/30 kV相线上可不停电安装。它们共同的缺点是：由于都采用了有机合成材料做外护套，因此都不能承受线路短路时相线或地线上产生的高温，都有外护套材料老化问题，施工时都需要专用机械，因此在电力系统中都未能得到广泛的应用。
1．1 无金属自承式架空光缆(ADSS)
1．1．1 ADSS光缆的种类
目前世界上ADSS光缆的结构主要有4种类型(见图1)。
A型：中心束管式ADSS光缆；
B型：层绞式ADSS光缆；
C型：分布式增强型ADSS光缆；
D型：带状式ADSS光缆。
其中A型与B型在电力系统中应用较广泛。
图1 几种无金属自承式架空光缆（ADSS）的结构图
1．1．2 ADSS光缆的特点
采用了具有高弹性模量的高强度芳纶纱作为抗张元件。芳纶纱弹性模量高、重量轻、具有负膨胀系数、有防弹能力。同时光缆几何尺寸小，缆重仅为普通光缆的三分之一，可直接架挂在电力杆塔的适当位置上，对杆塔增加的额外负荷很小；
外护套经过中性离子化浸渍处理，使光缆具有极强的抗电腐蚀能力；
光缆采用无金属材料，绝缘性能好，能避免雷击，电力线出故障时，不会影响光缆的正常运行；
利用现有电力杆塔，可以不停电施工，与电力线同杆架设，可降低工程造价；
运行温度范围宽：－40～＋70℃；
使用跨距范围：50～1200m。
1．1．3 使用ADSS光缆需注意的特殊问题
在电力系统中采用ADSS光缆具有很多优越性，但是根据ADSS光缆多年运行经验和研究发现，在光缆设计时，除考虑光缆挂点的电场强度，杆塔受力等问题外，还应考虑采取措施减少下述2个因素对ADSS光缆造成的损害。
（1）“干带电荷”放电现象：光缆在空气污染和雨水作用下表面会形成污层，在不均匀电场中会产生泄漏电流并加热污层。由于污层沿表面分布不均匀，污层被泄漏电流加热也不平衡。在电流密度最大且污层最薄的地方，水分迅速蒸发、变干，电阻增大，沿表面电压分布会随之改变，大部分电压降落在该部分，结果这部分将出现火花放电通道，形成放电电弧。如泄漏电流进一步增大，电弧将逐步拉长而发展成沿光缆表面的闪络，使光缆外护套烧伤、炭化，进而损坏光缆。在光缆靠近杆塔的连接处，电场电压分布变化最大，由于重力和弧垂的作用也使该处污层分布最不均匀，因此是放电最容易发生的部位。“干带电荷”放电现象见图2。
图2 “干带电荷”放电示意图
（2）导线“鞭击”现象：在风力的作用下导线会产生摆动而碰击光缆，由于光缆表面有污层、潮湿等，在导线接触光缆表面污层介质时，会产生放电而灼伤光缆表面，严重时可导致光缆烧损。导线“鞭击”光缆现象见图3。
图3 导线“鞭击”光缆现象示意图
1．1．4 ADSS光缆工程设计需考虑的问题
（1）选择电场强度较小处（≤25kV)作为光缆挂点。工程设计时应将线路资料(线路电压等级、线路回数、导线布列、杆塔结构、路由参数、导线参数等)，线路环境资料(大气温度范围、最大风速、复冰厚度、污染程度等)及光纤芯数等告知光缆生产厂家，以便光缆生产厂家根据杆塔结构做出空间电势分布图，提出光缆在杆塔上的最佳挂点。
（2）根据光缆所处电场强度选择光缆外护套材料。当空间电势≤12kV时，光缆外护套采用黑色高密度聚乙烯外护套(HDPE)，此情况一般出现在110 kV及以下线路。当空间电势在12～25 kV时，光缆外护套采用黑色高密度抗电痕外护套(AT)，此情况一般出现在110 kV以上线路。
（3）在污染较重的地区，需对光缆进行特殊处理，减少表面污层形成。路由选择时应尽量避开盐雾污染区。
（4）根据导线和光缆的温度特性及运行条件，合理确定光缆挂点及弧垂，尽量避免发生导线“鞭击”光缆现象。同时还要考虑ADSS光缆与其他建筑物、树木和电力线路的最小垂直距离及交叉跨越距离，各种情况的安全距离要求如下：
对居民区 ＞6m
对非居民区 ＞5．5m
跨越房屋屋顶时 ＞1m
跨越树木的树顶时 ＞1．5m
对通信线交叉跨越距离 ＞1m
对公路交叉跨越距离 ＞6m
最大风偏时对建筑物的距离 ＞1m
对10 kV电力线交叉跨越距离 ＞2m
对35 kV电力线交叉跨越距离 ＞3m
对低压线交叉跨越距离 ＞1m
对铁路交叉跨越距离 ＞7．5m
对航船桅杆顶距离 ＞1m
（5）为了安装及维护方便，通过配盘一定要使ADSS光缆的接头位置落在耐张塔上。
1．2 架空地线复合光缆(OPGW)
1．2．1 OPGW光缆的种类
OPGW光缆是电力系统特有的一种通信方式，它具有2种功能，其一是作为输电线路的防雷线，对输电导线抗雷闪放电提供屏蔽保护；其二是通过复合在地线中的光纤，作为传送光信号的介质，可以传送音频、视频、数据和各种控制信号，组建多路宽带通信网。目前电力系统主要使用以下几种结构的OPGW光缆(见图4)。
图4 几种OPGW光缆结构示意图
1—光纤；2—不锈钢钢管(铝管／塑管)；3—铝包钢线；
4—铝合金线；5—螺旋型带槽铝合金骨架；6—镀锌钢管
A、C型：中心束管式OPGW光缆
B型：偏管层绞式OPGW光缆
D型：骨架式OPGW光缆
由图可见OPGW光缆的铠装层是起屏蔽和防雷作用的元件，它既是短路电流的直接承受者也为缆芯提供保护作用。铠装层是根据地线的电气要求和机械特性，由铝合金线、镀锌钢绞线和高强度的铝包钢线配合组成的，铝线提供导电性能，钢线提供所需的机械特性。为了适应不同的工程需要，OPGW光缆的铠装层又分为单层、双层及3层等3种结构。
