前言隨著電力通信的不斷發(fā)展，作為電力通信的*載體OPGW光纜的應(yīng)用，已在國內(nèi)外電力通信系統(tǒng)中被人們所接受，并得到迅速發(fā)展。但OPGW光纜的技術(shù)發(fā)展伴隨著電力系統(tǒng)的要求而不斷推陳出新。

OPGW光纜的結(jié)構(gòu)繁多，并不像普通光纜那樣結(jié)構(gòu)簡單，這是由于OPGW光纜既要滿足光通信的要求，又要滿足電力系統(tǒng)的地線機械性能和電氣性能。所以說OPGW光纜是一種特種光纜，它集光纜和地線于一體。因此對于OPGW光纜的技術(shù)要求就遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通光纜，OPGW光纜不僅要有穩(wěn)定的光傳輸性能，更要有具備地線的高可靠性能。

光纖單元的技術(shù)和結(jié)構(gòu)的發(fā)展：

在OPGW光纜中，光纖單元是極為重要的主體。從20世紀(jì)70年代后期到21世紀(jì)初，OPGW光纜的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，其變化的根源在于在OPGW光纜的運用中不斷改進(jìn)所存在的問題，而結(jié)構(gòu)的改進(jìn)主要是光纖單元的改進(jìn)，可以說光纖單元結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了各年代的洗禮，目前不銹鋼管光纖單元被人們認(rèn)為是目前*的OPGW光纜的光纖單元。下表例舉不同年代具有代表性的OPGW光纜的光纖單元，從技術(shù)上客觀地簡述其性能特點。

熱量對光纖單元的影響

1.“層絞纜芯+鋁管”的光纖單元：該結(jié)構(gòu)的光纖單元是利用普通光纜的纜芯，在外層增加鋁管而形成早期的OPGW光纜的光纖單元。該光纖單元的制造過程中，采用普通光纜的纜芯，并在鋁管表面有缺陷時可進(jìn)行修補，因此光纖單元的制造成本低。但該光纖單元在實際運用中發(fā)現(xiàn)了一些問題，已被歐美發(fā)達(dá)國家淘汰，其結(jié)構(gòu)本身存在的不足之處。

由于光纖單元的纜芯采用普通光纜的纜芯，特別是外層的鋁管為良導(dǎo)體，鋁管的管壁厚度一般為1.5mm～5.0mm，在OPGW光纜受到短路電流沖擊時，在其鋁管上產(chǎn)生很大的電流，并由此產(chǎn)生高溫。

又由于纜芯被密封在鋁管內(nèi)，而鋁管所產(chǎn)生的高溫很大部分向內(nèi)傳遞，使纜芯直接受溫，嚴(yán)重時可使纜芯受熱變形，zui終使光纖傳輸性能下降或斷纖。下圖1為：在OPGW光纜受到短路電流沖擊時，鋁管在某一短路電流流向時在鋁管內(nèi)外壁周圍的溫度散發(fā)狀態(tài)。

圖1鋁管在受到短路電流時，其熱量散發(fā)的狀態(tài)

2.“鋁骨架+鋁管”的光纖單元：該光纖單元結(jié)構(gòu)是將經(jīng)涂敷（耐溫材料涂敷）的光纖直接絞合在鋁骨架槽內(nèi)+鋁管而形成的，而光纖一般多采用緊包結(jié)構(gòu)的光纖。該結(jié)構(gòu)的光纖單元具有較強的抗側(cè)壓力，與“層絞纜芯+鋁管”的光纖單元相比較，由于采用了耐溫材料涂敷光纖，在鋁材產(chǎn)生高溫時，光纖受溫現(xiàn)象有了較大的改善。但由于光纖單元基本由鋁材組成，在OPGW光纜受到短路電流沖擊時，鋁材所產(chǎn)生的高溫仍密封在鋁管內(nèi)，高溫對光纖的影響始終存在隱患。在短路電流的沖擊下，造成光纖斷纖以及光纖傳輸性能下降事件在我國南方地區(qū)曾經(jīng)發(fā)生過。圖2為：在短路電流沖擊時，光纖單元的溫度散發(fā)分布情況。

圖2“鋁骨架+鋁管”在受到短路電流時，其熱量散發(fā)的狀態(tài)

從圖2可以看出，鋁材在短路電流沖擊下產(chǎn)生高溫，鋁骨架向外散發(fā)熱量的同時也向光纖散發(fā)熱量，鋁管在向外散發(fā)熱量的同時也向鋁骨架和光纖散發(fā)熱量，因此光纖會同時受到來自鋁骨架和鋁管的熱量影響，使光纖表面的溫度直線上升，對光纖的傳輸穩(wěn)定性產(chǎn)生危害。

3.“不銹鋼管”的光纖單元：不銹鋼管用于作為光纖單元的松套管，是充分運用了不銹鋼材料的物理性能，即不銹鋼材料具有不良導(dǎo)體性和抗腐蝕性的特點，而這一特點，也正是光纖單元所希望的。在以不銹鋼管光纖單元為主體的OPGW光纜結(jié)構(gòu)中，其光纜結(jié)構(gòu)主要材料為：不銹鋼管光纖單元、AS線（鋁包鋼線）和AA線（鋁合金線）三種材料，并且充分運用了這三種材料的物理性能。在光纜結(jié)構(gòu)中，將導(dǎo)電性能*的AA線安置在光纜結(jié)構(gòu)的zui外層，在光纜受到短路電流沖擊時，AA線將承擔(dān)大部分的短路電流并散發(fā)大部分的熱量，充分保護(hù)了光纖單元免受熱量的影響。

不銹鋼材料、AS線和AA線的導(dǎo)電性能為：

從大量的試驗結(jié)果驗證，以不銹鋼管光纖單元為主體的OPGW光纜，在受到短路電流沖擊時，熱量對光纖單元的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于以上二種光纖單元，這有效地保證了OPGW光纜的光纖傳輸性能的穩(wěn)定性，這一技術(shù)的*性已被人們所接受，以不銹鋼管光纖單元為主體的OPGW光纜已經(jīng)成為世界各地電力通信的主流產(chǎn)品。

不銹鋼管光纖單元分為：單層不銹鋼管光纖單元和復(fù)合不銹鋼管光纖單元兩種結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的特點分析給讀者參閱。

通過大量試驗驗證，無論是單層不銹鋼管光纖單元還是復(fù)合不銹鋼管光纖單元，在短路電流的沖擊下，其不銹鋼管的管壁受溫溫度基本一致，其管壁的受溫溫度一般在145℃～168℃范圍內(nèi)，由于不銹鋼管光纖單元的結(jié)構(gòu)有所不同，管壁受溫后的熱量散發(fā)對光纖的影響也有所不同。對于單層不銹鋼管光纖單元而言，管壁溫度直接向纖膏和光纖散發(fā)，而對于復(fù)合不銹鋼管光纖單元而言，由于有內(nèi)襯管的存在使管壁溫度向纖膏和光纖散發(fā)熱量大大減少，提高了光纖的溫度性能。OPGW光纜的同行們擔(dān)心，復(fù)合不銹鋼管光纖單元在高溫時，內(nèi)襯管是否會收縮。這大可不必?fù)?dān)心，因為復(fù)合不銹鋼管光纖單元在生產(chǎn)過程中，不銹鋼管與內(nèi)襯管的復(fù)合溫度在200℃～250℃。中天日立公司提供給“杭東變500 KV 出口線路”的OPGW光纜（光纖：60× G.6 52+12 × G.6 55 ，光纜短路電流容量301kA2s） ，在加拿大KING實驗室進(jìn)行了①短路電流試驗②雷擊試驗，試驗驗證，光纖的溫度性能大大提高。下表和圖為試驗方法、試驗時的光纖衰耗值和復(fù)合不銹鋼管光纖單元的受溫曲線。試驗結(jié)果如下：

1）OPGW光纜的結(jié)構(gòu)：

2）OPGW光纜短路電流的試驗方法：

OH-離子和H+離子對光纖的侵害

1.“層絞纜芯+鋁管”和“鋁骨架+鋁管”的光纖單元：

a）鋁管在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生缺陷時或彎曲時的開裂：由于鋁管在生產(chǎn)過程中是通過擠鋁方式而形成鋁管，當(dāng)鋁材有細(xì)微雜質(zhì)時或鋁材脫節(jié)時就會在鋁管表面上產(chǎn)生缺陷（小氣孔、凹餡、裂痕等現(xiàn)象）。為降低生產(chǎn)成本，往往采取修補的方法對鋁管表面進(jìn)行修補，而鋁管經(jīng)過修補后其修補點在受到彎曲時應(yīng)力釋放而容易產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，從而使OPGW光纜的產(chǎn)品質(zhì)量難以得到保證。鋁管開裂現(xiàn)象在我國也出現(xiàn)過。下圖3為：鋁管表面出現(xiàn)缺陷時的修補狀態(tài)和光纜彎曲后其修補點易產(chǎn)生的開裂狀態(tài)。

圖3：鋁管修補前后和受彎后的各種狀態(tài)

b）光纖單元的縱向滲水性能：由于鋁管的生產(chǎn)方式為擠鋁方式，為防止擠鋁的高溫對光纖單元纜芯的影響，擠鋁前在纜芯外層要繞包隔熱層。但隔熱層不具備滲水性能，因此以擠鋁方式而形成的鋁管其光纖單元的滲水性能難以解決。一旦鋁管開裂，水將通過開裂處滲入纜芯，OH-離子或H+離子滲透塑料松套管將影響到光纖，使光纖產(chǎn)生吸氫現(xiàn)象而使光纖的傳輸性能下降，直接體現(xiàn)在光纖的衰減直線上升。

2.單層不銹鋼管的光纖單元：由于單層不銹鋼管內(nèi)僅有纖膏保護(hù)的光纖，當(dāng)不銹鋼管表面受到細(xì)微的損傷時，將直接影響到光纖，對光纖的傳輸穩(wěn)定性帶來直接的危害。

對單層不銹鋼管而言，由于不銹鋼管經(jīng)過冷拔生產(chǎn)工序，其內(nèi)應(yīng)力較大。特別是當(dāng)管壁上有微量缺陷時（如不銹鋼帶表面有污跡造成焊接不充分等各種因素），在經(jīng)過冷拔工序時由于內(nèi)應(yīng)力的作用，該微量缺陷有所增加，但有時目視也很難發(fā)覺。在形成光纜以后，存在質(zhì)量的隱患。存在的微量缺陷（又如微量小孔）會使OH-離子或H+離子直接侵入到不銹鋼管內(nèi)，對光纖產(chǎn)生危害而造成光纖傳輸性能的下降。圖4（缺）是國外進(jìn)口的單層不銹鋼管光纖單元，由于微量缺陷經(jīng)冷拔產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，光纜在施工時發(fā)現(xiàn)不銹鋼管光纖單元有斷裂現(xiàn)象。

3.復(fù)合層不銹鋼管的光纖單元：由于復(fù)合層不銹鋼管內(nèi)有內(nèi)襯管和纖膏雙重保護(hù)光纖，所以當(dāng)不銹鋼管表面受到細(xì)微的損傷時，將受到內(nèi)襯管對光纖的保護(hù)，有效保證了光纖的傳輸穩(wěn)定性。

光纖單元中光纖余長的控制

1.“層絞纜芯+鋁管”的光纖單元：由于“層絞纜芯+鋁管”的光纖單元采用二次被覆松套結(jié)構(gòu)，因此光纖余長的控制比較容易并且余長分布也比較穩(wěn)定，這一點大家都很了解，此光纖單元的結(jié)構(gòu)與層絞式普通光纜的光纖單元結(jié)構(gòu)是一致的。

2.“鋁骨架+鋁管”的光纖單元：由于采用鋁骨架結(jié)構(gòu)，光纖單元余長僅有絞合余長，因此光纖的余長較小。在光纜受到外力拉力時，光纖受力較早，應(yīng)力對光纖影響較大。

3.“單層不銹鋼管”的光纖單元：在單層不銹鋼管光纖單元中，光纖的余長難以控制。其原因是大直徑不銹鋼管在冷拔過程中將大量消耗光纖余長，使光纖的余長難以達(dá)到的范圍。這一問題在國外各家進(jìn)口的光纖單元中已有多次事件發(fā)生。光纖的余長時長時短，對光纜的整體光纖余長帶來問題，具體反映在光纜的光纖損耗直線上升。

上述圖5（缺）所示，不銹鋼管在冷拔前后，光纖的余長發(fā)生了很大的變化。既光纖的余長的生產(chǎn)控制中難以達(dá)到理想狀態(tài)。國外多家公司在生產(chǎn)不銹鋼管光纖單元時，也時常出現(xiàn)過光纖余長達(dá)不到范圍要求的實例。

4.“復(fù)合不銹鋼管”的光纖單元：在復(fù)合不銹鋼管光纖單元中，光纖的余長容易控制。其原因是不銹鋼管無需進(jìn)行冷拔，而內(nèi)襯管就是采用二次被覆的成熟技術(shù)，使內(nèi)襯管與不銹鋼管相結(jié)合而形成復(fù)合不銹鋼管，在管內(nèi)的光纖余長不發(fā)生變化。

從圖6（缺）可以看出，在生產(chǎn)復(fù)合不銹鋼管光纖單元的過程中，由于有內(nèi)襯管的存在，其光纖余長是不變的。復(fù)合不銹鋼管光纖單元的工藝技術(shù)是將成熟的二次被覆（松套管）技術(shù)與不銹鋼管焊接技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它充分發(fā)揮了二次被覆（松套管）技術(shù)對光纖余長控制的成熟性。同時對于管壁對光纖的磨擦力而言，管壁內(nèi)的光滑度對光纖也有不同程度的影響。光滑度越好對光纖的磨擦力影響越小，因為光纖在管內(nèi)自由滑動時會與內(nèi)壁產(chǎn)生一定的磨擦。單層不銹鋼管的管內(nèi)壁，由于不銹鋼帶成型焊接時，內(nèi)壁上多少存在著微量的凹凸不平焊接點，光纖在滑動時與凹凸不平焊接點的磨擦對光纖的安全存在隱患。復(fù)合不銹鋼管的管內(nèi)壁是內(nèi)襯管的內(nèi)壁，內(nèi)壁光滑圓整有利光纖的自由滑動，保證了光纖的安全性。

各光纖單元技術(shù)性能的整體比較：性能各不相同，在此將客觀地加以簡述以供讀者參考（缺）。

結(jié)束語

世界各國公司所生產(chǎn)的OPGW光纜，都代表著各年代的OPGW光纜技術(shù)水平。因此不能單純地說那種OPGW光纜結(jié)構(gòu)不好，那種OPGW光纜結(jié)構(gòu)就好。由于各年代的技術(shù)水平不同，在設(shè)計制造OPGW光纜時所考慮的問題和實踐積累的經(jīng)驗均有年代的差異，后一代的產(chǎn)品往往是在前一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上加以完善而產(chǎn)生的。OPGW光纜的技術(shù)在不斷發(fā)展，新的材料和新的光纜結(jié)構(gòu)也會不斷出現(xiàn)在人們的面前，隨著實踐的不斷加深和人們對OPGW光纜新技術(shù)的認(rèn)識不斷提高，將不斷向OPGW光纜提出新的要求，以完善OPGW光纜在通信系統(tǒng)中的高可靠性和高穩(wěn)定性。