电力系统光纤通信线路常用光缆的简单介绍

概述

1.1 什么是光纤通信

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。

1.2 光缆通信的优点

光纤通信与以往的电气通信相比，主要区别在于有很多优点：它传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻，原料为石英，节省金属材料，有利于资源合理使用；绝缘、抗电磁干扰性能强；还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点，可在特殊环境上使用。

1.3 光纤通信在电力系统中应用发展

电力系统通信网是我国专用通信网中规模较大、发展较为完善的专网。随着通信网络光纤化趋势进程的加速，我国电力专用通信网在很多地区已经基本完成了从主干线到接入网向光纤过渡的过程。目前，电力系统光纤通信承载的业务主要有语音、数据、宽带业务、 IP等常规电信业务；电力生产专业业务有保护、安全自动装置和电力市场化所需的宽带数据等。特别是保护和安全自动装置，对光缆的可靠性和安全性提出了更高的要求。可以说，光纤通信已经成为电力系统安全稳定运行以及电力系统生产生活中不可缺少的一个重要组成部分（公众号：输配电线路）。

光纤通信在电力通信中的应用最初是沿用电信部门传统的地埋、管道、架空等方法敷设普通光缆，构成电力光纤通信系统。随着技术的进步，到了上世纪的七、八十年代，一些有别于传统光缆的附加于电力线和加挂于电力杆塔上的光电复合式光缆被开发出来，这些光缆被统称为电力特种光缆。电力系统光纤通信与其它光纤通信系统最大区别之一就是通信光缆的特别性。电力特种光缆受外力破坏的可能性小，可靠性高，虽然其本身造价相对较高，但施工建设成本较低。经过多年的发展，目前电力特殊光缆制造及工程设计已经成熟，特别是 OPGW和ADSS技术，在国内电力特殊光缆已经开始大规模的应用，如三峡工程中的长距离主干OPGW光缆线路等。特种光缆依托于电力系统自己的线路资源，避免了在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾和纠葛，有很大的主动权和灵活性。

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线路，为实现宽带综合业务数字网(B-ISDN)做好充分准备。

2常用电力光缆

2.1 GYFTZY非金属阻燃光缆

GYFTZY非金属阻燃光缆（一般电力光缆采用层绞式）严格来说不属于我们电力光缆用的特种光缆。但我们电力光缆线路进变电站时，变电站具有强电的场合，同时对防雷性及阻燃型要求很高，所以就需要采用非金属材料、阻燃性好的光缆，所有我们在进变电站段一般会采用GYFTZY非金属阻燃光缆。可能有人会说，我看可以采用ADSS全介质自承式光缆，根据ADSS全介质自承式光缆的使用条件也适用于雷电区，强电区，但相对于GYFTZY非金属阻燃光缆普通光缆，成本要高，性价比不高（公众号：输配电线路）。

我们先通过GYFTZY的字母了解该光缆的性能，GY为通信用室外光缆；F为非金属加强件；T为填充式阻水；Z为阻燃；Y为聚乙烯护套。通过以上知道其技术特点为阻燃护套，松套管内填充特种油膏，对光纤进行关键性保护，全截面阻水结构，确保光缆良好的阻水防潮性能，高模量玻璃纤维增强塑料棒（FRP）中心加强构件，光缆为全介质（非金属）结构，重量轻，敷设方便，抗电磁能力优良，适用于电力系统及多雷地区。本光缆在站内一般穿管方式敷设。最小弯曲半径敷设时20倍光缆外径；敷设完成后工作时10倍光缆外。

2.2 ADSS全介质自承光缆

层绞式

ADSS全介质自承式光缆（All Dielectric Self-Supporting Optical Fiber Cable，简称ADSS光缆），ADSS光缆在220kV 、110kV 、35kV电压等级输电线路上广泛使用，一般用于已建线路上。全介质即光缆所用的是全介质材料，自承式是指光缆自身加强构件能承受自重及外界负荷。这一名称就点明了这种光缆的使用环境及其关键技术：因为是自承式，所以其机械强度举足轻重；使用全介质材料是因为光缆处于高压强电环境中，必须能耐受强电的影响；由于是在电力杆塔上架空使用，所以必须有配套的挂件将光缆固定在杆塔上（公众号：输配电线路）。

由于ADSS光缆是与高压电力线同路架设，所以其表面除要求与普通光缆一样抗紫外线辐射之外，还要求能长期经受高压强电环境的考验。光缆与高压相线及其与大地之间的电容耦合会在光缆表面产生不同的空间电位。在雨雪冰霜等气象环境及尘垢作用下，电位差在潮湿污秽的光缆表面局部引起漏电流，产生的热效应使光缆表面部分区域水分被蒸发，在蒸干的瞬间，漏电流中断从而产生电弧和较大热能，积累的热能会灼伤光缆表面，形成象树枝状的痕迹，这就是所说的电痕。天长日久外护层老化受损，由表及里，芳纶纱老化机械性能降低，最终就会出现光缆断裂。主要从两方面来解决这个问题。一是采用专用耐电痕护套料来挤制芳纶纱外的外护层，即采用AT耐电痕护套来减少强电对光缆表面的电痕腐蚀；另外通过专业软件对电力杆塔上的空间电位分布进行计算并绘制出电场强度分布图，根据这一科学依据来确定光缆在杆塔上的具体悬挂点，这样来避免光缆受更强的电场作用。ADSS光缆在不同的电力路线采用不同的护套，最常见的ADSS护套有两种，PE护套和AT护套。PE护套，普通的聚乙烯护套，用于350KV及以下电力线路。AT护套，抗电痕护套，用于110KV及以上电力线路。

2.3 OPGW光纤复合地线

OPGW光缆，Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire（也称光纤复合架空地线）。把光纤放置在架空高压输电线的地线中，用以构成输电线路上的光纤通信网，这种结构形式兼具地线与通信双重功能，它具有两种功能：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；二是通过复合在地线中的光纤来传输信息。 OPGW是架空地线和光缆的复合体，但并不是它们之间的简单相加。

OPGW光缆主要在500kV 、220kV 、110kV电压等级线路上使用，受线路停电、安全等因素影响，多在新建线路上应用。 OPGW光适用高压超过110kV的线路，档距较大(一般都在250m以上)；易于维护，对于线路跨越问题易解决，其机械特性可满足线路大跨越；OPGW外层为金属铠装，对高压电蚀及降解无影响；OPGW在施工时必须停电，停电损失较大，所以在新建110kV以上高压线路中应该使用OPGW；OPGW的性能指标中，短路电流越大，越需要用良导体做铠装，则相应降低了抗拉强度，而在抗拉强度一定的情况下，要提高短路电流容量，只有增大金属截面积，从而导致缆径和缆重增加，这样就对线路杆塔强度提出了安全问题。常见的OPGW结构主要有三大类，分别是铝管型、铝骨架型和(不锈)钢管型。

2.4 OPPC光纤复合相线

光纤复合架空相线OPPC（Optical Phase Conductor）是一种新型的电力特种光缆，是将光纤单元复合在相线中的光缆，具有相线和通信的双重功能，OPPC光缆的设计适用任何新建的中低压输电线路，主要用于110kV以下电压等级线路，尤其是35 kV 以下的配电线路，有些是可不架设地线的，因此不可能安装OPGW。在所有的电网中，唯有相线是必不可少的，为了满足电力监控或光纤联网的要求，OPPC与OPGW技术比较接近，在传统的相线结构中以合适的方法加入光纤单元，就成为光纤复合相线（公众号：输配电线路）。

2.5 MASS金属自承光缆

金属自承光缆MASS(Metal Aerial Self Supporting)。从结构上看，MASS与中心管单层绞线的OPGW相一致，如没有特殊要求，金属绞线通常用镀锌钢线，因此结构简单，价格低廉。MASS是介于OPGW和ADSS之间的产品。MASS作为自承光缆应用时，主要考虑强度和弧垂以及与相邻导/地线和对地的安全间距。它不必像OPGW要考虑短路电流和热容量，也不需要像OPPC那样要考虑绝缘、载流量和阻抗，更不需要像ADSS要考虑安装点场强，其外层金属绞线的作用仅是容纳和保护光纤。在破断力相近的情况下，虽然MASS比ADSS重，但外直径比中心管ADSS约小1/4，比层绞ADSS 约小1/3。在直径相近情况下，ADSS的破断力和允许张力却要比MASS小得多。

2.6 OPAC附加型光缆

无金属捆绑式架空光缆AD-Lash (All Dielectric Lashed Cable)和无金属缠绕式光缆GWWOP(Ground Wire Wrapped Optical Fiber Cable) 光缆有时被统称为附加型光缆 ——OPAC，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，其共同的优点是：光缆重量轻、造价低、安装迅速。在地线或 10 kV/35 kV相线上可不停电安装；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，在施工作业性、安全性等方面问题较多，而且其容易受到外界损害，如鸟害、枪击等，因此在电力系统中都未能得到广泛的应用。但在国际上，这类技术并没有被淘汰或放弃，仍在相当的范围内应用。

2.7 光纤复合电缆

光纤复合电缆主要与OPPC类似，将光纤单元复合与电缆中，让电缆具有相线和通信的双重功能。光纤复合电缆有光纤复合低压电缆OPLC、光纤复合中压电缆OPMC及现在开始在高压电缆上使用的光纤复合高压电缆（如110kV海底电力电缆、220kV海底电力电及部分陆缆）。

光纤复合低压电缆OPLC（Optical Fiber Composite Low-Voltage Cable）是将经过保护后的光纤单元置于电力线缆中，可用于额定电压0.6/1kV及其以下电力系统中，同时解决光纤信息通信的问题。OPLC倡导的电力光纤到户（Power and Fiber to the home，简称PFTTH），即配合无源光网络（PON）技术，实现电信网、电力传输网、电视网和互联网等“多网融合”的概念完全符合我国现阶段电信运营商提出的“三网融合”建设的浪潮，因此可以通过OPLC构建电信公共服务平台，加速和节约我国光纤到户建设（公众号：输配电线路）。

光纤复合中压电缆OPMC是额定电压6kV～35kV供电系统用中压智能复合电缆。光纤复合中压电缆OPMC是一种光纤复合中压电缆，包括缆芯、缆芯包带层及外护套，缆芯内具有电力传输导线和阻水填充物，每根电力传输导线由在导体外依次包覆导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层构成，在缆芯内设有由内设光纤的松套管以及在松套管外依次包覆非金属加强层、护套层而构成的光纤通信单元，在缆芯包带层与外护套之间依次设有内护套、钢带铠装层。

光纤复合高压电缆的使用也是一种发展趋势，现在的海底电缆基本都是采用光纤复合高压电缆，现在陆缆使用光纤复合高压电缆也越来越多。下图的35kV海缆图截面图。