OPGW光纜接頭盒檢測及運維研究

周馳

摘要：本文設計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安裝壓力和溫度傳感器能夠實時在線檢測光纜接頭盒密閉性的情況，從而準確掌握光纜接頭盒的密閉性能;實驗結果表明系統(tǒng)能夠及時發(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光纖造成潛在損害，保障電力光纖的正常通信。

關鍵詞：OPGW光纜;接頭盒檢測;設計

OPGW光纜也叫光纖復合架空地線，它可以將光纖放置在架空高壓的輸電線中，這種結構可以到達地線和通信的雙重的功能。作為傳遞信號介質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。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)往往在除去保護和自動化外，還會有剩余。通過OPGW進行通信，就是將架有光纜的線路上將光纖桿塔作為信號的接點，并通過RF將附近桿塔的信息傳送到接入點，并將其通過電光轉換變成光纖信號，從而將光纖信號再傳遞到電力公司。通過RF和OPGW相結合的方式，傳遞速率有50M/s，速率相當?shù)目欤沁@種方式也存在一種弊端，就是能耗相當?shù)拇?，可高達50W甚至之上。

一、OPGW結構

OPGW是由一個或多個光單元和一層或多層絞合單線組成，目前最常用的光纜結構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

光纖復合架空地線（OPGW）既要滿足本工程光纖通信的技術要求（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特性和電氣性能的需要（如力學特性高、耐振、耐腐蝕，并具有一定的導電性和充足的熱容量等）。OPGW的選擇應遵循以下原則：

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，OPGW的弧垂與為其分流的地線線的弧垂應基本一致。

2.為了保證正常的安全運行，在最大設計外荷載確定的條件下，OPGW的安全系數(shù)應大于或等于3.0，通信質量要保證。

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

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

5.具有足夠的光纖余長，承受的力在達到極限抗拉強度的70%的時候，光纖不應該承受到拉力，光信號沒有明顯的衰減。

三、電力光纜接頭盒密閉性在線檢測系統(tǒng)構成和工作原理

（一）系統(tǒng)構成

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、存儲電路和處理器等模塊;數(shù)據(jù)分析中心包括GIS定位、人機交互界面、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，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)分析中心都能夠進行通信。

（二）工作原理

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

pl/T1=p2/T2（1）

式中，T1和T2是不同的熱力學溫度，p1是T1溫度下的光纜接頭盒內的壓強值，p2是T2溫度下的光纜接頭盒內的壓強值。開始階段在光纜接頭盒內充入干燥氣體，并進行密封，使光纜接頭盒內的氣壓高于大氣壓強，系統(tǒng)通過傳感器采集光纜接頭盒內的氣壓和溫度數(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的溫度變化比較大，造成光纜接頭盒內壓強變化較大，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，當處理后的壓強等于273.15K的大氣壓強時，則判斷光纜接頭盒內密閉性不嚴，存在安全故障。

四、數(shù)據(jù)處理模塊硬件設計方案

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蓄電池的充放電進行合理的控制。處理器通過內部存在的A/D轉換模塊對太陽能電池板電壓和蓄電池進行采樣，當采集太陽能電池板電壓過低時，處理器自動斷開太陽能電池板對蓄電池進行充電。處理器通過對蓄電池的電壓采樣可以知道蓄電池的電量等情況，判斷是否對設備進行供電。

（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芯片設計了3個穩(wěn)壓電路給器件進行供電。

（三）存儲數(shù)據(jù)電路

存儲數(shù)據(jù)電路采用AT24C02掉電存儲器，存儲當前數(shù)據(jù)處理模塊采集的氣壓和溫度數(shù)據(jù)，同時也存儲其他數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)。當存儲的數(shù)據(jù)達到一定數(shù)量時，數(shù)據(jù)采集模塊將存儲信息發(fā)送出去，并將存儲數(shù)據(jù)清空。AT24C02采用串口的方式和處理器進行數(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，所以本系統(tǒng)的無線發(fā)射和接收電路采用SX1278芯片進行無線通信。該通信方式具有傳輸距離遠和抗干擾能力強的特點[9-10]。由于SX1278是半雙工收發(fā)器，處理器控制模擬開關切換收發(fā)數(shù)據(jù)模式，即開始是將電路處于接收狀態(tài)，當處理器接收到一定的數(shù)據(jù)量時，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、結束語

在實際的設計過程中，應嚴格遵循規(guī)程規(guī)范，選擇適合的光纜的結構，在設計時盡量調和額定抗拉強度與短路電流熱容量之間的矛盾，根據(jù)實際中業(yè)務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。最終設計出適合本工程的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：

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

[2]Q/GDW166.4-2010國家電網公司輸變電工程初步設計內容深度規(guī)定第4部分：電力系統(tǒng)光纖通信