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架空復合地線OPGW應用探討

文檔作者：文字文檔來源：樂山電業局設計院		點擊數：	更新時間： 2025年07月13日
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第29卷第5期
2OO6年lO月
四川電力技術
Siehuaa Electric PowerTozhndo~
Vo1．29．No．5
Oct．．2006
架空復合地線(OPGW)應用探討
文字
(樂山電業局設計院，~tJII樂山614000)
摘要：OPGW 架空復合地線是一種集防雷和通訊功能于一體的新型產品，近幾年被逐漸廣泛應用；結合樂山地區幾
項工程實列．介紹如何進行設計選型以及在施工中應注意的一些問題。
關鍵詞：架空；復合地線；應用
A 出 d：Composite fiber opti~ lel m】nd wire(OPGW)is a new prtxtuet applied widely in recent years which incorporates
lightning protection with communication．Combined with several actual projects in Leshan．the type selection and s0n problems
n ding attention in the construction are introduced．
Key聊o|’ds：ove~ ；OPGW；application
中圈分類號：TM73 文獻標識碼：B 文章編號：1003—6954(2006)05—0010—06
1 選擇架空復合地線(OPGW)必要性 2 芯數的選擇
(1)地線復合光纜通信是將光纖單元復合于送電
線路地線內，利用光纖單元開通通信通道。它隨高壓
輸電線路地線一起架設，集合光通訊和防雷功能，不
需占用新的敷設走廊，是一種傳輸容量大、可靠性高、
不受強電干擾、不受電腐蝕的通信方式。由于地線復
合光纜(OPGW)尚未有統一的生產系列型號，在工程
使用中必須根據具體的使用條件向生產廠家提出詳
盡的技術要求。
(2)OPGW是集機械強度、電氣性能及通信功能
于一體的特殊產品。一方面某些關鍵限定指標(特別
是在線路專業中使用的參數)相互牽制，難于以其中
少數幾項為條件勾勒出滿足要求的產品；另一方面由
于不可能將所有限定過程羅列在技術規范中，即便產
品的參數正確響應，但該產品的整體特性能滿足要求
只能通過設計人員進行驗算后確認，特別是需要由設
計人員將其機械參數與鐵塔頭部進行電氣間隙、受力
的配合驗算。
(3)樂山電力設計院在2O世紀90年代末開始陸
續完成了幾項OPGW工程。近年來隨著電力通信事
業的發展，長距離、大容量OPGW工程接踵而來，對
相關的線路專業提出了更高的要求。通過已完成的
有代表性的工程實例，論述了在OPGW選型工程中
如何按照具體條件提出限定和要求，提出應注意的技
術問題。
應根據現有電網需要，并綜合考慮電網未來發展
規劃，在芯數的選擇上應留有余地，避免因芯數不夠
再更換老地線，從而造成人力、物力、財力的浪費。
2006年初，樂山電力設計院設計的220kV天沫線采
用的是24芯。
3 OPGW結構的選擇
3．1 中心管式結構
不銹鋼管光纖單元位于整個光纜中心，最大芯數
為48芯。
3．2 混合層絞式結構
不銹鋼管光纖單元偏心放置，可同時存放幾個光
纖單元。也是樂山電網采用的最多的一種形式。
4 OPGW設計選型
4．1 工程實列
最近幾年，樂山電網完成的OPGW工程，代表性
項目如表1。
表1工程均為新建立項工程，OPGW選型工作與
線路本體工程設計同步進行。
4．2 限定值選取
一般，在編制招標技術規范前，應結合線路本體
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第29卷第5期 四JIl電力技術 Vo1．29．No．5
2O06年l0月 SichuanElectric PowerTechnolo~, Oct．，2O06
表2 光纖著色色譜【24芯)
*：色環間距50珊n。
的實際情況，確定是否需要架設良導體地線、良導體
地線型號及架設長度，控制地線最大使用張力的檔距
條件和塔頭尺寸，并確定適合的OPGW熱穩定容量
12 t和鐵塔荷載條件所能接受的最大使用張力的限
定值，并將后者乘以3—5的系數，即可成為對OPGW
額定破壞強度的限定值，對OPGW纜徑和纜重的限
定值則可根據鐵塔的荷載條件確定。
值得注意的是，OPGW纜重、纜徑和破壞強度往
往是相互關聯，在限定條件下，OPGW的產品參數必
須經過相關的“檔距中防雷間距一最大使用張力一運
行安全系數”的驗算。此類驗算和短路電流分流驗算
一樣，對產品的廠家來說是無能為力的，只有通過設
計驗算確定。
對一般新建220 kV工程。需向線路兩側系統收取短
路電流值，經過短路疊加后，以確定其熱穩定值，樂山電
網OPGW限定值取熱穩定值為(18．5 kA) ·(0．35，)：
125 kA2·S作為選型條件，以滿足系統要求。
4．3 光纖要求
樂山電網一般采用四川匯原電力光纜有限公司
光纖，其性能可靠性均能滿足要求，其中站端引入光
纜參數應符合表2、3規定。
o 防充光內填阻非艿護水纖紡金鼠綸套 屬布纜阻松紗繩 燃 中膏外心箭芯 包護加會倦強 件(FRP)
圖1 引入光纜GY~'KZY一24B1光纜結構圖
表3 非金屬引入光纜技術參數表
項目名稱 保證值
光纖芯數／規格
光纜型號
光纜外徑mm)
光纜重量(kr／km)
光纖余長
抗拉強度 ；
抗壓強度 ~
長期
J
(
(
N
N／
／l
1
。
0
鋤cm；
光纜外護套
敷設方式
衰減
l 55Oinln
最小彎曲 動態mm)
半徑 靜態mm)
溫度范圍運行 、運輸
24芯G．652
GY1玎l Y一24Bl
l3．5
l68
6‰ ～7‰
3 0D0
2 0D0
3 0D0
2 0D0
黑色高密度聚乙烯
直埋
≤0．36
≤0．20
270
135
— 40～ +70oC
一3O～ +70oC
對于OPGW光纖，一般推薦采用單模光纖。并有
較多芯數，為保持光纖長期工作可靠性，需進行光纖
的強度篩選。同時制造時保證合理的光纖余長，以滿
足線路運行中的光纖最小應力要求。考慮到因短路
或雷擊引起的短時溫升，對光纖的耐熱性能有較高要
求，對光纖涂覆材料和護套材料進行優化選擇。
舉列220 kV天沫線路，根據系統要求，向光纜公
司提出如表4限值要求。
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第29卷第5期
2006年1O月
四川電力技術 Vo1．29．No．5
Sichuan Electric PowerTechnology Oct．．2006
表4 220 kV天沫線路的光纖限值
4．4 機械性能要求
4．4．1 地線對OPGW 的要求
① OPGW對地線應具有兼容性，即OPGW外徑、
重量和機械特性與原有地線相配合以保證在風荷、冰
荷情況下安全可靠運行。
② 保證OPGW具有較高的機械強度，使在允許
的張力范圍內。光纖不會因OPGW 的伸長而受拉，影
響壽命，增大損耗。
③ 具有良好的熱穩定性。220 kV天沫線全長9o
km，是馬邊縣各水電電源匯集輸出點。導線為LGJ一
400／35鋼芯鋁絞線，地線按照規程為GJ一5o鍍鋅鋼
絞線，但根據短路電流容量，為了與對側OPGW配
合，將地線提升一個等級，選擇GJ一7O地線作為
OPGW對側配型地線；OPGW設計選型應盡可能與GJ
一7O地線參數接近。
4．4．2 規程對OPGW 的要求
線路要求規定電線的強度設計安全系數不小于
2．5；電線的平均應力(年平均氣溫狀態下)的上限不
超過拉斷力的25％；防雷要求，在檔距中央導地線間
的距離，應大于或等于0．012倍檔距加1 in的間隙，
此狀態為大氣過電壓或雷電過電壓：氣溫為l5℃、無
風、無冰。以導地線配合公式得到的應力為已知條
件，解狀態方程求出控制狀態下地線最大使用應力；
年平均運行應力。對照OPGW強度選擇型號。
4．5 設計選型
(1)經過驗算，在220 kV天沫線工程中對OPGW
選型，設計出以下3種方案。
① 方案1：外徑14 nlln，結構見圖2。特性見表5。
圖2 外徑為14 n'fin的OPGW的結構
表5 外徑為14 n'fin的OPGW的特性
參數 指標 備注
光纖芯數(芯) 24
外徑(皿n) 14．00
單位重量(ks／kin) 460
承載截面(衄n2) 110．9
綜合截面(m ) 112．5
抗拉強度(R'rs)[kN] 72
最大工作張力(1【N) 28．8 可據安全系數而調整
平均運行張力(kN) 14．4 <25％ RTS
彈性模量(GPa) 92，9
線膨脹系數(1／℃) 0．000 017 2
20℃直流電阻(n／kin) 0．377
短路電流容量[IZt( sec)】 111．7 20—200℃
短路電流(kA) 19．3 0．3 s
OPGW允許瞬時最高溫度(℃) 200
光纖余長0．5％ 0．7％
外層單絲直徑(皿n) 2．80
外層絞向 右向
最小彎曲半徑(皿n) 20倍外徑
安裝溫度范圍(℃) 一1O 40
運輸和運行溫度范圍(℃) 一40—8o
② 方案2：外徑14 nlln，但拉力提高，結構見圖3。特性
見表6。
置金盒垡
量魚塑堡
圖3 拉力高外徑為14 n'fin的OPGW的結構
表6 拉力高外徑為14 n'fin的OPGW的特性
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20O6年1O月
四川電力技術
Sidama Electric Powea"Techndo~
V01．29。No．5
Oct．。20O6
參數 指標
線膨脹系數(1／℃) 0．000 01S 6
20℃直流電阻(r ) 0．433
短路電流容量[Ih( sec)] 103．0
短路電流(1 ) 18．5
OPGW允許瞬時最高溫度(℃) 200
光纖余長0．5％ 一0．7％
外層單絲直徑(mm) 2．80
外層絞向 右向
最小彎曲半徑(mm) 20倍外徑
安裝溫度范圍(℃) 一1O一40
運輸和運行溫度范圍(℃) 一40—8o
備注
20—200℃
O．3 8
③ 方案3：外徑14．5mm。但拉力提高，結構見圖3，特
性見表7。
圖4 拉力高外徑為14．5 Inln的OPGW的結構
表7 拉力高外徑為14．5mm的OPGW的特性
參數 指標 備注
光纖芯數(芯) 24
外徑(Inln) 14．50
單位重量(k km) 570
承載截面(Ⅱm ) 110．9
綜合截面(Ⅱm ) 120．6
抗拉強度(瑚 )tkN] 98
最大工作張力(kN) 39．2 可據安全系數而調整
平均運行張力(kN) 19．6 <25％ RTS
彈性模量(GPa) 108．4
線膨脹系數(1／℃) O．000 01S 6
20℃直流電阻(r ) 0．4O4
短路電流容量[I2t( sec)] l18．4 20—200
短路電流(kA) 19．9 0．3 8
OPGW允許瞬時最高溫度(℃) 200
光纖余長0．5％ 一0．7％
外層單絲直徑(mm) 2．90
外層絞向 右向
最小彎曲半徑(mm) 20倍外徑
安裝溫度范圍(℃) 一1O一40
運輸和運行溫度范圍(℃) 一40—8o
(2)選型原則：① 短路電流容量為滿足要求的
第一條件；② 與對側CJ一7O地線電氣及機械性能盡
量接近；③ 經濟合理。
(3)選型過程：① 首先設計出滿足短路電流容
量要求，截面積又最小的三種OPGW結構型式；② 其
次根據如下CJ一7O地線的參數，對應外徑和拉力要
求；③ 方案1拉力小于CJ一7O要求，方案3重量超過
CJ一7O的要求，同時截面積增大，經濟成本增加，方
案2的重量和拉力均與CJ一7O能很好的匹配。
(4)選型結果：方案2滿足工程要求的最優最經
濟的方案。
表8 GJ一70地線參數
4．6 設計應考慮的其它因素
4．6．1 復合光纜線長考慮和計算
復合光纜受制造和運輸的限制。4 km左右就要
接頭一次。由于接頭不僅有拉力的接續，同時有光的
連續。復合光纜的接頭對光的損耗很大。應盡量減少
中間接頭。因此，考慮計算好復合光纜的線長直接反
應到工程質量和投資。
4．6．2 弧垂對線長的影響
實際情況，架空電線是一條懸鏈線。為了工程計
算簡便，忽略懸鏈線高次項的影響，用拋物線來代替
懸鏈線分析架空電線，工程設計是可滿足要求的。一
般平丘地區，線長考慮比線路路徑長1．5％ 就可以
了；山區考慮線長比路徑長3％ 。
4．6．3 接頭對線長的要求
復合光纜中間接頭要引到搭腳，一般離地面7
10 m處安裝接頭盒。每一根復合光纜從施工的角度
考慮，其長度除耐張塔之間的線長外，還要多留一段。
從以往的工程施工經驗看，只要計人中間接頭引下線
的長度，就能滿足施工的要求。
4．6．4 復合光纜對桿塔的影響和要求
由于復合光纜中間有一部分(鋁合金保護管內)
基本不考慮抗拉強度，與普通地線相比，在相當的拉
力下，OPGW直徑會有所增大。在大風狀態下。桿塔
水平負荷加大。對于已有的桿塔就要相應地減小水
平檔距來使用。
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2006年lO月
四JIl電力技術
Siehuan Electric PowerTed'moiogy
Vo1．29。No．5
Oct．。2006
4．6．5 OPGW的耐雷特性
當雷擊地線時，雷電流流經地線將引起OPGW
線體瞬間發熱，嚴重時還可能造成斷股現象。雷電流
引起OPGW發熱與短路電流熱容量計算相似。樂山
地區雷暴日數約40 d／a，屬雷電活動較強烈地區，但
目前尚缺少有關雷電參數取值僅根據SD1 19—844(500
kV電網過電壓保護絕緣配合及電氣設備接地暫行技
術標準》，雷電沖擊電壓波按波頭1．2 Vs，波尾50
考慮，雷電流幅值取200 kA，雷擊點在桿塔附近，
OPGW分流系數按0．9考慮，經計算流經OPGW的雷
電流熱容量遠小于故障電流熱容量值。熱容量值主
要取決于故障電流。
至于OPGW斷股問題，根據工程實際情況，按照
廠家經驗，OPGW外層線股按能承受8O C／l【g雷電荷
進行選型，且其機械特性應滿足工程的要求。
4．6．7 OPGW金具
OPGW光纜中包含數根光纖，光纖受壓及彎曲都
將影響其傳輸特性及使用壽命。因此OPGW配套金
具的設計及選用要求充分考慮OPGW所需的握固力
并保證光纖不受壓力和彎曲應力。
OPGW配套金具包括：耐張線夾、懸垂線夾、跳線
線夾、OPGW接地線及固定引下線及防震錘等。配套
金具一般應向OPGW供貨廠家訂購，其安裝方法也
由廠家提供，確保OPGW安裝后正常運行。
5 OPGW施工中應注意的問題
5．1 光纜的到貨驗收
OPGW到貨后，除檢查纜盤外表、引出纜頭及各
種標簽是否合格外，主要是對光纖的測試。根據到貨
光纖的折射率與所需波長測試每根光纖的長度和損
耗，并保存好數據。
5．2 架設光纜
OPGW的施工架設很重要，施工人員應認真聽取
供貨廠方督導人員的指導，任何疏忽都會給施工造成
損失。架設時應依照線路施工方法，照章施工，金具、
防震錘等安裝按照施工設計，嚴禁不正當操作工序引
起對OPGW的潛在危害。
架設時應注意光纜的盤號及A、B端，敷設時必
須按編號順序布放，且前一盤的B端與后一盤的A
端相連，不得跳號和錯號。這樣可以避免因光纖模場
· 14 ·
直徑不一致而導致光纖熔接損耗偏大的現象。
5．3 最外層單絲的保護
OPGW施工架設時，要注意對最外層單絲的保
護。根據經驗，施工中如OPGW 上的外層鋁絞線斷
股，應采取如下方法解決：斷1股，可用鋁絲在斷點處
繞10 em扎牢；斷2股，只能采取預絞絲的方法修復，
不得使用補修管；斷3股，則需要更換整個耐張段上
的OPGW。OPGW中的鋼芯不得有斷股，若有斷股則
需要更換整個耐張段。
5．4 防止OPGW的微彎
在OPGW的施工中，不允許將OPGW彎成銳角。
在施工中，由于線路工人未注意，曾發生過微彎過大，
造成增加一個接頭的教訓。
5．5 連續放纜的問題
OPGW放線中，應嚴格控制連續放線。限制連續
放線的線路夾角≤30~。在一個放線的耐張段內，轉
角后OPGW的走向應呈“C”字型，而不能形成“S”字
型。如施工時由于地形、環境、施工條件等限制而需
采取連續放纜的方法，應在設計聯絡會議上先請設計
部門及供貨商確認，且注意施工中地線不允許從線夾
中滑出或脫離懸垂串及地線在施工中受到機械損傷、
拉斷等現象出現。
5．6 緊線時應注意的問題
一般在放線時各環節都很重視，但在緊線時往往
疏忽某個細節，緊線時要注意鐵塔上滑輪的位置，最
好塔上有人，此時負責張力機的人要監視OPGW在
滑輪與鐵塔間的距離，嚴防滑輪向鐵塔角鋼方向傾
斜，劃傷OPGW的鋁絞線。
5．7 光纜的接續及熔接損耗的測量
光纜的接續主要是光纖的接續，該工作應由能熟
練使用熔接儀并經過培訓的合格人員來完成。并做
到使用儀表( )監測光纖的熔接損耗，邊接邊測。
最好從接續點的兩個不同方向向該點測試，取其平均
值(接續中，熔接儀上顯示的接續損耗是在理想情況
下采用軸心直視法的物理值，只能做為參考)。如接
頭損耗不符合要求時應重新熔接，至合格為止，但一
般反復次數在3—4次為宜。在山區施工中，因山高，
手機收不到信號。接續中只有憑經驗，不合格的接續
損耗曾數次返工，給施工人員造成很大困難。
5．8 盤纖、固定及復測
光纜進入接頭盒出入孔必須固定牢固，以免由于
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2006年lO月
四川I電力技術
Siehuan Electric PowerTedmology
Vo1．29-No．5
Oct．，2006
光纜的松動、扭虧為盈而使光纜受損，導致接頭損耗
過大。光纖應盤在接頭盒的光 托盤內。半徑盡量
大，光纖盤得半徑過小，不僅會使接頭損耗增加，也會
使該處光纖增加傳導損耗，光纖 托墩內 擺
整、層次清楚 在禽體密封； 童 t}rl、R對{i{=女，昀
復測一下擯耗，確認正常君爵糾n；否州應查找 s 。
鐵塔上的接頭盒固定好后 長光纜i’ r]處際明夫，}、
號方向，以艇紹；護，．
5．9 熔接儀的正確使用和保養
熔接儀的正確使用與甭直接影響j匕纖 按≮
囂。熔接時要根據光纖類 正確 置 接參 ，
注意保持熔接儀的清潔和防 世理。一般盤髂茁5i)
次左右就應對電極捧清洗? 狀。同時要注意電擻棒
的使用壽命，如藤倉FSM一30S型熔接機放 次 超
過l{x 次時要更換電極捧 藤倉PSM一4()S型 接
饑放電次超過4 000次時要型換電授棒。
5．1O 文明施工
施工人員應注意文明施工．鷙個談妥地點先：L岳
應將切下來的纜皮、 樹 管0≯物及 袋等 墁
干凈，保持現場環境 ：受污
(上接第9頁) 闡題之后， 嘉州供電碼2002年7
月15日13：O0時刻數據為例進行了 際操作，計算
結果顯示降低線損73 kw，按樂山電業局購電均價
0．21元／kW·h估算，全年降損效益l3，4萬元。雖然
僅采取了一點，但嘉州供電局2002年以來負荷穩定，
日負荷曲線平緩光滑，13：00時刻負荷值基本接近日
均負荷(略高一些)，以此估算，誤差不大。
在一般的輸電系統中，各線路所傳輸的有功負荷
的大小往往取決于電力用戶所需功率的大小，而各電
力用戶所需功率又往往是一定的，因而一般不容易通
過改變各電力線路有功負荷的比例來達到經濟分配
負荷的目的。而在城網當中，環網結構普遍存在，新
型組合式開關柜大量投入，城網中負荷比較容易相互
切換。調度員利用上述軟件，計算出各負荷最經濟的
5．11 資料整理
施 L中每天瘟做 日 i 錄當 完成矗0一：作
蹙、所遇刊的問 、 。． 一 轉濺試絡珠：。 作為竣
咄毒 濺， ；：’ 一 題應及時提 需要整
的 酆 ， ■{m：投．力求 ；U、 F．
0 結束語
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線不存在 問 ， 擇好： 數給夏統通：0雷 彳『發喱余
避，允 夏路 流! 影 蜀通 的呵 他；復 屯鎖
長隧考!冀 可便’j：矗工，堿 少中I 接 ，敲 島通f 要
曼。《1 w投 0{ !U-L： 艇，故對O； w 矗襠及性能認
識出 {i=濁，尚 先今后的工作中進一 人 。杯售
在不 囊0輯 ，(} w將 t ，剛} !=!電話、 繼侏等
信息蝗 {t質通信邐道．稼ll|I皂叫 安全穩定運行。
參考文獻
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平的有力手 。 ?提的足，升， 這 _T 佧聽需要
的投資甚少，運行贊J乙乎沒有 利用組合開關柜運行
靈活的特點，只需對現有環網中的負荷作動態 整，
很容易地就能將各條文路上的負荷調整到最經濟的
比例，實現經濟調度，為電力部門帶來可觀的經濟效
益
參考文獻
【1] 邱關源主編．電路[M]，
[2] 東南大學出版社．電力系統分析[M]．
[3] 同濟大學出版社．高等數學[M]。
[4] 薩繆爾森(美)．經濟學[M]．第14版．
【收稿日期：2006—07—10)
歡迎訂閱《四川電力技術》

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