绝缘光单元光纤复合架空地线及包含其的架空输电线路的制作方法

1.本实用新型属于电力通信传输网络技术领域，更具体地，涉及绝缘光单元光纤复合架空地线及包含其的架空输电线路。


背景技术：

2.光纤复合架空地线(optical-unite optical fibre composite overheadground wire—opgw)是电力通信传输网的主要组成部分。它架挂在电力杆塔的顶部，基本属性是一条含有通信光纤的架空地线，具备光通信和传统架空地线的双重功能。除了用于通信外，其主要功能是承载电力系统故障时的短路电流和泄放雷击电流，在发生这种情况时，opgw会产生短时高温。
3.opgw由用于信号传输的绝缘光单元和用于承拉及导电的金属绞线组成。当前的技术是其中的绝缘光单元由含有通信光纤和填充阻水化合物的不锈钢套管、铝等套管组成，统称为金属绝缘光单元。这些金属绝缘光单元既是导热体，会将金属绞线的温度很快传递至光纤，限制了opgw的热容量(i2t)和最高工作温度；同时其又是导电体，与金属绞线处于相同的电气电位。但由于其与相接触的不同类别金属绞线的电子电位并不相同，在恶劣的气候条件下会发生电化学腐蚀。
4.长期以来，为了保护相对脆弱的光纤，现有技术是将金属绝缘光单元 opgw逐基杄塔接地(简称逐塔接地)。用于泄放金属绞线在输电线路电磁场中产生的持续感应电流从而降低工作温度，并将可能遭受雷击的雷电流引入大地。
5.理论计算和实际应用均表明，逐塔接地的opgw对输电线路造成较大的线损，无形之中增大了碳排放。有资料表明在交流线路中逐塔接地的 opgw导致的线损约为千分之一至千分之二。这对我国大规模建设的 opgw而言己不是小数字。而且由于逐塔接地，opgw不能象常规导线和地线那样进行通流融冰。
6.为了节能降耗和opgw融冰，国家电网公司在2016年发布的企业标准(q/gwd 11590《电力架空光缆线路设计技术规定》)明确了“500kv 及以上线路opgw宜采用绝缘方式”。现有技术是把常规opgw接地的金具、引下线部分和接续盒通过绝缘串与杆塔隔离。
7.绝缘后的opgw从“接地体”变为“带电体”。上述引下线部分和接续盒的绝缘方法可靠性很低。频繁发生电弧烧灼、击穿、烧损等事故。对电力通信网平稳运行造成冲击，对电网安全可靠输电构成威胁，对运行维护人员的人身安全构成危险。究其原因，由于金属绝缘光单元与金属绞线同电位，传统opgw中的绝缘光单元带电是主要因素。
8.近年来，随着光纤传感技术的进步，opgw的多功能化被提上议事日程。除了通信用，缆中的光纤用于在线分布式实时检测opgw应变、温度、振动、雷击、舞动、覆冰等参数要求日渐迫切。
9.用于通信的绝缘光单元通常采用的是常规通信光纤，要求有较大的光纤余长；用于传感的绝缘光单元，除常规光纤外还需要特种传感光纤，通常要求光纤余长较小。即这两类绝缘光单元的要求并不完全相同，根据监测对象，有时需要布放多个绝缘光单元。当需要
多个绝缘光单元时，希望绝缘光单元的重量尽量小，以减轻opgw的自重，而目前常规的金属套管的绝缘光单元重量较大，并不满足节能要求。


技术实现要素：

10.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了绝缘光单元光纤复合架空地线及包含其的架空输电线路，绝缘光单元的绝缘套管采用高绝缘、耐高温、高强度的高分子材料，绝缘光单元可短时(约4s)承受约300℃高温而性能保持不变。在相同的结构、承载截面积条件下提高了传统opgw的热稳定性能，绝缘光单元光纤复合架空地线的热容量和短路电流有了明显的提高。
11.为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了绝缘光单元光纤复合架空地线，其特征在于，包括第一绝缘光单元、第二绝缘光单元和多根金属单线，所述第二绝缘光单元和这些金属单线围绕所述第一绝缘光单元绞合从而形成多层绞层，其中：
12.所述第一绝缘光单元包括第一绝缘套管以及设置在所述第一绝缘套管内的传感光纤，所述第一绝缘套管的材料选自ptee、etfe或peek；
13.所述第二绝缘光单元包括第二绝缘套管以及设置在所述第二绝缘套管内的通信光纤，所述第二绝缘套管的材料选自ptee、etfe或peek，所述第二绝缘套管内填充纤膏。
14.优选地，所述第二绝缘套管内的通信光纤的余长为0.2％～0.3％。
15.优选地，所述传感光纤有多根，以用于检测应变、温度、振动和覆冰。
16.优选地，用于检测应变的传感光纤的余长为0.1％～0.2％，用于检测温度、振动和覆冰的传感光纤的余长均为0.2％～0.3％。
17.优选地，所述绞层有三层以上，所述第二绝缘光单元位于次外层。
18.优选地，所述第二绝缘光单元设置有多根。
19.优选地，所述金属单线为镀锌钢线、铝包钢线、电工铝线或铝合金线。
20.按照本实用新型的另一个方面，还提供了架空输电线路，包括所述的绝缘光单元光纤复合架空地线，其特征在于，还包括耐张预绞丝金具、杆塔、光电分离器、绝缘子串和接续盒，所述绝缘子串具有放电间隙，其中：
21.所述绝缘光单元光纤复合架空地线通过所述耐张预绞丝金具夹持，所述耐张预绞丝金具连接所述绝缘子串，所述绝缘子串连接所述杆塔顶部的第一接地点；
22.所述光电分离器包括绝缘筒、上金属端盖和下金属端盖，所述上金属端盖和下金属端盖分别设置在所述绝缘筒的上端和下端，所述上金属端盖和下金属端盖上均具有贯穿孔，所述下金属端盖连接所述杆塔的第二接地点；
23.所述光缆接续盒连接所述杆塔的第三接地点；
24.被截断的所述金属单线的端头连接所述上金属端盖，所述第一绝缘光单元和第二绝缘光单元穿过所述光电分离器后连接所述光缆接续盒，所述光电分离器分别与所述第一绝缘光单元和第二绝缘光单元密封连接，以防止雨水进入绝缘筒内。
25.优选地，还包括用于盘储冗余的绝缘光单元的余缆架，所述余缆架连接所述杆塔的第四接地点和第五接地点。
26.优选地，所述第一绝缘光单元和第二绝缘光单元在光电分离器外的部分均套有套管进行防水。
27.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
28.1)本实用新型的绝缘光单元光纤复合架空地线，绝缘光单元的绝缘套管由ptfe、etfe、peek这类高绝缘、高强度、耐高温、具有一定隔热性能性能的高分子材料制成，其密度约为常用的不锈钢套管的1/3，降低了缆自重，从而可有效节能。
29.2)本实用新型的绝缘光单元光纤复合架空地线，绝缘光单元的绝缘套管的高绝缘、高强度性能可将在杆塔上部进行光电分离后的绝缘光单元直接沿杆塔以地电位引下并接续，引下段和接续盒不必再采用与地电位隔离的绝缘装置从而保证运维人员的人身安全。
30.3)本实用新型的绝缘光单元光纤复合架空地线，绝缘光单元的绝缘套管的耐高温和隔热性能可将最高短时工作温度从通常的200℃提高至250℃以上，提高了iopgw的热容量，在与常规金属绝缘光单元opgw相同的导电面积下可承载更大的短路电流。
31.4)本实用新型的绝缘光单元光纤复合架空地线，可设置一个至多个不同类型光纤及不同余长要求的绝缘光单元，从而满足不同的多功能要求。
32.5)本实用新型的架空输电线路，杆塔顶部的绝缘光单元光纤复合架空地线可分段绝缘单点接地，从而降耗节能。
附图说明
33.图1是本实用新型的绝缘光单元光纤复合架空地线采用铝包钢线的示意图；
34.图2是本实用新型的架空输电线路的示意图。
具体实施方式
35.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
36.参照图1，绝缘光单元光纤复合架空地线(insulated optical-unite optical fibre composite overhead ground wire，简称iopgw)，其基本结构为圆线同心绞或型线同心绞，其包括第一绝缘光单元1、第二绝缘光单元2和多根金属单线8，所述第二绝缘光单元2和这些金属单线8围绕所述第一绝缘光单元1绞合从而形成多层绞层，其中：
37.所述第一绝缘光单元1包括第一绝缘套管3以及设置在所述第一绝缘套管3内的传感光纤4，所述第一绝缘套管3的材料选自ptee、etfe或 peek；所述传感光纤4优选设置有多根，以用于检测应变、温度、振动和覆冰。第一绝缘光单元1位于中心位置，以便于检测工作。
38.所述第二绝缘光单元2包括第二绝缘套管5以及设置在所述第二绝缘套管5内的通信光纤6，所述第二绝缘套管5的材料选自ptee、etfe或 peek，所述第二绝缘套管5内填充纤膏7，所述第二绝缘光单元2设置有多根，以便于高效通信。绞层优选设置三层，所述第二绝缘光单元2位于次外层。
39.金属单线8可采用镀锌钢线、铝包钢线、电工铝线或铝合金线等满足强度和导电要求的圆线或型线，按一定的规律在作为中心的芯层的第一绝缘光单元1上上绞制多层绞层
成为裸绞线。各绞线或各层的绞层可以是同一种金属单线8，也可以是不同种金属单线8的混合。一个或多个绝缘光单元分布在裸绞线最外绞层以内的中心或绞层间，与金属单线8同步绞合，最外绞层为右向。参照图1，中心的芯层为第一绝缘光单元1，芯层外绞合有多层绞层，由内至外有第一绞层、第二铰层和第三绞层，第一绞层、第二铰层和第三绞层的金属单线8可都采用铝包钢线，或者最外层的可采用铝合金线。次外层也有绝缘光单元。
40.本实用新型的iopgw可设置多个不同类型光纤及不同余长要求的绝缘光单元。
41.用于通信的第二绝缘光单元2，通常与金属单线8一起层绞，通信光纤 6的余长为0.2％～0.3％，套管内填充纤膏7。
42.专用于应变传感的绝缘光单元，可采用高强度的紧包光纤，通常置于绞线结构中心，光纤余长为0.1％～0.2％，管内可填充高温纤膏7或不填充纤膏7。而剩下的用于检测温度、振动和覆冰等参数的第一绝缘光单元1，可采用相关的传感光纤4，通常与金属单线8一起层绞，光纤余长为0.2％～ 0.3％，管内可填充高温纤膏7或不填充纤膏7，根据所要求的功能配置不同的光纤，从而满足不同的多功能要求。
43.通信用的绝缘光单元主要采用g.652、g.654、g.657类等光纤，包括超低损耗(ull)及其小外径(≤200μm)光纤，这些光纤同时也可用于传感；传感用的绝缘光单元可采用常规光纤或传感专用光纤，包括并不限于各类对应变、温度、振动等敏感的高强度、耐高温、抗疲劳等传感专用光纤及其紧包光纤。根据不同应用场景，传感光纤4的要求与通信光纤6并不完全一致，即通信绝缘光单元和传感绝缘光单元的要求并不完全相同。有时需要布放多个绝缘光单元，布放在缆结构的不同位置并采用相应的检测技术。表1列出了不同功能要求对光纤的类型、绝缘光单元在缆结构中的位置及当前可用的检测技术。
44.表1 不同功能要求对绝缘光单元的位置要求表
[0045][0046]
相比采用金属套管的光单元，本实用新型的绝缘光单元可短时(约4s) 承受约300℃高温而性能保持不变。在相同的结构、承载截面积条件下提高了传统opgw的热稳定性能。从表2可见，iopgw的热容量和短路电流有了明显的提高。
[0047]
表2 传统opgw与iopgw主要性能对比表
[0048][0049]
本实用新型节能型的绝缘光单元光纤复合架空地线11，除了用于通信，还可用于在线分布式实时检测iopgw应变、温度、振动、雷击、舞动、覆冰等参数。
[0050]
本实用新型的绝缘光单元光纤复合架空地线11的典型应用如图2所示。
[0051]
如图2所示，按照本实用新型的另一个方面，还提供了一种架空输电线路，包括所述的绝缘光单元光纤复合架空地线11，还包括耐张预绞丝金具12、杆塔19、光电分离器14、绝缘子串13和接续盒18，所述绝缘子串 13具有放电间隙，其中：
[0052]
所述绝缘光单元光纤复合架空地线11通过所述耐张预绞丝金具12夹持，所述耐张预绞丝金具12连接所述绝缘子串13，所述绝缘子串13连接所述杆塔19上第一接地点171，第一接地点171优选在杆塔19的顶部；
[0053]
所述光电分离器14包括绝缘筒、上金属端盖和下金属端盖，所述上金属端盖和下金属端盖分别设置在所述绝缘筒的上端和下端，所述上金属端盖和下金属端盖上均具有贯穿孔，所述下金属端盖连接所述杆塔19的第二接地点172；光电分离器14安装在杆塔19上部，耐压符合要求；金属端盖可形成等势体，便于其实现接地保护。光电分离器14的作用就是便于实现金属单线和绝缘光单元的分离。
[0054]
所述光缆接续盒18连接所述杆塔19的第三接地点173；
[0055]
金属单线在光电分离器14的上端处与绝缘光单元分离，被截断的所述金属单线的端头连接所述上金属端盖，所述第一绝缘光单元1和第二绝缘光单元2穿过所述光电分离器14后连接所述光缆接续盒18，所述光电分离器14分别与所述第一绝缘光单元1和第二绝缘光单元2密封连接，以防止雨水进入绝缘筒内。所述第一绝缘光单元1和第二绝缘光单元2在光电分离器外的部分可用金属或非金属的套管加以保护，如采用金属套管应可靠接地。不管是金属或非金属的光缆接续盒18，均应与杆塔19固定并通过接地点接地。
[0056]
进一步，还包括用于盘储冗余的绝缘光单元的余缆架16，所述余缆架 16连接所述杆塔19的第四接地点174和第五接地点175。余缆架16应与杆塔19固定并通过接地点可靠接地。
[0057]
图2仅给出本实用新型的iopgw在杆塔19上单侧的应用案例，通过该案例可推广至耐张塔双侧、悬垂单侧和双侧应用，均受本实用新型的保护。
[0058]
本实用新型节能型多功能绝缘光单元光纤复合架空地线11由一个或多个绝缘光单元与金属单线绞合制成，因绝缘光单元的高绝缘、耐高温、高强度和隔热等性能优异，在与传统opgw相同承载截面积时，提升了热容量和短路电流性能；iopgw在电力杆塔19上部进行电/光分离，引下端不带电，采用“全程绝缘单点接地”，可大幅降低输电线路的线损而降耗节能及融冰；根据不同监测对象，采用相应的光纤和测量技术实现多功能，可实时监测应变、温度、振动、覆冰等多种参数。
[0059]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。