ADSS电力特种光缆应用分析

ADSS电力特种光缆应用分析光纤通信已成为电网建设和电网改造的一个重要组成部分。

光纤通信容量大，抗干扰性能好，不但可以满足电力系统中通信及自动化的需要，而且可以将富余的容量提供给社会。

光纤通信既可以提高电网的供电可靠性，也可以取得良好的经济效益。

利用架空电力线路走廊，在线路杆塔上进行架设，是一种非常经济的光缆敷设方式。

目前，在架空输电线路上架设光缆主要有两种形式：光纤复合架空地线（OPGW）和全介质自承式光缆（ADSS）。

新建的电力线路上通常选用OPGW，ADSS 常用于已建成的电力线路上。

ADSS光缆相对OPGW投资较小，可在电力线路不停电状态下架设，设计施工、维护等也较方便，已在建成的电力线路上得到广泛的应用。

一、ADSS光缆的适用范围对于新建或已建成的220kV及以上的高压输电线路，且作为通讯干线走廊的，为保证通讯线路与输电线路运行寿命（30年以上）的匹配性，从光纤通信的可靠性、施工和维护等方面考虑，工程人员应选择OPGW，220kV及以上的干线输电线路不宜选用ADSS光缆。

对于已建成的220kV及以下的输电线路，特别是区域变电所间的通信，可以考虑选用ADSS光缆。

工程人员首先应考虑现有电力线路上架设ADSS光缆的可靠性，对电力线路已运行时间、杆塔的老化程度、原设计标准等条件来进行评估，从而确定架设的可行性。

由于电力线路的设计技术规程多年来已进行过修改、调整和补充，所以对已运行多年的电力线路杆塔强度的校核难度大，成为架设ADSS光缆的关键问题。

总的原则是在不影响电力线路安全运行、不降低可靠性的前提下，方可架设ADSS光缆。

因此，笔者建议架设ADSS光缆，应尽量选择线路杆塔条件较好的电力线路。

在产品方面，国内目前有ADSS光缆的产品和检验标准，如国家标准GB/T18899《全介质自承式光缆》和电力行业标准DL/T788《全介质自承式光缆》，国际上主要有IEEE-P1222《用于架空输电线路的全介质自承式光缆IEEE标准（草案）》和IEC60794-4《光缆第4部分：分规范-沿电力线架设的光缆》。

在工程方面，国内有电力行业标准DL/T5344《电力光纤通信工程验收规范》和DL/T767《全介质自承式光缆（ADSS）用预绞丝金具技术条件和试验方法》，但至今没有成熟有效的针对ADSS光缆的线路工程设计规定/规程和规范，所以ADSS光缆安装设计，只能参照现行的电力行业标准DL/T5092《110－500kV架空送电线路设计技术规程》。

二、ADSS光缆选择1.ADSS光缆结构ADSS光缆的结构分为中心束管和层绞束管两大类，除了一些各方面条件较好的电力线路，一般情况下宜选用层绞束管结构的ADSS光缆。

ADSS光缆中的光纤是以波状导入束管内，然后束管进行绞合，产生绞合余长，光纤具有适当的余长，保证了光缆承受正常工作的机械负荷时光纤不受力（即光纤零张力设计），也不会增加光纤的损耗。

2.ADSS电气性能ADSS光缆的类型选择首先要考虑电气性能要求，即ADSS所能承受的空间感应电场（电位）的大小，原因是ADSS光缆工作在高压线路导线附近，导线周围空间存在电磁场，光缆对导线和地之间的电容耦合使光缆处于一个空间电位的位置，因雾、露或下小雨时，潮湿的污秽在光缆外护套表面形成一个电阻层。

在空间电位的作用下，护套表面对铁塔上的光缆接地金具之间流有电流，电流发热造成水分蒸发，使光缆外护套表面形成小段的干燥地带，阻断了电流，当干燥带的电位差达到一定高度时，便发生放电形成电弧，这就是干带电弧。

它产生的热可以使交联聚合物逐步失去结合力而形成腐蚀，护套会熔成洞。

这种现象或故障称为护套电腐蚀或电痕，严重时会导致断缆。

ADSS采用何种类型的外护套取决于光缆安装位置的空间电位的大小，与电力线路的电压等级、杆塔结构、导线布置及相位排列等多因素相关。

3.ADSS机械性能（1）力学特性ADSS光缆的机械强度方面，纺纶承载、缆内纺纶的数量决定了光缆的额定抗拉强度（RTS），单位为kN。

ADSS光缆最大允许张（应）力（MAT）对应于在最恶劣的设计气象条件下光缆所受到的最大张（应）力，单位为kN或N/mm2。

ADSS 光缆的年（日）平均张（应）力（EDS）对应于在无风、无冰及年平均气温下的张（应）力，单位为kN或N/mm2。

ADSS光缆的极限运行张（应）力（UOS）可视作缆的过载能力，对应于在短时超过设计气象荷载时缆所承受的张（应）力，单位为kN或N/mm2。

这四个力值之间存在一定的关系且与光缆结构有关，相关标准做出了规定如表1所示。

它们之间的关系又被称为“光纤应变窗”或缆的“应力应变”性能。

（2）张力—弧垂特性与该特性有关的光缆的机械性能主要包括缆径、缆重、弹性模量和热膨胀系数等。

ADSS光缆具有可变跨距特性，对于同一条光缆，如果气象条件和弧垂不同，它的允许使用档距是不同的，如图1所示。

根据要架设光缆的电力线路设计气象条件、档距、跨越情况，杆塔的设计运行状况，线路转角、高差等情况，工程人员来确定ADSS光缆的机械性能。

通常以电力线路的设计气象条件计算的ADSS光缆张力弧垂表为依据。

校核杆塔的强度，增加的负荷主要有风荷载、复冰荷载及不平衡张力；还应校核交叉跨越，根据校核情况，最终确定ADSS光缆本身的机械性能。

三、控制条件的确定控制条件（ADSS光缆的电气性能或机械性能）确定是ADSS安装设计中的一个重要环节，关系到线路的安全运行和光缆的使用寿命。

它不但与电力线路的运行状况、气象条件有关，还与ADSS本身的机械性能有关，影响到ADSS类型、ADSS 的悬挂位置确定（电气性能）、交叉跨越和杆塔负荷所要求的ADSS的张力和弧垂的选取（机械性能）。

1.杆塔条件和空间电位分布杆塔条件主要包括：杆塔型号和尺寸、系统电压、导线型号或外径、导线回路、导线分裂数及分裂间距、地线型号或外径、相位排列（双回或同塔多回很重要）。

2.光缆最大允许弧垂的确定除了机械强度，ADSS光缆的最大允许弧垂取决于光缆弧垂最低点与地面（或交越物）的最小间距与悬挂点位置（或高度），悬挂点位置设计与该点的空间电位直接相关。

根据相关规程或工程对光缆弧垂最低点与地面的最小间距的要求，可以求得光缆的最大允许弧垂。

工程人员应该明确：这是工程重要的控制条件之一。

3.光缆的张力—弧垂—跨距特性计算张力—弧垂—跨距特性需要有设计气象组合条件和光缆的初始安装弧垂两个前提。

表2给出某一规格的缆当初始安装弧垂为1%时在两个气象条件下的计算实例。

根据表2，可有如下结果。

（1）单从年平均均应力受限（即EDS控制）来考虑，该缆的最大跨距小于500m，因它在500m时的应力为540.2kN/mm2，超过了光缆本身的指标512.5kN/mm2。

（2）同理，单从MAT控制来考虑：气象条件A（覆冰15mm）时最大使用跨距小于450m；气象条件B（覆冰10mm）时最大使用跨距可达550m。

（3）若同时以最大允许弧垂分别为12m或16m控制，则在气象条件A下分别小于350m或小于450m；在气象条件B下分别小于450m或600m。

这样，就引出了一个ADSS光缆的“实际使用档距”的概念。

用相同的计算方法，改变初始安装弧垂可以得出如表3所示的某一规格ADSS 光缆的实际使用档距表。

从表2和表3可知，ADSS光缆的安装设计要考虑多个因素。

ADSS的弧垂及张力取决于线路的重要交叉跨越和杆塔结构的强度，两者互相制约。

当跨越或杆塔结构要求ADSS挂点时，电场强度的分布就可能对ADSS光缆不利，根据电场分布确定的挂点位置，可能又不利于杆塔的强度和跨越及线间距离要求的确定。

4.ADSS最大使用张力ADSS的最大使用张力要根据原电力线路杆塔的设计荷载来确定，在杆塔负荷允许的条件下，提高张力有利于交叉跨越的实现，但可能使缆的有效使用跨距减小（控制条件转变为缆的EDS受限）。

工程人员应依据不同耐张段内各档距的跨越情况，确定各耐张段内的最大使用张力。

当ADSS根据杆塔结构或跨越等因素要求必须挂在某个位置时，如110kV线路选在空间感应电场为20kV的地方时，ADSS光缆就不能按惯例选择PE护套。

这种情况要根据线路中各耐张段内跨越，杆塔情况确定。

必要时，工程人员通过经济比较，在一条线路上以耐张段为单位，选用不同张力和护套类型的ADSS光缆。

总之，在实际工程设计中，工程人员要结合已建电力线路的实际情况，当上述条件同时出现时，就要正确选定控制条件，使ADSS光缆的安装设计经济、安全、合理。

四、ADSS的防振和金具ADSS光缆的强度设计安全系数，应在与所架设的电力线路设计气象条件相一致的条件下确定，根据我国送电线路成熟的运行经验，ADSS光缆的设计安全系数不应小于2.5。

ADSS光缆与金属绞线一样，受风等环境影响，会发生振动，长期的振动会导致光缆本身和金具的疲劳损坏。

因此，ADSS光缆的年平均运行张力应按不大于ADSS光缆极限拉断力的20%选取，并采取相应的防振措施。

1.防振措施目前，防振措施有两种：加装防振锤和螺旋式防振鞭（SVD）。

如采用加装防振锤措施，应在安装处缠绕一定长度的预绞丝护线条分散应力。

SVD施工方便，因此得到广泛使用，现场和实验室试验表明防振鞭对降低振动水平非常有效。

SVD应根据设计要求安装，2根及以上的SVD并联或串联均可，通常用并联，一般最大时可并联4根。

业界通常认为，SVD的安装位置对防振效果不敏感，为了避免防振鞭与金具预绞丝末端过近产生电弧，振鞭距金具预绞丝末端的距离越大越安全。

2.ADSS光缆金具ADSS光缆金具主要有耐张金具、悬垂金具和接头盒，通常由ADSS光缆厂家配套供货。

近年来，国产配套金具已得到了广泛使用，运行情况良好。