劉本東 蘇丹丹 郝鋼 周長(zhǎng)城 宋威

摘要：利用光纖時(shí)域反射、頻域反射、拉曼散射、布里淵散射及布拉格光柵的特性，光纖可用于電纜測(cè)溫、故障探測(cè)與定位、數(shù)據(jù)傳輸，以及監(jiān)測(cè)電纜應(yīng)變、振動(dòng)動(dòng)和電纜路由變化。文章重點(diǎn)描述光纖在超高壓電力電纜中的應(yīng)用，敷設(shè)方式、光纖的分布在電纜及附件中的位置，以及光纖接續(xù)的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：光纖復(fù)合；光纖測(cè)溫；高壓電纜；光纖熔接

1光纖在高壓電纜中的應(yīng)用

1.1光纖測(cè)溫

目前測(cè)溫是電纜在線監(jiān)測(cè)的研究熱點(diǎn)，大多采用分布式測(cè)溫系統(tǒng)。在高壓光纖復(fù)合電纜系統(tǒng)一般采用DTS測(cè)溫系統(tǒng)。光纖對(duì)整條電纜線路進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)有這重要的意義，由于季節(jié)、氣候的變化，電纜敷設(shè)環(huán)境的改變，都會(huì)引起電纜熱場(chǎng)的變化，這些變化可以通過分布式測(cè)溫系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到。通過對(duì)這些測(cè)量數(shù)據(jù)的比較和分析，可以評(píng)估電纜的動(dòng)態(tài)載流能力，幫助電纜運(yùn)營商做出合理的運(yùn)行策略。與傳統(tǒng)的靜態(tài)的載流量相比，此系統(tǒng)能夠在考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境條件下計(jì)算電纜線路的動(dòng)態(tài)載流量。對(duì)于參與電力市場(chǎng)交易的運(yùn)營商，應(yīng)用此測(cè)溫系統(tǒng)可以獲得更大的收益，同時(shí)又無電纜過熱損傷的風(fēng)險(xiǎn)。DTS測(cè)溫系統(tǒng)還可以自動(dòng)超溫報(bào)警，可以在電纜出線故障時(shí)或者電纜系統(tǒng)將要出現(xiàn)異常時(shí)產(chǎn)生局部高溫監(jiān)測(cè)并報(bào)警，提醒電力運(yùn)行部門維護(hù)檢修。

圖1光纖在高壓電纜中測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)監(jiān)控

1.2故障探測(cè)與定位

光纖也能用于電力電纜的故障定位?，F(xiàn)代OTDR定位方法在通信電纜的應(yīng)用上已經(jīng)有了很好的發(fā)展，且易于使用。標(biāo)準(zhǔn)的OTDR通過測(cè)量反向散射激光脈沖來確定光纖損傷點(diǎn)的位置。這樣對(duì)于光纖復(fù)合電纜出現(xiàn)擊穿故障之后的位置判定，相當(dāng)準(zhǔn)確且省時(shí)省力。

2光纖在高壓電纜及附件中的敷設(shè)位置

2.1光纖敷設(shè)在高壓電纜金屬護(hù)套內(nèi)部

高壓電纜復(fù)合光纖在我國起步較晚，通常都是光纖敷設(shè)在電纜絕緣屏蔽緩沖阻水帶層。通過測(cè)量電纜絕緣屏蔽處的溫度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式、材料熱阻等因素?fù)Q算成電纜導(dǎo)體上的溫度。間接的實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓電纜的溫度監(jiān)控。如圖2，此方式的敷設(shè)位置根據(jù)其特點(diǎn)有其優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于電纜的制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，光纖在敷設(shè)中不易損壞；光纖不易受力，損耗極??；且方便熔接；成本??；對(duì)于高壓電纜附件要求低，安裝相對(duì)簡(jiǎn)便。

缺點(diǎn)：此方式通過間接溫度取樣，來轉(zhuǎn)換成電纜導(dǎo)體的溫度，測(cè)量溫度精度差，且有一定的延時(shí)；不能第一時(shí)間監(jiān)測(cè)到電纜系統(tǒng)的故障及準(zhǔn)確位置。該敷設(shè)條件的光纖不能測(cè)試電纜系統(tǒng)中電纜附件的溫度。

2.2光纖敷設(shè)在高壓電纜導(dǎo)體內(nèi)部

對(duì)于大截面的高壓電纜來說，都采用分割導(dǎo)體型式。分割導(dǎo)體在成纜過程中就會(huì)有一部分空間，光纖恰好可以敷設(shè)在分割導(dǎo)體的縫隙中，進(jìn)行測(cè)溫。如圖3，該方式也有其優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：該敷設(shè)方式使得光纖直接接觸電纜導(dǎo)體，時(shí)時(shí)精準(zhǔn)的測(cè)試出電纜導(dǎo)體的溫度。及時(shí)有效的反應(yīng)當(dāng)前時(shí)間內(nèi)電纜系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)?？梢詾檫\(yùn)營部門提供更為快捷準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考。同時(shí)對(duì)于出現(xiàn)事故的電力系統(tǒng)定位更加精準(zhǔn)快捷。由于該敷設(shè)位置的特殊，也可以測(cè)試電纜系統(tǒng)中電纜附件的溫度。在整個(gè)電纜系統(tǒng)中，電纜附件相對(duì)電纜本體出現(xiàn)的事故率更高，所以測(cè)試電纜附件的狀態(tài)更有意義。

缺點(diǎn)：電纜生產(chǎn)工藝要求難道大，需要很高的技術(shù)水平；光纖接續(xù)困難；對(duì)電纜附件要求技術(shù)含量高；電纜附件接續(xù)光纖難度大，要求高。成本稍高。

圖2光纖在阻水帶層圖3 光纖在導(dǎo)體內(nèi)部

3高壓電纜附件光纖接續(xù)注意事項(xiàng)

因?yàn)楣饫w測(cè)溫高壓電力電纜的應(yīng)用起步比較晚，現(xiàn)在市場(chǎng)上運(yùn)行的線路也相對(duì)較少。所以在進(jìn)行電纜附件安裝時(shí)，人們?nèi)菀缀雎缘焦饫w熔接的注意事項(xiàng)。光纖熔接是整個(gè)電纜系統(tǒng)安裝敷設(shè)過程中一項(xiàng)非常重要的關(guān)節(jié)，一旦忽略關(guān)鍵點(diǎn)或者不專業(yè)的安裝熔接，會(huì)造成相當(dāng)嚴(yán)重的后果。

3.1光纖熔接對(duì)整個(gè)電纜系統(tǒng)接地方式的影響

在電纜在交變電壓下運(yùn)行時(shí)，線芯中通過的交變電流必然會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁鏈不僅和線芯相鏈，也和金屬屏蔽層相鏈，必然會(huì)再金屬屏蔽層上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。對(duì)于電纜線路特別長(zhǎng)的項(xiàng)目來說，高壓電纜金屬護(hù)套上的感應(yīng)電壓就是特別大，會(huì)造成對(duì)電纜外護(hù)套的損壞。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)線路時(shí)，為了降低金屬護(hù)套的感應(yīng)電纜，采用交叉換位（交叉互聯(lián)）的接地方式。

對(duì)于短段線路的電纜系統(tǒng)來說，我們采用一點(diǎn)直接接地，一端經(jīng)保護(hù)器接地的方式進(jìn)行。這樣防止多點(diǎn)接地造成環(huán)流燒壞電纜。

3.1.1在做高壓電纜接頭時(shí)熔接光纖注意事項(xiàng)。一般長(zhǎng)線路電纜在電纜接頭處做交叉換位來降低感應(yīng)電壓。而敷設(shè)在金屬護(hù)套內(nèi)的光纖的金屬鎧裝層與電纜的金屬護(hù)套等電位，所以在做電纜接頭熔接光纖時(shí)，一定首先要將光纖金屬鎧裝去掉，在進(jìn)行裸光纖的熔接。一定不要將兩段電纜的金屬護(hù)套通過光纖鎧裝層短接或者光纖鎧裝管在電纜絕緣屏蔽處纏繞成閉合磁路，這樣會(huì)造成多點(diǎn)接地，產(chǎn)生環(huán)流；或者形成閉合磁路，產(chǎn)生渦流。燒壞電纜外護(hù)套甚至金屬護(hù)套溫度過高燒壞電纜絕緣屏蔽造成電纜本體擊穿。高壓電纜接頭的絕緣法蘭就是為了斷開長(zhǎng)段電纜的金屬護(hù)套，使之降低感應(yīng)電壓，一些不專業(yè)的施工人員或者光纖熔接人員不經(jīng)意容易弄不好使其短接，這點(diǎn)一定要注意。

3.1.2在做高壓電纜終端時(shí)熔接光纖注意事項(xiàng)。在對(duì)電纜終端的光纖引出熔接時(shí)，也一定要注意，不要降光纖的金屬鎧裝層引出電纜終端外部。光纖的鎧裝層與電纜金屬護(hù)套等電位，一旦將光纖鎧裝引出終端外部，會(huì)造成電纜系統(tǒng)多點(diǎn)接地，也會(huì)造成電纜系統(tǒng)的事故。一定要裸光纖引出終端外部，也可以將光纖用絕緣材質(zhì)的套管保護(hù)好在引出進(jìn)行熔接。

3.2內(nèi)置光纖的衰減對(duì)電纜系統(tǒng)的影響

因?yàn)閮?nèi)置光纖電纜在電纜生產(chǎn)、運(yùn)輸過程中都有可能對(duì)光纖造成擠壓，造成光纖衰減比較大；或者光纖在熔接時(shí)熔接效果不好導(dǎo)致衰減大；或者光纖彎曲變徑過小都會(huì)造成光纖的衰減。光纖的衰減會(huì)對(duì)光纖傳輸信號(hào)造成影響，造成光纖傳感測(cè)溫不準(zhǔn)確。而高壓電纜一旦安裝敷設(shè)完投入運(yùn)行，衰減大或者斷了的光纖就無法修復(fù)。所以在做光纖熔接之前，必須要對(duì)電纜中的光纖進(jìn)行測(cè)試。測(cè)量光纖的長(zhǎng)度及衰減是否合格；在光纖熔接后也要對(duì)光纖進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試光纖熔接效果，是否有較大衰減等。來最大程度的保障光纖復(fù)合電纜在運(yùn)行中的光纖測(cè)溫功能。

一般OTDR測(cè)試會(huì)有區(qū)別，但這種區(qū)別是測(cè)試原理造成的，實(shí)際總衰耗差異不大。各個(gè)波長(zhǎng)衰減差異很大。現(xiàn)對(duì)于多模光纖的衰減測(cè)試，較多的方法都是以850nm和1300nm的波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)試。1300nm實(shí)際衰減一般為0.6~0.7dB/km，允許最大衰減值為1.5dB/km ；850nm實(shí)際衰減為2.0~3.0dB/km，允許最大衰減值為3.5dB/km。對(duì)于單模光纖在1310nm一般為0.33~0.35dB/km；1550nm為0.19~0.21dB/km。單模光纖應(yīng)用在高壓電力電纜內(nèi)置的情況比較少，而對(duì)于單模光纖的允許最大衰減，暫時(shí)還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。

4結(jié)論

4.1光纖越來越多的應(yīng)用于電纜行業(yè)中，其主要作用為測(cè)溫、故障定位、數(shù)據(jù)傳輸，以及探測(cè)電纜應(yīng)變、振動(dòng)和電纜路由變化等。目前國內(nèi)仍以光纖測(cè)溫為主；隨著智能電纜的發(fā)展，光纖的用途也將會(huì)越來越多。

4.2由于光纖在電纜中敷設(shè)的位置不同，也使得兩種光纖復(fù)合電纜系統(tǒng)具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。運(yùn)營部門可以根據(jù)自己的需要，找到適合自己使用的敷設(shè)方式。

4.3隨著光纖復(fù)合電纜越來越廣泛的應(yīng)用，在進(jìn)行光纖電纜熔接時(shí)一定要細(xì)致、耐心。按工藝要求來施工，降低光纖衰減、避免事故的發(fā)生。

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