OPPC技术范文

OPPC技术范文（精选4篇）

OPPC技术 第1篇

快速、准确地测量输电线路的温度对于实时监测输电线路覆冰[1]和融冰、动态增容提高线路输电能力[2,3]都具有重要意义。输电线路温度测量方法主要有非接触式的红外测量技术、通过热敏电阻直接测量线路表面温度以及通过导线线芯温度计测量导线弧垂处的内部温度等[2]。非接触式的红外测量装置需在杆塔上安装额外的太阳能供电设备,在中国南方冬春季长时间阴雨天气下工作会受到影响[4];热敏电阻和线芯温度计的测量装置可通过在线感应取能[5],但无法用于避雷线及电流较小的线路之中。实际运行时,这些输电线路测温装置存在着传感器使用寿命短、恶劣环境下性能劣化的问题。此外,电气传感器易受高压输电线路强电磁场干扰。

电力系统中光纤通信的广泛使用[6],有利于光纤传感技术应用于电力设备的在线监测。本文开发了基于布里渊散射的输电线路分布式光纤在线监测系统,该系统不仅具有普通光纤传感器抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀,能够适应极端恶劣的环境等优点,还充分利用了光纤一维空间连续分布的特点,可以准确地测出光纤沿线的空间信息分布。

1 输电线路光纤传感原理

1.1 准分布式光纤光栅温度传感技术

根据光纤光栅对特定波长的反射原理,当光纤光栅的温度和应力发生变化时,光栅的周期Λ随之发生变化,而Λ的变化带来反射波长λB的变化,通过测量λB的变化,即可得到温度和应力的变化量[7]。光栅传感器测温方式针对的是特制的光纤,反射信号强,因此,对设备的发射功率和接收灵敏度要求都低于拉曼反射测温方式,且设备的稳定性好。同时,通过光纤光栅测量温度的优势是测量距离远,可达100 km[6]。

文献[8]中,张家口地区一条26.2 km长的220 kV输电线路上,采用8路测温光纤,在弧垂最低点布置光纤光栅,全线分设48个测温光栅对导线线芯进行实时温度监测,精度为±2 ℃,构成了集通信与状态监测于一体的准分布式光纤光栅通信传感系统。该系统需要对光纤复合架空相线(OPPC)及其内的光纤进行特殊处理,生产工艺复杂。此外,光纤光栅属于点式监测,无法对输电线路温度进行全方位连续测量。

1.2 分布式拉曼散射测温技术

当光纤在线性条件下传输时,会产生瑞利散射[8]、布里渊散射和拉曼散射,如图1所示。

分布式拉曼散射系统利用光纤拉曼散射的温度效应,光纤空间部分的温度变化导致光纤背向拉曼散射的强度变化,经波分复用器和光电检测器采集带有温度信息的背向拉曼散射光信号,经信号处理可以解调出实时的温度信息达到监测的目的。

利用光时域反射技术,根据光在光纤中的传输速率和背向拉曼散射光的回波时间,可以对温度点进行定位。2006年,国网武汉高压研究院将基于拉曼散射的分布式光纤测温系统安装在220 kV电缆上进行了2个月的现场试验,证明了该技术温度误差小、定位精度高、响应时间短、运行可靠且能实现长距离、较大温度范围的测温,可有效应用于电缆温度监测[9,10]。中国计量学院近年来完成了30 km的分布式温度测量系统[11],其系统光纤加入了信号放大器,在无信号放大器的情况下,基于拉曼散射原理的分布式系统测量距离超过10 km存在困难[12]。Sensa公司分布式温度监测(DTS)装置的测量距离在采用多模光纤时为15 km,单模光纤时为30 km。

1.3 分布式布里渊散射温度应力传感技术

在光纤分布式测量技术的研究中,基于布里渊散射的分布式测量技术的研究起步较晚,在温度、应变测量上所达到的测量精度、测量范围以及空间分辨率等性能比较好[7,13]。

根据布里渊后向散射理论,布里渊散射中,散射光的频率相对于注入光有一个频移,称为布里渊频移。布里渊散射光频移大小与光纤材料声子的特性有直接关系。当光纤材料特性受温度和应变的影响时,布里渊频移大小将发生变化。因此,通过测量注入光的后向布里渊散射光的功率和频移大小就可以精确计算出沿光纤链路上温度和应力的变化情况。

布里渊散射光的强度也受温度和应变的影响,布里渊散射光强度可由式(1)给出。

${\rm I}{}_{\text{B}}=\frac{{\rm I}{}_{\text{R}}{\rm T}}{{\rm T}{}_{\text{F}}(\rho V{}_{\text{A}}^{2}B{}_{{\rm T}}-1)}(1)$

式中:IB为布里渊散射光强度;IR为瑞利散射光强度;TF为玻璃的假设温度;ρ为材料密度;BT为等温压缩率;VA为声学声子的速率;T为绝对温度。

测量布里渊散射光功率,首先需要进行光纤固有损耗的归一化,通常选择与宽带光源的瑞利散射光时域反射信号轨迹相比对,进行归一化处理。如果需要同时测量温度和应变,就需要同时测量得到归一化的布里渊散射光功率和布里渊频移。布里渊散射光功率和频移与被测量的传感量温度和应变呈线性关系,如式(2)所示[14]。

$\left[\begin{array}{l}v{}_{\text{B}}({\rm T},\epsilon )\\ {\rm P}{}_{\text{B}}({\rm T},\epsilon )\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}C{}_{v,{\rm T}}& C{}_{v,\epsilon }\\ C{}_{{\rm P},{\rm T}}& C{}_{{\rm P},\epsilon }\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\delta {}_{{\rm T}}\\ \delta {}_{\epsilon }\end{array}\right](2)$

式中:PB(T,ε)为布里渊散射光功率;vB(T,ε)为布里渊散射光频移;δT为光纤的温度变化量;δε为光纤的应变量;CP,T,CP,ε,Cv,T,Cv,ε为通过实验标定出来的线性系数,对于波长为1 550 nm的泵浦光,实验得到的经验数据见附录A表A1。

利用线性系数CP,T,CP,ε,Cv,T,Cv,ε,对式(2)进行求解,可以得到温度变化ΔT和应变Δε为:

$\text{Δ}{\rm T}=\frac{|C{}_{{\rm P},\epsilon }|\text{Δ}v{}_{\text{B}}+|C{}_{v,\epsilon }|\text{Δ}{\rm P}{}_{\text{B}}}{|C{}_{{\rm P},{\rm T}}C{}_{v,\epsilon }-C{}_{{\rm P},\epsilon }C{}_{v,{\rm T}}|}(3)$

$\text{Δ}\epsilon =\frac{|C{}_{{\rm P},{\rm T}}|\text{Δ}v{}_{\text{B}}+|C{}_{v,{\rm T}}|\text{Δ}{\rm P}{}_{\text{B}}}{|C{}_{{\rm P},{\rm T}}C{}_{v,\epsilon }-C{}_{{\rm P},\epsilon }C{}_{v,{\rm T}}|}(4)$

式中:ΔPB为布里渊散射光功率变化;ΔvB为布里渊散射光频移。

对测得的布里渊散射光功率和布里渊频移进行数据分析处理,即可通过对标定的温度、频率拟合出温度、频率的变化关系曲线。实际测量中,对照布里渊频移即可测得温度变化。

随着技术的发展,分布式光纤传感器也能实现更长距离的监测,具备了在线监测长距离架空输电线路的能力。2004年英国Southampton大学利用布里渊后向散射原理,进行了不受力单模光纤分布式温度测量试验,实现了102 km的测量距离[15]。

2 OPPC测量试验

2.1 分布式布里渊散射光纤传感系统

本文建立了用于输电线路的分布式布里渊散射光纤传感系统,如图2所示,OPPC/光纤复合架空地线(OPGW)中的光纤均可作为光纤传感的载体。图中ADSS光缆表示全介质自承式光缆。

该系统采用布里渊散射的光时域反射仪(BOTDR),包括种子光源、声光调制器、耦合器、检测单元和监控主机等。BOTDR中声光调制器对种子光源进行强度调制,产生一定脉宽和重复频率的脉冲序列注入与BOTDR光纤接头相连的OPPC内的光纤中。当脉冲注入时,触发监控主机上的采集卡,采集系统测量的背向散射光相干拍频信号。采集卡可使用多触发采集模式,耦合器在同一端接收反射回来的光信号,检测单元进行光信号处理。采集卡再将多个光脉冲注入光纤中散射回来的光信号采集下来,保存在采集卡的板载内存中。

数据采集完成后,将采集卡内存中的多触发采集信号依次读取到监控主机上,对每一个光脉冲序列的测量信号按一定的时间窗口分帧进行时频快速傅里叶变换(FFT),得到每一帧时频分析的频谱信息,提取出其中的中心频率和幅度。对每帧频谱信息进行累加平均,得到沿OPPC中光纤传感长度上的频移和幅度分布信息。根据频移和幅度与传感温度和应变的线性关系,解调出沿光纤传感长度上的温度和应变分布。

目前,国内生产的OPPC线芯的光纤与外围导线结合方式多为松套型。为了减小光纤的受力,必须保证OPPC中光纤有一定的余长(即导线芯内光纤的实际长度应大于导线长,余长一般控制在导线长的0.7%),并在光纤外加金属护套,护套和光纤间填充油膏。OPPC可以保证光纤在40%额定拉断力下不受力。因此,正常情况下,测量输电线路温度时无需考虑导线受力形变的影响。

利用时间和位置的一一对应关系,通过高采样速率的采集卡进行时间的高精度分辨,可准确得到采样信息的位置,并在同一端接收反射回来的光信号进行分析。由于布里渊光纤传感器有良好的线性输出,通过一系列相干检测的方法处理光信号,得到布里渊频移和布里渊功率的变化,再将数据传入中心控制计算机进行计算分析,可以得到精确的数据。

2.2 OPPC试品

试验用OPPC为松套不锈钢管型,型号为OPPC-24B1/190,直径19 mm,横截面积S=209.1 mm2,额定拉断力为60 kN。其中,光纤型号均为G.652单模光纤,共24根。

被测OPPC架空固定于水泥固定桩上,剥去OPPC外层铝绞线,从钢护套中引出光纤。为了避免裸光纤受损,钢护套中的光纤通过光纤熔接机连接到一段ADSS光缆上,如图3中的A段所示,再由ADSS中的光纤熔接至分布式光纤布里渊传感系统的光纤接头。OPPC长度为40 m,为了提高测量精度,增加空间分辨率的点数,在试验OPPC的另一端熔接一段G.652单模光纤,如图3中的B段所示。试品的总测试长度为50 km。本次试验中BOTDR系统的空间分辨率为10 m。

2.3 温度测量试验

温度测量试验布置见图3。试验在人工覆冰实验室中进行。人工覆冰试验室尺寸为1.96 m1.96 m2.5 m,温度调节范围为-30～30 ℃,温度控制精度为±1 ℃。OPPC全部置于覆冰室中,A段单模光纤通过穿墙孔连接OPPC和BOTDR,B段单模光纤通过覆冰室另一侧的穿墙孔连接于OPPC。对OPPC所处人工覆冰室进行降温和升温处理。利用水银温度计、温敏电阻式测温计记录室内温度,红外线测温计记录OPPC表面温度。

本文进行了温度精度测量试验和温度分布测量试验。在试验时,OPPC固定于覆冰室内,并保证OPPC不受力。温度精度测量试验有2种布置方式,记为布置方式1和2。布置方式1将OPPC放置在人工覆冰室内,布置方式2将OPPC放置在室外环境中。温度分布测量试验研究了2种布置方式下的温度定位,记为布置方式3和4。布置方式3的A段和B段分别为30 m和200 m;布置方式4的A段和B段分别为50 km和50 m。

2.4 应力测量试验

由于布里渊散射光纤同时感知温度和应变量,OPPC内光纤受力产生应变也会导致布里渊散射光功率和频移的改变,若不对光纤受力产生的应变进行补偿,会影响BOTDR测量温度的精度。

本文进行了BOTDR测量OPPC拉力试验。试验时,为了与线芯光纤测量的应力进行对比,采用应力光缆测量OPPC表面的应力应变。应力光缆长50 m,以热熔胶黏合于OPPC上[16],见图4。

应力光缆光纤一端与OPPC光纤熔接,另一端接入BOTDR,这样BOTDR系统将先通过应力光缆测量OPPC表面的应力,再通过与应力光缆相连的OPPC光纤测量OPPC线芯的应力。OPPC一端锁于固定桩,另一端通过安装在金属支架上的滑轮,以特制的金具与卷扬机连接,OPPC中部通过钢缆拴于试验沟中的固定水泥桩上,模拟OPPC弧垂,室内环境温度为27 ℃。用卷扬机增加对OPPC的拉力,卷扬机加力速度为1 kN/min,由拉力计测量。在不同拉力下,进行了BOTDR检测OPPC表面和线芯的光纤应力试验。

3 试验结果与分析

3.1 温度测量

3.1.1 温度测量精度

在进行温度测量时,首先要进行温度频率标定,以便找到频率变化与温度变化间的线性关系。进行温度频率标定时,40 m长的OPPC每10 m作为一个测试点,以环境温度26.4 ℃为基准温度,改变覆冰室内温度Th,4个测量点P1,P2,P3,P4的测量频率如表1所示。

由表1计算出各温度Th下的布里渊频移ΔvB,如图5所示。

由图5可知,布里渊散射频移ΔvB与温度Th呈较好的线性关系,相关系数为0.978。温度变化1 ℃,频移为1.27 MHz(测量精度),利用此线性关系就可根据频移量得到相对基准温度的测量温度。

在进行温度测量试验时,在人工覆冰室从环境温度降至-15 ℃的过程中,OPPC表面温度TS、人工覆冰室内温度Th、布里渊频移ΔvB,以及计算的线芯温度TI和误差如表2所示。可知,BOTDR测量的TI与红外线测得的TS相差不超过2 ℃。

本文还进行了18 h的户外温度测量试验,布里渊频移与户外温度的测量结果如图6所示。

图6中,户外温度数据来源于气象局的数据,数据时间间隔是0.5 h。由图可知,布里渊频率的变化量与户外温度的变化曲线一致,验证了BOTDR实时测量OPPC线芯温度的可靠性。

3.1.2 温度分布

根据图3中的试验布置,在布置方式3和4中,调节人工覆冰室的温度,BOTDR测量的不同距离D处的频移ΔvB分别如图7和图8所示,图中的温度值均根据频移计算值得到。

由图7和图8可见,随着人工覆冰室内温度的降低,人工覆冰室内OPPC光纤测量信号的布里渊频率也随之降低,而人工覆冰室外光纤的布里渊频率无变化。由此可知,在长距离温度分布测量试验中,BOTDR能准确地测量OPPC不同位置线芯的温度变化。

3.2 应力测量

3.2.1 应力测量精度

如图3中的布置,用卷扬机增加OPPC的拉力,在拉力计读数FW分别为0,2,4,5,8,10 kN时,记录BOTDR测量的布里渊频移量。对应各FW下的内光纤布里渊频移ΔvBI、外光纤布里渊频移ΔvBS及两者差值vt的结果如表3所示。

由表3可知,BOTDR通过应力光缆外包测量OPPC应力,测量误差小,精度较高,计算值可以满足输电线路覆冰监测的需要。同时,布里渊频移与拉力的关系如图9所示,从中可看出布里渊频移与线路应力变化也具有良好的线性关系,相关系数为0.992 19。

此次试验中,BOTDR无法测量OPPC内光纤的应力。分析其原因,松套型OPPC内光纤一般留有余长(导线长的0.6%～0.7%),同时金属铠甲和填充油膏的保护使光纤难以感知到摩擦力[17]。因此,应力必须在外部的拉伸力大于额定值(如DL/T 8322003中规定的40%的额定拉断力)时[18,19],才可能通过光纤的应变测量到。而出于安全考虑,本次试验将拉力设定在10 kN以内,小于OPPC-24B1/190的40%的额定拉断力,使得OPPC内光纤无法感受到外力的变化。

3.2.2 应力分布测量

BOTDR测量的OPPC的应力分布如图10所示。图中:10～60 m部分为BOTDR测量的与OPPC黏合的应力光缆;60～110 m部分为OPPC内光纤。

由图10可知,在10 kN拉力下,OPPC内光纤仍然没有受力而发生应变,而与OPPC黏合的应力光缆在4 kN时已有明显频移。8 kN拉力下,应力光缆的最大应力位置发生了偏移。分析其原因,很可能是由于应力光缆在OPPC表面敷设不均匀所致,属制作工艺问题。

3.2.3 应力试验结果讨论

由于松套型OPPC采取了一系列措施保证线芯光纤不受力,本文试验对OPPC施加拉力,其线芯光纤不能测量OPPC受力情况(表面敷设方式达到工程测量的要求),此时,进行线芯温度测量时无需进行应力校正。但是线路长期受力和某些极端情况(如输电线路严重覆冰、舞动)下,OPPC内的光纤仍有可能因逐渐受力发生应变[20,21]。这种情况下有必要对传感器测温装置进行修正,按式(3)和式(4)去除线路覆冰时的应力对温度测量的影响。另外,为提高测量精度,应选择与被测OPPC线芯光纤的布里渊散射频率一致的光纤作为首尾接入光纤。

4 结语

本文通过引入分布式布里渊散射光纤传感技术,建立了架空输电线路的分布式光纤传感系统,以期解决现有输电线路在线监测设备取能、通信不便以及可靠性不佳等问题。

本文通过试验,模拟了OPPC在不同环境下,分布式布里渊光纤传感系统测量温度和应力的结果,并对试验结果进行了分析,得出以下结论。

1)本文所建系统的温度测量精度可达1.6 ℃,温度分辨率可达0.1 ℃,且布里渊散射频率与温度变化呈严格的线性关系。

2)OPPC线芯光纤不能感知OPPC受到的拉力,这种情况下,不需要去除应力应变的影响进行温度测量修正;受力严重的输电线路,应按式(3)和式(4)计算温度测量结果。通过在OPPC表面敷设光缆可以测量OPPC所受的拉力。

同时,仍有以下问题有待深入研究。

1)目前,无法通过分布式光纤传感器测量松套型OPPC的受力情况,需要进一步研究光纤与导线应力之间的关系。

2)有必要设计新型的光纤复合线路,在保证复合光纤的通信功能和作为温度传感器的同时,也能够感知线路的实时受力状态,满足输电线路在线监测的需求。

3)需要研究长距离OPPC温度测量时,不同线段之间光纤散射频率的补偿,以及不同线段测量温度的初始值设定,以保证测量精度。

附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。

OPPC光缆应用探析 第2篇

OPPC (Optical Phase Conductor) 光缆, 即光纤复合相线, 是将光纤单元复合在相线中的光缆, 它同时具备传输电能及通信两种功能。

1 OPPC光缆自身的技术特性

OPPC光缆的同时具有传输电能及通信的双重功能, 决定了其自身必须满足的性能要求, 主要包含光纤耐热性能、机械特征匹配、电气特征匹配、光纤保护等几个方面。

首先, 通过光缆生产厂家的研究与实验, 解决了OPPC相线中光纤余长问题和使用寿命问题, 使OPPC相线在安装及运行中满足变形及升温引起的伸长, 同时将光纤置于密闭管中, 按标准配置光纤色谱, 使OPPC相线满足通信需求的同时具有一定的抗挤压能力。其次, OPPC相线的截面、重量、直径、机械特性和直流电阻等参数必须与同一回路其他相线相适应, 使线路导线弧垂张力特性保持一致, 避免远端电压变化并保持三相平衡。

2 OPPC光缆的优劣性

OPPC光缆作为一种新型的电力特种光缆, 与被大规模使用的特种光缆OPGW和ADSS相比, OPPC具有下列优点:

查询哪些redo没有被standby库收到 (主库查询) 。

第二种方式用dataguard broker可以查询dataguard的运行状态。

执行如下指令, 查看是否返回成功的状态。

3 结语

数据是企业赖以生存的关键。当前, 国内外对数据库灾难恢复的重视程度提高到了前所未有的高度。在通信领领域, 数据的灾难恢复已经纳入系统安全的重要考核目标。实现灾备同步机制的方法有多种, Oracle Data Guard是Oracle目前提供的最佳灾备技术, 我们也可以结合自身系统及业务特点, 根

(1) 同时具有传输电能和通信的两种功能。OPPC不仅仅是一条符合常规输电线路设计的架空相线, 同时还是一条传输信号的光缆, 整根OPPC光缆必须同时满足其机械特性、电气特性和光纤传输特性等技术要求。

(2) 能够充分利用现有输电线路走廊资源实现光通信。若原有线路没设计地线, 或原有地线力学设计考虑较小, 就无法采用OPGW光缆替代;而输电线路对地安全距离受限、对导线安全间距不足, 也难以采用ADSS光缆;若采用另外敷设杆路架设普通光缆, 存在过多占用通道、偷盗维护不便、不经济等缺陷。因此, 采用OPPC光缆替代原有线路的其中一根相线, 在不改变线路的原有功能外即可实现通信功能, 而且克服了上述各种状况的不足之处。

(3) 未改变常规设计输电线路的各种设计工况, 不增加设计难度。OPPC光缆在其自身的性能设计是与常规的导线相适应的, 属于复合型产品, 而不是杆塔附加型产品, 其对杆塔的物理力学特征均无增加或明显变化, 因而其设计工况与常规设计输电线路的各种设计工况相同, 不增加设计难度。

(4) 较好的耐电化学腐蚀性大大提高其使用寿命。目前我国常规输电导线采用钢芯铝绞线或铝包钢芯铝绞线, 而OPPC产品设计时都是采用铝包钢线、钢管光单元、铝线绞合而成, 结构近似于铝包钢芯铝绞线。由于铝包钢线比镀锌钢丝具有更好的耐电化学腐蚀, 因此大大提高了其使用寿命。

(5) 良好的热稳定性保证光通信的质量。我国输电线路导线的允许温度一般为70℃或80℃。而光纤长期使用温度可为

据软硬件现状以及投资成本等诸多要素来综合权衡, 找出一种更适合本企业的灾难恢复方案。本文主要对基于Oracle Data Guard灾难恢复的数据同步机制及配置过程进行了详细的讨论。

参考文献:

[1]Jon William Toigo著, 连一峰, 宠南译.灾难恢复规划 (第三

版) [M].北京:电子工业出版社, 2004, 5:24-27

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ta Base 10G高可用性实现方案运用RAC, Flashback

和Data Guard技术[M].北京:清华大学出版社, 2005, 5:

[3]盖国强蓍.循序渐进Oracle数据库管理、优化与备份恢复

[M].人民邮电出版社.

技术的开发工作。85℃, 光纤油膏、缆膏的滴点均大于200℃, 铝包钢线、铝线的120℃高温热稳定性也很好, 因此, 传输电能和光纤通信及光纤测温均不受影响。

(6) 较好的防雷性能。由于OPPC采用大截面良导体材料制造, 能承受的短路电流、雷击电流 (包括潜供电流) 比OPGW大;而且在施工时OPPC不一定安装在杆塔最上方, 所以不易遭雷击, 避免了落雷引起的事故。

(7) OPPC光缆是光纤复合相线, 它与接头盒上均有高电压, 有绝对的防盗优势。

(8) OPPC光缆作为线路一相线, 可减少线路材料, 降低线路架设工程量, 节约工程投资。

与其同时, OPPC作为光纤复合相线也有其自身的缺点:

(1) 目前OPPC光缆是按一个或多个耐张段放线, 中间不再设置接续, 运行中如果在耐张段中间发生断线, 只能将整个耐张段的OPPC导线全部更换处理, 相当于更换了光缆的同时还更换了一根导线。

(2) 安装时必须采用预绞丝金具。OPPC其导线内装光纤束管的独特结构决定了其安装固定金具必须是预绞丝的, 而目前预绞丝金具在导线截面为240以上的应用不是很成熟, 因而对于大截面导线采用预绞式金具应论证分析, 使用时应慎重。

(3) 在架设OPPC光纤复合相线时, 光缆与引导光缆之间都需要用接头盒进行接续, OPPC接续需要在运行的相线中将光纤单元分离出来, 涉及到光纤接续和光电分离技术, 较ADSS、OPGW接续要复杂, 要求也较高, 增加了施工及日后运行维护的工作难度。

(4) 在相线的光纤接续处余缆设置不是很便利, 需考虑电气间隙等因素。

总的来说, OPPC光缆有其优点, 但也有不足, 它是光缆发展的一个方向, 目前还处于探索试用阶段。

3 OPPC光缆在设计及施工时的关键技术问题

(1) OPPC光缆建议应用范围。鉴于OPPC光缆目前还处于探索试用阶段, 国内还没有出台相关的设计及施工规范, 建议在一般情况下用于66k V及以下中低压电网新建及改造工程;在部分老110k V电网通信改造中, 可将其中一根相线更换为与其它两相导线匹配的OPPC光缆以满足通信需要。

(2) OPPC光缆盘长的确定。为了运输和施工的方便, 结合光缆生产工艺, 光缆的盘长一般控制在2~4km。依据电力线路杆位图, 光缆的接续点选在交通便利的耐张塔上, 同时考虑到自然坡度、光缆引下、接头预留、设备预留、牵引头、弧垂等因素, 光缆盘长等于每盘光缆的标称长度乘以预留系数, 再加上光缆接头长度, 用公式表示如下:

L=L0 (1+f) +L1+L2+30 (m) , 其中:L光缆的盘长 (m) ;L0光缆的标称长度 (m) , 即线路平面图中的水平长度;L1始端铁塔的呼称高 (m) ;L2终端铁塔的呼称高 (m) ;f预留系数, 一般取0.04~0.05。

(3) OPPC光缆安装金具及其附件的选择。OPPC光缆导线内装光纤束管结构独特, 决定了其安装时必须采用预绞丝金具以保护光纤。由于OPPC结构性能与OPGW相似, 故可选用双层预绞式金具, 这种金具不仅对缆的局部压力小, 而且在缆方向的张力能够分散到较长的区域。没有应力集中点, 应力分布均匀, 能很好地保护光缆, 同时又有较大的握着力及动态承受能力。

(4) OPPC光缆接续及光电隔离技术。在OPPC中, 由于电流和通信信号是在一根线缆中传输, 所以要求在接头盒中将通信信号连接到零电位水平, 才能安全可靠地隔离高电压和信号。OPPC接续就是在运行的相线中将光纤单元分离出来, 涉及到光纤接续和光电分离技术, 对接续技术、高压绝缘都有严格要求。OPPC接头盒, 根据使用方式的不同, 可分为中间型和终端型。通常, 中间接头盒采用“导电式非绝缘接纤盒”, 而终端接头盒采用“高压隔离绝缘接纤盒”。OPPC的中间接头盒和终端接头盒都有特殊的要求, 除了要具备一般接头盒必备的特点, 如防水防潮、有合理的固定光缆方式、合适的盘纤结构等, 还必须满足对电力输电导线不产生影响, 保证光纤的传输性能。OPPC接头盒采用“高压隔离绝缘”技术, 以保证OPPC线路运行绝缘安全、可靠有效。通常, 终端接头盒采取上、下两次熔接接续, 可实现通信信号的安全传输;中间接头盒则采取在上接头盒一次熔接接续, 中间接头盒按照其在杆塔上放置的形式又分为“支撑式”和“悬挂式”两种。

(5) OPPC光缆与其它类型光通信线路的互通。OPPC作为一种新型的光缆通信方式, 在整个通信网络中, 需要与原有的通信网互联互通;由于OPPC光缆中伴有高电压、大电流, 与其它光缆线路的接续、互联也成为新的问题。对于OPPC光缆与其它光缆网的互联问题, 一般采用2种方式来处理:利用机房内的通信设备实现通信网络之间的互联, 满足通信的要求;利用OPPC光缆终端盒技术, 实现光电隔离后再进行不同光缆间的接续熔接, 适用于通信机房外的各种类型通信线路的互联。

(6) 设计及施工的其它注意事项。基于OPPC光缆的特殊性, 在设计时应注意其它两相导线也需要采用与OPPC相同的预绞式电力金具及附件, 以企使OPPC和其它两相导线机械特征与电气特征相匹配。在施工时应参照目前OPGW的施工要求和注意事项, 使用专业的施工工器具, 采用张力放线法进行展放施工, 坚决不允许人工拖地放线;另外, 由于OPPC接续的技术难度和余缆长度的限制, 在施工时对接续人员应实行严格的技能资格准入制度, 要求一次熔接成功。

4 结语

OPPC光缆作为一种新型的特种电力光缆, 自身又具有许多优势, 使用前景可观。但其目前还处于探索试用阶段, 国家和相关部门也没用相应的规范规定, 设计及施工人员应该认真对待, 从设计和施工中不断总结经验教训, 为今后的成熟应用奠定基础。

参考文献

[1]陈广生, 巩风国.光纤复合架空相线 (OPPC) 的应用[J].电力系统通信, 2006, 27 (161)

[2]陈广生, 周殿臣, 张建.OPPC光缆在工程应用中的探讨[J].电力系统通信, 2009, 30 (201)

OPPC技术 第3篇

关键词：OPPC,光单元,全绝缘,试验线路

0引言

2009年,广东电网公司开发了一种新型光纤复合相导线(Optical Phase Conductor,OPPC)光单元分离引下技术[1],先后建成2条10 k V配电线路并投入运行。该技术避免了原有OPPC施工中的两大困扰:其一是预先根据接口位置距离,定长配盘订货;其二是要在杆塔上安装对地高压绝缘的接线装置,将光单元接续一段全绝缘的普通光缆。该技术应用结果表明,其不但可以免除定缆长配盘和登高熔接,还可以采用常规的线路接续金具。该技术于2014年获得了国家发明专利授权。广东电网第1条OPPC 10 k V配电线路如图1所示。

然而OPPC在国内较多应用于110 k V电压等级[2],因此开发适合110 k V架空线路OPPC光单元直接引下施工技术是必然的选择。经过一系列的计算和试验,该项目于2014年进入实施阶段,同年11月14日,在江门供电局110 k V开岗线完成架设并投入运行。

1 110 k V OPPC光单元直接引下关键技术

与10 k V线路相比,110 k V线路的运行电压提高了10倍,线路的建设特点和电网的运行特性也不同[3]。按照国家标准GB 311.1—2012《绝缘配合第1部分:定义、原则和规则》的规定,110 k V户外绝缘须在耐受480 k Vp全波冲击和480 k Vp截波冲击之后,能耐受230 k V工频电压1 min。因此,在10 k V线路上不能简单地套用10 k V线路上的方法。

1.1塑管光单元复合相线

将复合在高电压相线中的光单元引下,首先要解决的是绝缘问题。复合在架空相导线中的光单元以不锈钢管包覆其纤芯,光单元带电对于隔离高电压很不利,因此绝缘塑料光单元是理想的选择。

按生产厂家提供的资料,目前广泛用于塑管光单元的PBT材料,其耐受的最高持续运行温度为150 ℃(维卡软化温度170 ℃)。 而在我国电力相关规程中,钢芯铝绞线允许的最高持续运行温度为70℃,对于特殊地点,如大跨越、电站进线档则为90℃。由此可见,OPPC中采用塑料包覆光单元,在输电线路正常运行状态下是安全的。

当线路短路时,电流很大,在故障被切断前的时间里,导线会上升到一定温度。因此,采用塑料包覆光单元是否可行,主要取决于在事故最大短路电流下,导线上升到150℃时间的长短。

1.1.1 载流架空导线的热平衡问题

1990 年9 月20 日,广东电网220 k V芳顺线因雷击短路导致了大面积停电。为了准确分析事故扩大的原因,用AIEE1958 导线热平衡计算公式(曾利用该方法设计了DOS平台软件)计算导线弧垂下降时间,得出的结果和变电站记录时间相符,首次证明了该软件的可用性。随后广东电网公司继续完善该软件,并将其用于处理运行中的线路跨越问题。

2005 年,广东电网公司和华南理工大学合作开发了架空线路应力弧垂及载流增容计算软件。经过广东电力科学研究院的反复测试验证,该项目于2009 年3 月通过南方电网公司技术鉴定,并获得当年南方电网公司科技进步2 等奖。

在上述成果的基础上,广东电网公司开发了光纤复合相线的温升时间计算软件,并于2014 年12 月获得了国家软件著作授权。经过计算得出了常用导线在不同短路电流下的温升时间表(见表1),由于线路的远后备保护一般不会大于4 s,因此在大多数情况下,PBT材料光单元是可以经受得住温升考验的。

1.1.2 PBT材料的水解问题

PBT材料耐水解性差,这也是其一度被认为不宜用于电力线复合光缆的另一个原因。2003 年就有文献介绍了对此进行的研究[5],提出改性的PBT材料可以大为改善其耐水解、耐老化性能。对已经包裹在铝绞线中的光单元,PBT材料的水解不会形成致命性的威胁。广东三新电缆有限公司与广东电网公司合作,试制了塑管光单元的复合相线。

1.1.3 温升实测结果

在塑管光单元的OPPC试制中进行了正常的拉力试验,以及架空送电线路短路事故的模拟综合测试(见图2)。试样12 芯光纤首尾循环熔接,分别挂接光源和光功率计,并加以20% 破断张力值的拉力,再施加1 000 A电流,持续测量光单元的光信号传输衰耗,直到导线表面温度达150℃。

试样发热至150℃时,导线运行张力降至不足20% 的破断张力。此外,运行中导线短路达到150℃的时间只有几秒(远后备保护切除故障时间一般为4 s),而本次试验由于升流器只能提供1 000 A电流,试样经过近10 min才达到150℃ ( 试样电源引线左侧压钳上表面测量最高值达160℃ )。光单元在150℃附近经历了数分钟,因此本次试验中光单元所耐受的高温比实际短路事故时更严酷。试样达到150℃时,光信号衰减只增加1.4 d B( 从初始的0.49 d B增至1.89 d B)。降温后,光信号衰减恢复初始值。

事后解体试样,发现塑管光单元在电源线钳压受力处有软化变形,但没有受到径向压力的地方都完好无损。因此可以认为,电源线压钳和试样的接触位置超过了170℃的维卡软化温度值。这是由于一旦塑管光单元稍变软,压钳的握着力下降,接触表面电阻就有上升趋势,局部发热现象将愈演愈烈,这和电源接线压钳表面升温至160℃的情况是吻合的。

需要说明的是,该测试由于受到拉力机有效长度和升流器功率不足的限制,无法按照国标规定的检测条件进行。但模拟短路事故综合测试得出的结果显示,塑管光单元还是值得研究的。

1.2 爬距和抗电蚀问题

按照国家标准,在III级污区,110 k V户外绝缘爬距在最高运行电压下应≥ 31 mm/k V,即总绝缘爬距应≥ 2 166 mm。

光单元通过光电分离套管的出口,采用外护套后整个引下段均为绝缘材料。110 k V线路绝缘子串本身长度约1 500 mm,光单元引下段的第一个固定点要求超过2 500 mm。但分离套管光单元出口处的场强比10 k V线路高得多,爬距以外还应考虑抗电蚀问题[4]。

综合的解决方案是,在光电分离套管后面添加1 200 mm以上的硅橡胶伞裙(见图3),柔韧且有一定直径的伞裙对于改善光单元引下段应对风摆的性能有很大的作用。

1.3 水密性问题

110 k V输电线路比10 k V配网线路更重要,要求分离套管在结构上应比原来的10 k V套管更坚固、水密性更好,为此做了进一步的完善工作。同时在光单元出口处增加了一段弯管,分散光单元外护套受到扭曲时的应力。

1.4 高压试验结果

组装好的110 k V OPPC导线光单元绝缘引下总成在广东省高低压电工产品质量检测中心进行了冲击和耐压试验,通过了国家标准(GB311.1— 2012)规定的项目测试,检测结果合格。光单元引下总成检测报告如图4 所示。

2 110 k V全绝缘光单元OPPC试验线路建设

利用开发的短路温升时间计算软件,并经过架空线路应力弧垂及载流增容计算软件的校验,选定了最大运行方式下变电站出口三相金属性短路温升至150℃历时为7 s的110 k V开岗线,更换其中一相导线的1.5 km为塑管光单元OPPC作为试验线路。试验线路施工现场如图5 所示。

2014 年11 月,作为全绝缘光单元OPPC[6]试验线路的广东江门110 k V开岗线建成投入运行,将原来由ADSS承担的电力通信业务全部转移到OPPC绝缘光单元上,原架空送电线路及光通信业务至今运行正常。测试正常后拆除ADSS如图6 所示。

3 结语

作为光单元分离引下技术的扩展,本文实现了全绝缘光单元OPPC在110 k V线路的首次试运行。在严重覆冰地区,OPPC比OPGW有更高的可靠性。此外,为了降低送电线路的电能损耗,OPPC也有可能成为电网光通信的较好选择。

但由于PBT运行温度的限制,采用PBT材料的全绝缘光单元OPPC只能用于短路电流不大的110 k V电网线路,其抵抗日照、温度、雨水带来的老化问题也需要时日加以验证。如果要将其规模化应用,还需进行一定的改进完善,如采用更好的高分子材料光单元绝缘护套、标准化作业工艺等。

参考文献

[1]林杨,程启诚,赵建青.配电通信系统中电力特种光缆的应用研究[J].电力系统通信,2012,33(4):103-106.LIN Yang,CHENG Qi-cheng,ZHAO Jian-qing.Application research of electric power special optical cable in distribution communication system[J].Telecommunication for Electric Power System,2012,33(4):103-106.

[2]陈希,戚力彦,刘汉新,等.OPPC在电网中的应用研究与实验技术[J].电力系统通信,2009,30(7):5-8.CHEN Xi,QI Li-yan,LIU Han-xin,et al.Application and experiment of OPPC in power grid[J].Telecommunication for Electric Power System,2009,30(7):5-8.

[3]李庆林.架空送电线路施工手册[M].北京:中国电力出版社,2002.

[4]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].第2版.北京:中国电力出版社,2002.

[5]林友釵.光纤二次被覆专用材料PBT的水解和老化性能[C]//全国第二届光纤光缆用材料技术研讨会论文集,2003.

OPPC技术 第4篇

由于光纤通信有着可靠性高, 抗干扰能力强、容量大等突出优点, 已成为各级通信网的主要通信方式。10k V配电通信网的建设一直困扰着各地通信管理部门, 主要的问题是配电线路光缆建设。同杆架设普通光缆或ADSS光缆的安全性往往得不到保证, 容易受到外力破坏或由于配电线路故障引起光缆线路的中断;同时, 在老旧线路上架设普通光缆或ADSS光缆时还要考虑杆塔强度等。这些不利因素限制了配电通信网的发展。

2 OPPC光缆概述

我省目前在66k V~500k V线路主干网广泛采用OPGW光缆进行通信, 中低压配电网主要采用ADSS、普通光缆等通信方式。用OPPC光缆替代配电线路的1根相线, 不需要另外架设光缆就可以解决配电网的智能化所需的通信通道。并可大大提高传输的安全性和速度。

3 OPPC技术特点

OPPC全称为光纤复合架空相线, 是将光纤单元复合在相线中、具有电力架空相线和通信能力双重功能的电力特种光缆。

3.1 实现传输电能与光纤通信的完美融合

OPPC既是一条符合常规输电线路设计的架空导线, 同时还是一条提供信号传输的光缆。

3.2 充分利用输电线路走廊资源实现光通信

若输电线路无设计地线, 或地线截面太小难以复合光纤, 就无法采用OPGW光缆;而输电线路对地安全距离受限、对导线安全间距不足, 也难以采用ADSS光缆;普通光缆, 存在成本过高、征地困难以及偷盗和外力破坏等缺陷。因此, 采用OPPC技术可充分利用现有输配电走廊资源。

3.3 不存在给原有线路附加额外负荷带来的隐患

OPPC在性能设计和实际运行中, 是与相邻另两相导线相匹配, 属于复合型产品, 其对杆塔的水平荷载及垂直荷载均无增加或明显变化, 不会改变原有输电线路的运行条件。

3.4 良好的耐腐蚀性可提高OPPC的使用寿命

OPPC产品设计时都是采用铝包钢线、不锈钢管光单元、铝线绞合而成。因此使用寿命大大延长。而且具有更高的导电率, 具有一定的节能效果。

3.5 具有良好的热稳定性, 保证光通信不受影响

我国输电导线设计长期使用温度为70℃, 短期为90℃。铝包钢线、铝线的120℃高温热稳定性也很好, 因此, 传输电能和光纤通信均不受影响。

3.6 不存在雷击断股、短路电流过热的事故隐患

OPPC作为输电导线, 中低电压等级线路遭受雷击和短路电流可能性较小, 超高压线路有地线保护, 因此, OPPC不会出现OPGW容易出现的断股等事故隐患。

4 OPPC光缆与OPGW、ADSS光缆的比较

4.1 技术特点

⑴ADSS光缆。全介质自承式光缆ADSS, 是伴随着高强度高模量非金属材料 (芳纶) 和电腐蚀护套材料的开发成功而产生, 作为一种杆塔添加型光缆。⑵OPGW光缆。光纤复合架空地线OPGW, 是将光单元复合在常规架空地线中, 将传统地线中的一根或多根钢丝替换为不锈钢管光单元, 具有普通地线和通信光缆双重功能的电力特种光缆, 是电力系统的主要通信和保护手段。目前我省在66k V~500k V输电线路广泛采用OPGW光缆, 技术成熟。⑶OPPC光缆。光纤复合架空相线OPPC, 是将光单元复合在常规架空相线中, 将传统输电导线中的一根或多根钢丝替换为不锈钢管光单元, 具有电力架空相线和通信能力双重功能的新型电力特种光缆。可为中低电压输电线路及城网、农网通信改造、配电网智能化提供光纤通道。

4.2 OPPC与“导线+ADSS”方案技术比较

10k V线路一般没有架空地线, 无法沿线路架设OPGW光缆, 通常会考虑在导线下架设ADSS光缆。

与ADSS相比, OPPC作为三相导线中的一相导线, 没有给原有线路附加额外线路负荷带来的隐患, 也没有因场强的作用而导致光缆遭遇电腐蚀或引发的毁缆、断纤等事故。同时由于OPPC与接头盒上均有高电压, 还具有绝对的防盗优势。因此OPPC解决方案比“导线+ADSS”解决方案具有更高的可靠性。

5 结论

通过以上分析和比较, 结合以往10k V配电线路上普通光缆及ADSS光缆的运行经验, 我们可以得出以下结论:⑴在新建或改造 (更换导线) 10k V线路工程中, 采用OPPC方案与传统方案相比, 年投资成本评价最优。⑵采用OPPC光缆后, 不影响配电线路的正常运行, 同时降低了光缆受外界因素影响造成光缆终端的可能性。⑶10k V配电线路OPPC光缆线路施工工艺与导线施工类似, 施工成本增加不多。⑷OPPC光缆的接续工作比较复杂, 要求较高, 因此OPPC接续成本也较高, 在郊区及农村配电网中线路长、信息点相对较少的情况下应用时性价比比较高。

摘要：介绍10KV配电线路情况, 分析光纤复合架空相线 (OPPC) 特点, 对OPPC光缆与OPGW、ADSS光缆进行比较, 探讨OPPC光缆在10KV配电线路上应用可行性。

关键词：光纤复合架空相线 (OPPC) ,10KV配电配电网

参考文献

[1]陈希.电力特种光缆的发展与展望 (j) .电力系统通信.2009.30 (1) :16--25.

[2]孙瑞华, 李庆盈.OPPC光缆在35KV线路上的应用.电力系统通信.2009.20 (206) :25--29.