近年來(lái),，智能電網(wǎng)、FTTx和3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是支撐線纜行業(yè)蓬勃發(fā)展的主動(dòng)力,。智能電網(wǎng)要求電力系統(tǒng)中輔以信息技術(shù)為支撐,，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化的特征;FTTx和3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求信息通信的同時(shí)解決網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的用電問(wèn)題,，因此應(yīng)用于電力系統(tǒng)中兼顧電力傳輸和信息通信的各類(lèi)復(fù)合纜和特種光纜(本文統(tǒng)稱(chēng)為電力光纜)應(yīng)運(yùn)而生,。

　　電力光纜按敷式方式和應(yīng)用場(chǎng)合可分為三種，即電力線附加型,、桿塔添加型和電力線復(fù)合型,。電力線附加型主要有地線纏繞光纜(GWWOP)和捆綁式光纜(ADL);桿塔添加型主要有全介質(zhì)自承式光纜(ADSS)和金屬自承光纜(MASS);電力線復(fù)合型通常是指在傳統(tǒng)的電力線中復(fù)合光纖單元，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)通電或防雷功能的同時(shí)進(jìn)行光纖通信,，主要有光纖復(fù)合架空地線(OPGW),、光纖復(fù)合架空相線(OPPC)、光電混合纜(GD),、光纖復(fù)合低壓電纜(OPLC)等,。

　　1 、地線纏繞式光纜GWWOP和捆綁式光纜ADL

　　(1)地線纏繞式光纜GWWOP(Ground Wire Wind Optical Cable)——是一種直接纏繞在架空地線上的光纜,，它沿著輸電線路以地線為中心軸螺旋纏繞在地線上,，形成一種依附于輸電線支承的光傳輸媒介。

　　(2)捆綁式光纜ADL(All Dielectric Lashed Cable)——是一種通過(guò)一條或兩條抗風(fēng)化的膠帶,、被覆芳綸線或金屬線捆綁在地線或相線上,。與GWWOP光纜相比，減少了光纜由于彎曲纏繞而引起衰減偏大或應(yīng)力增加,。

圖1. GWWOP和ADL光纜安裝示意圖

　　這兩類(lèi)光纜被統(tǒng)稱(chēng)為附加型光纜—OPAC(Optical Attached Cable),，一般用于35kV以下線路中，早在上世紀(jì)80年代初就已經(jīng)開(kāi)發(fā)并被電力部門(mén)所使用,，是電力系統(tǒng)中建設(shè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)既經(jīng)濟(jì)又快捷的方式,。他們不是自承式光纜，是附加在原有地線或相線上的,，如圖1所示,，因此該纜具有輕型柔軟、且外徑小等優(yōu)點(diǎn),，一般采用全介質(zhì)中心管式光纜結(jié)構(gòu),，如圖2所示，非金屬加強(qiáng)層通常采用芳綸纖維紗,、玻璃纖維紗和玻璃纖維帶等柔性材料,。

圖2. 常用GWWOP和ADL光纜結(jié)構(gòu)圖

　　這兩類(lèi)纜安裝時(shí)需要特殊的器具，安裝完后，光纜直接與電力線接觸,，所以都需要承受線路短路時(shí)相線或地線上產(chǎn)生的高溫,，都有外護(hù)套材料老化問(wèn)題，因此雖然研究和應(yīng)用早于ADSS光纜,，但是在國(guó)內(nèi)沒(méi)有大范圍的應(yīng)用,。在線路設(shè)計(jì)時(shí),，還需覆冰和風(fēng)載校驗(yàn)電力線和桿塔強(qiáng)度,。

　　近年來(lái)，智能電網(wǎng),、FTTx和3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是支撐線纜行業(yè)蓬勃發(fā)展的主動(dòng)力,。智能電網(wǎng)要求電力系統(tǒng)中輔以信息技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的信息化,、自動(dòng)化和互動(dòng)化的特征;FTTx和3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求信息通信的同時(shí)解決網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的用電問(wèn)題,，因此應(yīng)用于電力系統(tǒng)中兼顧電力傳輸和信息通信的各類(lèi)復(fù)合纜和特種光纜(本文統(tǒng)稱(chēng)為電力光纜)應(yīng)運(yùn)而生。

　　電力光纜按敷式方式和應(yīng)用場(chǎng)合可分為三種,，即電力線附加型,、桿塔添加型和電力線復(fù)合型。電力線附加型主要有地線纏繞光纜(GWWOP)和捆綁式光纜(ADL);桿塔添加型主要有全介質(zhì)自承式光纜(ADSS)和金屬自承光纜(MASS);電力線復(fù)合型通常是指在傳統(tǒng)的電力線中復(fù)合光纖單元,，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)通電或防雷功能的同時(shí)進(jìn)行光纖通信,，主要有光纖復(fù)合架空地線(OPGW)、光纖復(fù)合架空相線(OPPC),、光電混合纜(GD),、光纖復(fù)合低壓電纜(OPLC)等。

　　1 ,、地線纏繞式光纜GWWOP和捆綁式光纜ADL

　　(1)地線纏繞式光纜GWWOP(Ground Wire Wind Optical Cable)——是一種直接纏繞在架空地線上的光纜,，它沿著輸電線路以地線為中心軸螺旋纏繞在地線上，形成一種依附于輸電線支承的光傳輸媒介,。

　　(2)捆綁式光纜ADL(All Dielectric Lashed Cable)——是一種通過(guò)一條或兩條抗風(fēng)化的膠帶,、被覆芳綸線或金屬線捆綁在地線或相線上。與GWWOP光纜相比,，減少了光纜由于彎曲纏繞而引起衰減偏大或應(yīng)力增加,。

圖1. GWWOP和ADL光纜安裝示意圖

　　這兩類(lèi)光纜被統(tǒng)稱(chēng)為附加型光纜—OPAC(Optical Attached Cable)，一般用于35kV以下線路中,，早在上世紀(jì)80年代初就已經(jīng)開(kāi)發(fā)并被電力部門(mén)所使用,，是電力系統(tǒng)中建設(shè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)既經(jīng)濟(jì)又快捷的方式。他們不是自承式光纜,，是附加在原有地線或相線上的,，如圖1所示，因此該纜具有輕型柔軟、且外徑小等優(yōu)點(diǎn),，一般采用全介質(zhì)中心管式光纜結(jié)構(gòu),，如圖2所示，非金屬加強(qiáng)層通常采用芳綸纖維紗,、玻璃纖維紗和玻璃纖維帶等柔性材料,。

圖2. 常用GWWOP和ADL光纜結(jié)構(gòu)圖

　　這兩類(lèi)纜安裝時(shí)需要特殊的器具，安裝完后,，光纜直接與電力線接觸,，所以都需要承受線路短路時(shí)相線或地線上產(chǎn)生的高溫，都有外護(hù)套材料老化問(wèn)題,，因此雖然研究和應(yīng)用早于ADSS光纜,，但是在國(guó)內(nèi)沒(méi)有大范圍的應(yīng)用。在線路設(shè)計(jì)時(shí),，還需覆冰和風(fēng)載校驗(yàn)電力線和桿塔強(qiáng)度,。

　　2 、全介質(zhì)自承式光纜ADSS和金屬自承式光纜­MASS

　　(1)全介質(zhì)自承式光纜ADSS(All dielectric self-supporting optical fiber cable)——是一種利用現(xiàn)有的高壓輸電桿塔,，與電力線同桿架設(shè)的特種光纜,，具有工程造價(jià)低、施工方便,、安全性高和易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),。

　　ADSS光纜是自承式架空敷設(shè)，應(yīng)具有較大的抗拉強(qiáng)度,，以保證正常運(yùn)行時(shí)能承載外界環(huán)境影響,。ADSS光纜主要承載元件為芳綸紗線，根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為中心管式和層絞式兩種,，其中層絞式結(jié)構(gòu)分為單護(hù)層和雙護(hù)套結(jié)構(gòu),，具體如下圖3。

圖3.ADSS光纜結(jié)構(gòu)圖

　　ADSS光纜在力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),，除具有一定的抗拉強(qiáng)度外,，還需考慮一定檔距下安裝ADSS光纜對(duì)地面的安全距離和滿(mǎn)負(fù)載環(huán)境下對(duì)地安全距離，以防影響路面正常運(yùn)作,。另一方面,，由于高壓電力線周?chē)嬖谥欢ǖ母邏弘妶?chǎng)環(huán)境，容易腐蝕損害ADSS光纜,，因此ADSS光纜在敷設(shè)時(shí)不僅要選擇適宜的懸掛點(diǎn),，同時(shí)外護(hù)套也需具有一定的耐電腐蝕能力。根據(jù)DL/T 788-2001《全介質(zhì)自承式光纜》標(biāo)準(zhǔn)要求,，外護(hù)套可以分為A級(jí)(電位小于12kV)和B級(jí)(電位大于12kV),，其中B級(jí)護(hù)套(通常稱(chēng)為耐電痕護(hù)套料)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，一般建議懸掛點(diǎn)運(yùn)行電位不超過(guò)25kV。

　　(2)金屬自承式光纜­MASS(Metal Aerial Self-Supporting optical fiber cable)——不銹鋼管光纖單元結(jié)構(gòu),，考慮MASS光纜同ADSS光纜一樣與現(xiàn)有桿塔進(jìn)行同桿架設(shè),，為減少對(duì)桿塔的額外負(fù)載，要求MASS光纜結(jié)構(gòu)小,、重量輕,。因此MASS光纜結(jié)構(gòu)采用中心管式，即不銹鋼光纖單元外面絞合一層鍍鋅鋼絲或鋁包鋼絲,，通常從成本考慮,，以鍍鋅鋼絲為主，如圖4所示,。

圖4. MASS結(jié)構(gòu)圖

　　MASS光纜在力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)與ADSS光纜類(lèi)似,，同樣需要進(jìn)行檔距—拉力—弧垂驗(yàn)算,。但是在安裝敷設(shè)時(shí),，應(yīng)選擇合適的懸掛點(diǎn)，一方面與電力線保持一定的安全距離;另一方面,，因?yàn)镸ASS光纜是金屬結(jié)構(gòu),，通過(guò)良好的接地處理和選擇弱電場(chǎng)安裝點(diǎn)，可以方便的解決電腐蝕問(wèn)題,。因?yàn)镸ASS光纜是全金屬結(jié)構(gòu),，在一些鼠害猖狂地區(qū)，它還可以作為有效的防鼠光纜架空應(yīng)用,。

　　3 ,、光纖復(fù)合架空地線OPGW和光纖復(fù)合架空相線OPPC

　　(1)光纖復(fù)合架空地線OPGW(Optical fibre composite overhead ground wires)——它具有傳統(tǒng)地線防雷的功能，對(duì)輸電導(dǎo)線抗雷電提供屏蔽保護(hù)的作用,，同時(shí)通過(guò)復(fù)合在地線中的光纖來(lái)傳輸信息,。常見(jiàn)的OPGW結(jié)構(gòu)主要有三大類(lèi)，分別為鋁管型,、鋁骨架型和不銹鋼管型,，如圖5。

圖5. OPGW結(jié)構(gòu)圖

　　OPGW的關(guān)鍵技術(shù)之一是短路電流引起的溫升和OPGW的最高使用溫度,，圖4中前兩種結(jié)構(gòu)的OPGW在短路電流沖擊時(shí),，鋁管和鋁骨架會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較高的溫度且向內(nèi)部擴(kuò)散，進(jìn)而影響光纖傳輸甚至斷纖現(xiàn)象,，而不銹鋼管型明顯改善很多,。若結(jié)構(gòu)中含有鋁，在超過(guò)200℃以后,，首先是鋁產(chǎn)生不可逆塑性形變,，在結(jié)構(gòu)受到破壞的同時(shí)，OPGW增大的弧垂不但不能保持與導(dǎo)線的安全間距還將可能與導(dǎo)線相碰，若是全鋼結(jié)構(gòu)則可短時(shí)工作在300℃,。

　　OPGW在新建線路中應(yīng)用具有較高的性?xún)r(jià)比,，在設(shè)計(jì)時(shí)，OPGW的短路電流越大時(shí),，就需要用更多的鋁截面積,，則抗拉強(qiáng)度相應(yīng)降低;而在抗拉強(qiáng)度一定的情況下，要提高短路電流容量,，只有增大金屬截面積,，從而導(dǎo)致纜徑和纜重增加，這樣就對(duì)線路桿塔強(qiáng)度提出了安全問(wèn)題,。但是OPGW設(shè)計(jì)時(shí)其電氣性能(如直流電阻)和機(jī)械性能(如檔距—張力—弧垂特性)應(yīng)與另一根地線接近,。

　　(2)光纖復(fù)合架空相線OPPC(Optical Fiber Composition Phase Conductor)——是將光纖單元復(fù)合在相線中，具有相線和通信的雙重功能,，彌補(bǔ)了新建電網(wǎng)線路中無(wú)架空地線卻要通信的場(chǎng)合,，主要有中心管式和層絞式兩種，如圖6,。

圖6 OPPC結(jié)構(gòu)圖

　　雖然OPPC結(jié)構(gòu)與OPGW類(lèi)似,，但是在設(shè)計(jì)卻有很大差異。首先,，OPPC由于具有相線的功能,，長(zhǎng)期承載電力傳送，因考慮長(zhǎng)期運(yùn)行溫度對(duì)光纖傳輸性能和光纖壽命的影響;其次,，OPPC的機(jī)械性能和電氣性能應(yīng)與相鄰導(dǎo)線一致,，如直流電阻或阻抗與相鄰導(dǎo)線相似，以保證遠(yuǎn)端電壓變化保持三相平衡;再次,，OPPC安裝在高壓系統(tǒng)中,，其安裝的金具和附件(如耐張線夾，懸垂線夾和終端接頭盒)需絕緣,，線夾可用相應(yīng)的絕緣耐張線串或絕緣懸垂串,，光電絕緣/分離和連接則需要特殊的技術(shù)，對(duì)施工的要求也比較高,。

　　4 ,、接入網(wǎng)用光電混合纜GD

　　接入網(wǎng)用光電混合纜GD(Optical and electrical hybrid cables for access network)——俗稱(chēng)綜合光纜，它集光纖,、金屬線對(duì)和饋電線于一體,，可以同時(shí)傳輸光信號(hào)、電信號(hào)和電能,，其典型結(jié)構(gòu)如圖7,。

圖7 接入網(wǎng)用光電混合纜結(jié)構(gòu)圖

　　隨著接入網(wǎng)技術(shù)和市場(chǎng)的快速發(fā)展,，光纖通信開(kāi)始進(jìn)入新一輪高速增長(zhǎng)階段, 移動(dòng)通信、數(shù)字電視(中間轉(zhuǎn)換),、寬帶接入,、FTTx、農(nóng)村村村通工程等將通信光纜和設(shè)備不斷地向用戶(hù)延伸,，遠(yuǎn)端基站,、通信機(jī)房、用戶(hù)接入點(diǎn)等設(shè)備開(kāi)始大量應(yīng)用,，而設(shè)備的供電卻成為通信運(yùn)營(yíng)商十分棘手的問(wèn)題,，為解決此問(wèn)題，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)發(fā)布了YD/T 2159-2010《接入網(wǎng)用光電混合纜》,，為該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ),。

　　雖然我們可以通過(guò)GD光纜可以給遠(yuǎn)端設(shè)備供電和傳輸信息，但是饋電線中存在線路損耗,，且隨著傳輸距離的加長(zhǎng)而增大,，同時(shí)還存在著壓降問(wèn)題。因此,，高壓直流遠(yuǎn)供電無(wú)疑是解決長(zhǎng)距離通信的最佳方案,。高壓直流遠(yuǎn)供電系統(tǒng)的原理是將機(jī)房?jī)?nèi)開(kāi)關(guān)電源的48 V 直流電通過(guò)遠(yuǎn)供電源局端設(shè)備隔離升壓到約200～400 V 直流高壓，將直流高壓電通過(guò)GD光纜中饋電線傳輸?shù)竭h(yuǎn)端設(shè)備處,，傳輸過(guò)程中電源處于對(duì)地懸浮狀態(tài)，通過(guò)遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行電壓逆變,，變換到遠(yuǎn)端設(shè)備所需電壓(如DC48 V 或AC220V),，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端設(shè)備正常通信，如圖8,。

圖8 高壓直流遠(yuǎn)端供電原理圖

　　GD光纜在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,，主要是饋電線的截面積選取，饋電線的截面積與傳輸距離,、用電設(shè)備功率,、傳輸電壓等級(jí)、遠(yuǎn)供電設(shè)備接收電壓范圍等有關(guān),，線纜設(shè)計(jì)完后,，還需進(jìn)一步驗(yàn)算線纜損耗，一般線纜損耗功率不超過(guò)遠(yuǎn)供局端設(shè)備輸出功率的10%為宜,。

　　5,、 光纖復(fù)合低壓電纜—OPLC

　　光纖復(fù)合低壓電纜OPLC(Optical Fiber Composite Low-Voltage Cable)——是將經(jīng)過(guò)保護(hù)后的光纖單元置于電力線纜中，可用于額定電壓0.6/1kV及其以下電力系統(tǒng)中,，同時(shí)解決光纖信息通信的問(wèn)題,。OPLC倡導(dǎo)的電力光纖到戶(hù)(Power and Fiber to the home,，簡(jiǎn)稱(chēng)PFTTH)，即配合無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù),，實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng),、電力傳輸網(wǎng)、電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等“多網(wǎng)融合”的概念完全符合我國(guó)現(xiàn)階段電信運(yùn)營(yíng)商提出的“三網(wǎng)融合”建設(shè)的浪潮,，因此可以通過(guò)OPLC構(gòu)建電信公共服務(wù)平臺(tái),，加速和節(jié)約我國(guó)光纖到戶(hù)建設(shè)。

　　OPLC在設(shè)計(jì)時(shí),，主要考慮是光單元結(jié)構(gòu)的選用,，層絞式光纜可以包含較多芯數(shù)光纖，比較適宜配網(wǎng)時(shí)光纜的分歧和交接應(yīng)用;蝶形光纜因施工接續(xù)時(shí)可采用快速連接器進(jìn)行冷接,，施工快速方便,，比較適合入戶(hù)應(yīng)用。根據(jù)組網(wǎng)特性和實(shí)際使用芯數(shù)狀況,，我們選取中心管式光纜,、層絞式光纜和蝶形光纜三種結(jié)構(gòu)作為OPLC的光單元，且光單元由非金屬全介質(zhì)材料組成,，如圖9所示,。

圖9 OPLC典型光單元結(jié)構(gòu)示意圖

　　層絞式光單元和中心束管式光單元根據(jù)不同的敷設(shè)形式，又分為干式和油膏填充式,。干式光單元可以滿(mǎn)足大芯數(shù)垂直敷設(shè)的需要,，特別是在高層樓垂直布線中應(yīng)用較多，可以解決垂直敷設(shè)時(shí)油膏滴流問(wèn)題,，為OPLC在不同場(chǎng)合的應(yīng)用提供了方便,。考慮緊套光纖結(jié)構(gòu)對(duì)溫度敏感性較大,，一般不建議在OPLC中應(yīng)用,。OPLC結(jié)構(gòu)如圖10所示，分為入戶(hù)用和配網(wǎng)用兩大類(lèi),。

圖10 OPLC結(jié)構(gòu)圖

　　OPLC在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之初主要討論的問(wèn)題是電力導(dǎo)線在長(zhǎng)期工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量對(duì)光纖的影響,。亨通集團(tuán)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之初，同上海電纜研究所合作對(duì)OPLC進(jìn)行耐壓認(rèn)證性測(cè)試,，也就是認(rèn)證電力導(dǎo)體溫度在75～80℃時(shí)(超出GB 50217-2007《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定聚氯乙烯絕緣電力電纜導(dǎo)體最高持續(xù)工作溫度70℃),，監(jiān)控絕緣芯線間溫度(也就是光單元外表溫度)，具體如圖11所示,，經(jīng)過(guò)18天不間斷測(cè)試,，在導(dǎo)體溫度不超過(guò)80℃時(shí)，絕緣芯線間溫度小于70℃,，考慮光單元外護(hù)套對(duì)光纖的隔熱保護(hù)作用,，光纖正常工作溫度不超過(guò)70℃,，完全滿(mǎn)足光纖長(zhǎng)期使用條件，并且整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中,，光纖衰減變化符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,。

圖11 OPLC耐熱試驗(yàn)

　　OPLC存在的問(wèn)題：電力電纜運(yùn)行時(shí)，短路時(shí)(持續(xù)5 秒)導(dǎo)體最高溫度聚氯乙烯絕緣160℃,，交聯(lián)聚乙烯絕緣250℃;此時(shí)的瞬時(shí)溫升對(duì)光單元中的光纖衰減影響程度,，還需要進(jìn)一步的研究，在缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),，建議通過(guò)短路保護(hù)器進(jìn)行線纜保護(hù),。但從目前的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看，在正常運(yùn)行的工作狀態(tài)下,，OPLC的使用未發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題,。我公司已在上海浦東峨山路越富豪庭智能小區(qū)、浙江省海鹽的智能試點(diǎn)小區(qū),、無(wú)錫市金科觀天下智能小區(qū)和上海浦東的張江名邸等智能用電小區(qū)試點(diǎn)項(xiàng)目中運(yùn)用了300多公里的OPLC電纜,，運(yùn)行情況良好。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　隨著農(nóng)村和城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展,，F(xiàn)TTx建設(shè),、3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、建筑的智能化,，特別是公用建筑的智能系統(tǒng)變得越來(lái)越普遍,。對(duì)傳統(tǒng)光纜和電力系統(tǒng)提出了新的要求，越來(lái)越多的電力光纜將會(huì)被期待甚至開(kāi)發(fā)應(yīng)用,，如我公司目前正著手開(kāi)發(fā)的適用于額定電壓3.6/6～26/35kV的光纖復(fù)合中壓電纜和適用于額定電壓10kV及以下架空線路的光纖復(fù)合架空絕緣電纜等,，但是目前還缺乏統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行定義，本文也就不具體敘述,。相信這些產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，對(duì)豐富我國(guó)中壓系統(tǒng)建設(shè),、電力資源的合理化應(yīng)用和多網(wǎng)融合具有積極的意義,。