周馳

摘要：本文設(shè)計(jì)了一種電力光纜接頭盒密閉性在線檢測系統(tǒng)，利用在光纜接頭盒內(nèi)安裝壓力和溫度傳感器能夠?qū)崟r(shí)在線檢測光纜接頭盒密閉性的情況，從而準(zhǔn)確掌握光纜接頭盒的密閉性能;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)光纜接頭盒密閉性故障，防止光纜接頭盒的密閉性不良對(duì)光纖造成潛在損害，保障電力光纖的正常通信。

關(guān)鍵詞：OPGW光纜;接頭盒檢測;設(shè)計(jì)

OPGW光纜也叫光纖復(fù)合架空地線，它可以將光纖放置在架空高壓的輸電線中，這種結(jié)構(gòu)可以到達(dá)地線和通信的雙重的功能。作為傳遞信號(hào)介質(zhì)OPGW，他可以傳遞音頻、圖片和視頻等信息，從而組成多路寬帶通信網(wǎng)。如今有很多的500kV的線路上面都架上了OPGW光纜，并且光纖芯數(shù)多于24芯，光纖的芯數(shù)往往在除去保護(hù)和自動(dòng)化外，還會(huì)有剩余。通過OPGW進(jìn)行通信，就是將架有光纜的線路上將光纖桿塔作為信號(hào)的接點(diǎn)，并通過RF將附近桿塔的信息傳送到接入點(diǎn)，并將其通過電光轉(zhuǎn)換變成光纖信號(hào)，從而將光纖信號(hào)再傳遞到電力公司。通過RF和OPGW相結(jié)合的方式，傳遞速率有50M/s，速率相當(dāng)?shù)目?，但是這種方式也存在一種弊端，就是能耗相當(dāng)?shù)拇?，可高達(dá)50W甚至之上。

一、OPGW結(jié)構(gòu)

OPGW是由一個(gè)或多個(gè)光單元和一層或多層絞合單線組成，目前最常用的光纜結(jié)構(gòu)有中心束管式和層絞式兩種。中心束管式是將光單元置于OPGW中間，層絞式是將光單元外徑同絞線外徑一致，光纖套管采用不銹鋼管。

二、OPGW選型原則

光纖復(fù)合架空地線（OPGW）既要滿足本工程光纖通信的技術(shù)要求（如光纖類型、光纖芯數(shù)、光纖衰耗、色散等），又要滿足作為地線所必備的力學(xué)特性和電氣性能的需要（如力學(xué)特性高、耐振、耐腐蝕，并具有一定的導(dǎo)電性和充足的熱容量等）。OPGW的選擇應(yīng)遵循以下原則：

1.具有足夠的破斷力，且直徑不宜過大，單位長度重量不宜過大。在環(huán)境溫度為+10/+15C時(shí)，OPGW的弧垂與為其分流的地線線的弧垂應(yīng)基本一致。

2.為了保證正常的安全運(yùn)行，在最大設(shè)計(jì)外荷載確定的條件下，OPGW的安全系數(shù)應(yīng)大于或等于3.0，通信質(zhì)量要保證。

3.具有較好的抗疲勞和耐振的特性，允許平均運(yùn)行張力應(yīng)高于或等于20%UTS。

4.雷電擊中OPGW時(shí)，通信質(zhì)量不能受到影響，金屬部分不能發(fā)生斷股。

5.具有足夠的光纖余長，承受的力在達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度的70%的時(shí)候，光纖不應(yīng)該承受到拉力，光信號(hào)沒有明顯的衰減。

三、電力光纜接頭盒密閉性在線檢測系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理

（一）系統(tǒng)構(gòu)成

電力光纜接頭盒密閉性在線檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)分析中心2部分組成。數(shù)據(jù)處理模塊包括氣壓傳感器、溫度傳感器、無線發(fā)射和接收電路、蓄電池、太陽能電板、存儲(chǔ)電路和處理器等模塊;數(shù)據(jù)分析中心包括GIS定位、人機(jī)交互界面、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析等模塊。由于光纜接頭盒安裝的分布位置特點(diǎn)，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理模塊之間、數(shù)據(jù)處理模塊與數(shù)據(jù)分析中心都能夠進(jìn)行通信。

（二）工作原理

根據(jù)查理定理，氣體的體積一定時(shí)，氣體壓強(qiáng)和溫度之間有一定的線性關(guān)系，即滿足公式：

pl/T1=p2/T2（1）

式中，T1和T2是不同的熱力學(xué)溫度，p1是T1溫度下的光纜接頭盒內(nèi)的壓強(qiáng)值，p2是T2溫度下的光纜接頭盒內(nèi)的壓強(qiáng)值。開始階段在光纜接頭盒內(nèi)充入干燥氣體，并進(jìn)行密封，使光纜接頭盒內(nèi)的氣壓高于大氣壓強(qiáng)，系統(tǒng)通過傳感器采集光纜接頭盒內(nèi)的氣壓和溫度數(shù)據(jù)并上傳到數(shù)據(jù)分析中心，由于一年四季光纜接頭盒內(nèi)的溫度變化比較大，造成光纜接頭盒內(nèi)壓強(qiáng)變化較大，為了減少溫度變化給光纜接頭盒密閉性檢測所造成的影響，數(shù)據(jù)處理中心采集到的光纜接頭盒的氣壓和溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1）換算成273.15K（即0C）下的氣體壓強(qiáng)，當(dāng)處理后的壓強(qiáng)等于273.15K的大氣壓強(qiáng)時(shí)，則判斷光纜接頭盒內(nèi)密閉性不嚴(yán)，存在安全故障。

四、數(shù)據(jù)處理模塊硬件設(shè)計(jì)方案

數(shù)據(jù)處理模塊主要由充放電電路、穩(wěn)壓電路、存儲(chǔ)電路、無線發(fā)射和接收電路、氣壓傳感器和溫度傳感器、處理器等組成。

（一）充放電電路

數(shù)據(jù)處理模塊通過處理器對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行合理的控制。處理器通過內(nèi)部存在的A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)太陽能電池板電壓和蓄電池進(jìn)行采樣，當(dāng)采集太陽能電池板電壓過低時(shí)，處理器自動(dòng)斷開太陽能電池板對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。處理器通過對(duì)蓄電池的電壓采樣可以知道蓄電池的電量等情況，判斷是否對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電。

（二）穩(wěn)壓電路

本數(shù)據(jù)處理模塊采用+5V、+3.3V和+3V的直流穩(wěn)定電源供電，其中STM32F103RBT6芯片需要+3.3V電壓，BA5803傳感器模塊需要+3V電壓，NRF24L01芯片和其他電子器件需要5V供電，因此本系統(tǒng)使用LM7805、LM1117-3.3和TPS76130芯片設(shè)計(jì)了3個(gè)穩(wěn)壓電路給器件進(jìn)行供電。

（三）存儲(chǔ)數(shù)據(jù)電路

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)電路采用AT24C02掉電存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)處理模塊采集的氣壓和溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)也存儲(chǔ)其他數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)。當(dāng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊將存儲(chǔ)信息發(fā)送出去，并將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)清空。AT24C02采用串口的方式和處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（四）無線發(fā)射和接收電路

電力光纜接頭盒通常是在野外且接頭盒之間的位置通常在幾千米內(nèi)，所以本系統(tǒng)的無線發(fā)射和接收電路采用SX1278芯片進(jìn)行無線通信。該通信方式具有傳輸距離遠(yuǎn)和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)[9-10]。由于SX1278是半雙工收發(fā)器，處理器控制模擬開關(guān)切換收發(fā)數(shù)據(jù)模式，即開始是將電路處于接收狀態(tài)，當(dāng)處理器接收到一定的數(shù)據(jù)量時(shí)，處理器將電路切換為發(fā)送狀態(tài)，將采集和接收的光纜接頭盒數(shù)據(jù)信息發(fā)送出去。

五、結(jié)束語

在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循規(guī)程規(guī)范，選擇適合的光纜的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量調(diào)和額定抗拉強(qiáng)度與短路電流熱容量之間的矛盾，根據(jù)實(shí)際中業(yè)務(wù)量的需求情況確定所需光纖的數(shù)量和類型，選擇有效的分流地線。最終設(shè)計(jì)出適合本工程的OPGW，為電力數(shù)據(jù)的傳輸提供安全、穩(wěn)定的傳輸通道。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T5404-2007電力系統(tǒng)同步數(shù)字系列（SDH）光纜通信工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定，

[2]Q/GDW166.4-2010國家電網(wǎng)公司輸變電工程初步設(shè)計(jì)內(nèi)容深度規(guī)定第4部分：電力系統(tǒng)光纖通信