作者：芦博，邢宁哲，庞思睿，徐鑫  所属公司：国网冀北电力有限公司
文章编号：2095-641X(2013)12-0130-05

0　引言

光 纤 复 合 架 空 地 线 (Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW) 是把光纤复合在架 空高压输电线路的地线中，用以实现输电线路上的 光纤通信，这种结构形式兼具地线与通信双重功能， 是目前电力通信网中最主要、使用范围最广的传输 方式。截止 2013 年底，全国电力系统 OPGW 光缆 长度已经超过 40 万 km，承载大量电网安全稳定控 制、继电保护、调度自动化等电网控制信息以及企业 经营管理信息，在保障电力系统安全稳定运行、智能 电网建设和企业经营管理方面起到了关键的作用 [1] 。
由于 OPGW 从接头盒下来的导引光缆在设计、安装 和维护上尚无统一的标准，在运行实践中也暴露出 较大的问题和隐患，长期的运行给光缆的安全运行 带来了较大压力，需要从事电力通信人员给予关注 和解决。本文就 OPGW 导引光缆运行现状和容易发 生的问题和解决方案进行分析探讨。

1　OPGW 导引光缆运行现状分析

OPGW 在进入变电站后，由构架引下至电缆沟 地埋部分穿热镀锌钢管保护 [2] ，并穿绝缘套管进行 绝缘，两端做防水封堵，钢管直径不应小于 50 mm， 绝缘套管直径不应小于 35 mm，钢管弯曲半径不应 小于 15 倍钢管直径；大部分老旧变电站 OPGW 导 引光缆经由同一沟道 / 竖井进入通信机房光纤配 线 架（Optical Distribution Frame，ODF）。
在 长 期 运行中，发现导引光缆面临 3 方面的问题和隐患：
①导引光缆引下钢管封堵结冰问题；
②地埋段光缆 易遭外力破坏；
③所有导引光缆经由同一沟道进入 通信机房，一旦沟道发生火灾将导致光缆全断。目 前变电站内各种电缆有电缆夹层、电缆沟等保护措施，而导引光缆或裸露室外，或浅埋地下，运行环境 差、受保护程度低，使其极易受外力破坏，致业务全 断。故研究一套“三防”——防进水、防挖断、防业 务中断的保护措施，对现有隐患导引光缆运行环境 进行优化改造，完全杜绝外力破坏导致的业务全断。
OPGW 导引光缆引下及直埋入地如图 1 所示。

2　OPGW 导引光缆事故及原因分析

2.1　OPGW 导引光缆事故

1）某 500 k V 变电站光缆受结冰断裂。2010 年 某 500 k V 变电站 XX 线光缆逐步由光信号劣化，衰 减增大，到业务彻底中断。通过对现场构架光缆引 下钢管部位进行检查及分析认为：引下钢管封堵处 因受光缆长时间拉力而逐渐破裂，致使钢管内部积 水；钢管埋放角度为电缆沟侧较高，积水不能及时自 动排除，天冷结冰后挤压 PVC 管及光缆，导致光缆 中断。
2）2012 年某 500 k V 变电站接地网改造工程施 工人员误将 YY 一线 OPGW 导引光缆挖断，造成该 线路光通信系统中断，引起 YY 一线、YY 二线各 2 套保护通道故障及 YY 地区部分厂站的调度电话、远 动业务中断。
3）2010 年因某 500 k V 变电站站内土建施工造 成 ZZ 二线导引光缆护管破坏光芯受损，造成该线路 光通信系统中断。
4）国 网 安 监〔2012〕198 号 提 到 [3] ，2012 年 11 月 4 日甘肃 330 k V 定西变运行人员在打开电缆沟 道盖板检查沟道积水及排水情况时，盖板不慎滑落 掉入沟道内，将其中 2 根光缆砸断，导致一、二、三级 骨干通信电路中断，部分业务受到影响。

2.2　事故原因分析

分析以上典型故障，暴露出在变电站导引光缆 的设计、施工及运行管理上存在薄弱环节，主要存在 以下问题：
1）导引光缆引下钢管的封堵做工粗糙，易受腐 蚀，维修频率大；
2）导引光缆浅埋处无警示标示，且浅埋方式不 能最大限度保护光缆；
3）绝大多数导引光缆浅埋时未穿钢管保护，仅 采用 PVC 管，在站内有其他施工情况下极易被误断；
4）导引光缆敷设路由单一，多条导引光缆经 由同一沟道进入通信机房现象普遍存在，如果沟道 发生火灾或异物掉入，极易造成多条导引光缆同时 损伤。

3　安全运维优化策略实施的必要性

OPGW 导引光缆是变电站继电保护、安全稳定 控制、自动化、MIS、SCADA 等所有重要业务的信号 传输通道，为了提高其运行可靠性，杜绝其防外力破 坏情况，增强中断后应急处置能力，并方便日常维护 工作，针对 OPGW 导引光缆进行全新设计，为其提 供一个安全、优质的运行环境。 该优化应以投资小、收益高、见效快为前提进行设计、改造。

以提高 OPGW 导引光缆运行可靠性为 目标，首要工作是进行合理设计。各单位所辖变电 站环境状况、运行条件参差不齐，应有一个长期、循 序渐进的改造过程。同时，优化、改造过程中应确保 现有业务的稳定运行和平稳过渡。
用于增加两侧壁顶部强度，不至于被盖板砸坏。龙 门架底部光缆沟起始端留 50 mm 孔洞穿光缆外护钢 管，光缆沟与主沟道连接处穿 D50 钢管贯通。两端 底部留排水孔洞，一端在架构底部周围挖排水沟，一 端与主沟道贯通，积水流入主沟道排水系统。盖板 为钢筋混凝土材质，规格 680 mm×1 200 mm。

图 5 导引光缆专用沟道设计
目 前，“OPGW 导 引 光 缆 专 用 沟 道”在 房 山 500 k V 变 电 站 率 先 实 验，已 完 成 5 条 500 k V 导 引光缆沟道和 5 条 220 k V 导引光缆沟道建造。经 过重新设计建造，OPGW 引下光缆钢管不需要再 直埋数十米进入站内主沟道，避免由于渗水造成的 光缆冻裂隐患。最重要之处，该项目可完全杜绝站 内其他工作中误断、误损伤光缆情况的发生，实现 OPGW 导引光缆路由清晰可见，该项目是在国家 电网范围内首次应用于 500 k V 变电站通信系统的 创新。
4.3　防业务中断策略及实施措施 随着电网建设发展，在变电站内的改扩建间隔、 接地网改造、电缆沟道敷设和改造等工程逐年增多， 力度加大，各种有规划的、无规划的、或预定的、或突 发的室外施工不断进行，每时每刻都在威胁着电缆 沟内的光缆的安全，光缆损伤和阻断事故难以避免 （例如甘肃事故）。光缆阻断时，在较好的现场条件 下，从阻断到完全修复一般需要 6~10 h，这对光纤传 输所造成的通信损失是严重的。如果光传输系统都 能有可靠的物理光缆双路由互相保护，即使发生光 缆断裂，都能保证通信信号改由其他光缆路径传输 ( 通信设备网管可完成切换 )，不会造成严重的不良 影响 [4] 。
以房山 500 k V 变电站为例，有大房三线 OPGW （房 山 500 k V 变 电 站—大 同 二 电 厂）、安 房 一 线 OPGW（房山 500 k V 变电站—安定 500 k V 变电站）、 房慈一线 OPGW（房山 500 k V 变电站—慈云 500 k V 变电站）、房慈二线 OPGW（房山 500 k V 变电站—慈 云 500 k V 变电站）。其中房山 2—大二 3 经由大房 三线 OPGW，房山 1—安定 1 经由安房一线 OPGW， 房山 1—慈云 1 经由房慈一线 OPGW，房山 2—慈云 2 经由房慈二线 OPGW。房山 500 k V 变电站由于 历史原因，500 k V 设备区至通信机房仅有一条沟道， 该沟道使用年限已超过 20 年，运行环境极差，一旦 发生火灾、盖板掉入、小动物啃咬等事故，可直接导 致沟道内 OPGW 导引光缆全断。房山站 NEC 系统 拓扑及双路由设计如图 6 所示。

图 6 房山站 NEC 系统拓扑及双路由设计
以提高 OPGW 导引光缆运行可靠性为 目标，首要工作是进行合理设计。各单位所辖变电 站环境状况、运行条件参差不齐，应有一个长期、循 序渐进的改造过程。同时，优化、改造过程中应确保 现有业务的稳定运行和平稳过渡。

4　安全运维优化策略及实施措施

4.1　防进水结冰策略及实施措施

OPGW 导引光缆在直埋入地前需穿入钢管，光缆 直径一般为 10~15 mm，钢管直径一般为 50~80 mm， 因而在结合点存在一个很大缝隙。目前普遍的做法 是在入口塞入封堵泥，用自粘带包裹，再用胶带粘贴 牢靠。根据调查事故报告分析，该方式存在很大安 全隐患，即运行一段时间由于气候原因容易开裂、进 水、结冰，最终导致光缆受冰压迫损伤。封堵口开裂 如图 3 所示。 图 3 封堵口开裂 Fig.3 Seal crack 防进水结冰策略的实施措施是研制一种“变电 站导引光缆防进水结冰装置”。该装置成锥桶状，梯 形切面可打开，内置专利密封结构，与管体一体成 型，无需安装，操作简单。该装置选用高性能材料， 此材料在 –135~–65 ℃可以保持密封。从梯形切面 打开的两半装置在光缆引入缆的两侧盖合到一起， 小孔封禁导引光缆，大孔封禁钢管，装置外壁依次从 上到下套上 3 个管箍。该装置的特点有：结构简单， 安装便捷；外壳采用 ABS757 工程塑料，坚固耐用； 随意安装，气密性稳定；“0”维护，并可重复使用；节 约成本，绿色环保。 这个装置可以解决导引光缆巡检工作中的三大 问题：装置的气密性稳定和坚固耐用特点大大降低 了导引光缆封口处进水、结冰情况；“0”维护和可重 复使用的特点，减轻了导引光缆巡检工作的耗时问 题；基于以上 2 点，减少了光缆引入缆巡检时使用绝 缘梯的危险性。防进水结冰装置安装效果图及内部 构造如图 4 所示。 图 4 防进水结冰装置安装效果图及内部构造 Fig.4 The installation effect and internal structure of the anti-freezing device

4.2　防挖断策略及实施措施

4.2.1　策略 1 及实施措施 为避免站内其他施工对浅埋处导引光缆误断、 误损伤等情况发生，应在浅埋路径上方插入“此区域 有光缆，施工请注意”标识牌，标识牌采用不锈钢制 作，安装时，先小心挖开 15~20 cm 土方，倒入少许水 泥，将支腿底部插入水泥，上端盖回原土或草坪，待 水泥凝固后即可。以后在站内巡视和施工时，可清 晰看到该警示牌。该项目基本可避免因其他施工导 致光缆被误断起情况发生，但要完全杜绝外力破坏， 此方法还不够完善。
4.2.2　策略 2 及实施措施 目前变电站内各种电缆有电缆夹层、电缆沟等 保护措施，而导引光缆或裸露室外，或浅埋地下，运 行环境差、受保护程度低。为完全杜绝外力破坏事 故发生，应在 OPGW/ADSS 光缆所经龙门架底部至 站内主沟道之间建设 OPGW 导引光缆专用沟道。导 引光缆专用沟道设计如图 5 所示。 详细设计说明如下。沿 OPGW 光缆龙门架底 部至站内主沟道挖沟，深度为 400 mm。光缆沟道底 部采用 C10 素混凝土垫层，垫层宽度 840 mm，高度 100 mm。两侧壁砌砖 ( 规格 MU10 灰砂砖 )，采用 M7.5 规格水泥砂浆砌筑，两侧壁厚度为 120 mm，高 度 300 mm。
砌砖时砖缝中间插入 L30 mm×30 mm 角钢，长度 550 mm，安装高度 200 mm，角铁与角铁 安装间距 1 200 mm，用于托起光缆。
两侧壁顶部抹 灰，规格 C20 素混凝土，宽度 120 mm，高度 100 mm，2013 年，国网冀北电力有限公司对房山 500 k V 变电站通信机房至 500 k V、220 k V 设备区沟道进 行重新设计，在 2 条物理完全隔离沟道内重新敷设 OPGW 导引光缆，切改准备工作已经就绪，待相关线 路停电检修或上报光缆中断申请审批通过后可进行 切改。切改完成后，大房三线 OPGW 导引光缆和房 慈二线 OPGW 导引光缆运行于一条路由，安房一线 OPGW 导引光缆和房慈一线 OPGW 导引光缆运行 于另一条路由，一旦大房三线 OPGW 导引光缆断裂， 房山 2—大二 3 业务可切换至房山 2—房山 1—安定 1—易 县—浑 源 1—浑 源 2—大 二 1—大 二 2—大 二 3 ；安房一线 OPGW 导引光缆断裂，房山 1—安定 1 业务可切换至房山 2—大二 3—大二 2—大二 1—浑 源 2—浑源 1—易县—安定 1 ；而房慈一线 OPGW 导引光缆和房慈二线 OPGW 导引光缆本身互为主备 光缆，一条断裂绝不会影响房山 500 k V 变电站至慈 云 500 k V 变电站业务传输，进而确保河北省北网和 南网间业务正常运行。