摘要：ADSS光纜與導(dǎo)線在溫度和外荷載方面的弧垂特性截然相反，是ADSS電力光纜應(yīng)用中的一大問題。針對(duì)這一情況，分析了ADSS光纜的弧垂特性，并對(duì)ADSS光纜平均運(yùn)行應(yīng)力的確定、安全系數(shù)的選取、最大垂直弧垂氣象條件的判定、塑性伸長處理等幾方面問題分別進(jìn)行了探討，提出了自己的觀點(diǎn)。同時(shí)，歸納總結(jié)了“倒推法”這種具體可行的ADSS光纜應(yīng)力弧垂計(jì)算方法。
　　
　　電力通信已成為電網(wǎng)安全生產(chǎn)和管理現(xiàn)代化的重要手段，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定和電網(wǎng)管理現(xiàn)代化對(duì)電力通信的要求越來越高。其中ADSS光纜作為電力通信重要的信息載體，能夠滿足傳輸信息高速化、高容量、低誤碼、安全化的需要。
　　ADSS光纜具有在220kV及以下線路架設(shè)方便快捷、節(jié)約大量時(shí)間及費(fèi)用，不需要主線路停電，可以短距離的管道直埋，不涉及防雷等優(yōu)點(diǎn)。目前在電網(wǎng)中已經(jīng)大規(guī)模推廣使用。
　　但ADSS光纜在電網(wǎng)普遍應(yīng)用畢竟只有十幾年的時(shí)間，目前對(duì)ADSS光纜設(shè)計(jì)中存在的問題認(rèn)識(shí)不足，積累的經(jīng)驗(yàn)不多。為此，筆者針對(duì)ADSS光纜設(shè)計(jì)中存在爭議較多的應(yīng)力弧垂計(jì)算問題，將積累的一些經(jīng)驗(yàn)在此分享，以期拋磚引玉，共同提高ADSS光纜的應(yīng)用水準(zhǔn)。
　　一、ADSS光纜的弧垂特性
　　ADSS光纜與金屬導(dǎo)線相比較，具有兩個(gè)不同的特性：由于ADSS光纜為整體無金屬結(jié)構(gòu)，特別是由于芳綸的使用，導(dǎo)致ADSS具有對(duì)溫度變化不敏感的特性；另外，與金屬導(dǎo)線相比，由于自重很輕，而外徑卻相對(duì)較大，導(dǎo)致ADSS光纜具有對(duì)外負(fù)荷特別敏感的特性。ADSS光纜與導(dǎo)線在溫度和外荷載方面的弧垂特性截然相反。也就是說導(dǎo)線的弧垂對(duì)溫度變化較為敏感，對(duì)外荷載變化較為遲鈍；而ADSS的弧垂對(duì)溫度變化極為遲鈍，對(duì)外荷載變化極為敏感。
　　從彈性模量及熱膨脹系數(shù)等差異導(dǎo)致的ADSS光纜與導(dǎo)線弧垂特性不一致，是ADSS光纜應(yīng)用中的一大問題。下面我們談?wù)勗谶@種情況下ADSS光纜的應(yīng)力弧垂如何計(jì)算。
　　二、ADSS光纜的力學(xué)計(jì)算
　　ADSS光纜由于懸掛于桿塔身部，因此ADSS的弧垂和應(yīng)力的選擇應(yīng)根據(jù)光纜對(duì)地距離的要求，以及弧垂不小于桿塔上導(dǎo)線弧垂的原則來確定，同時(shí)ADSS的設(shè)計(jì)安全系數(shù)應(yīng)大于導(dǎo)線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)。
　　1.ADSS光纜平均運(yùn)行應(yīng)力的確定
　　為了防止光纜振動(dòng)的危害，需要對(duì)光纜的平均運(yùn)行應(yīng)力有一個(gè)限制。根據(jù)送電線路設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定，當(dāng)有防振措施的情況下，光纜的平均應(yīng)力不得超過瞬時(shí)破壞應(yīng)力的25%。
　　同時(shí)，光纖的壽命與安裝時(shí)的張力值是成反比關(guān)系的。我們?cè)贏DSS光纜的平均運(yùn)行應(yīng)力（也可等效于安裝張力）的選取時(shí)，考慮到安裝后的張力與光纜壽命的反比，為更有效的提高ADSS光纜的使用年限，降低光纜的疲勞系數(shù)，可以適當(dāng)把光纜的安全系數(shù)增大，光纜的安裝張力取值在合適的范圍。目前有相當(dāng)?shù)腁DSS光纜設(shè)計(jì)中，只考慮不恰當(dāng)?shù)目缭街笜?biāo)，光纜設(shè)計(jì)的安裝弧垂小，光纜的安裝張力超過光纜額定抗拉強(qiáng)度的20%以上，這是沒有考慮光纜的特性及材料，殊不知會(huì)降低光纜的使用壽命。在這里，建議平均運(yùn)行應(yīng)力取ADSS光纜瞬時(shí)破壞應(yīng)力的16%為宜（ADSS光纜受平均運(yùn)行應(yīng)力控制時(shí)的弧垂遠(yuǎn)小于導(dǎo)線，對(duì)跨越物的安全距離完全能夠滿足）。
　　2.ADSS光纜安全系數(shù)的選取
　　參照《110-500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：導(dǎo)線和地線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5。
　　ADSS的力值指標(biāo)中，最大允許抗拉強(qiáng)度（MOTS）與極限特殊應(yīng)力（UES）的意義要遠(yuǎn)大于標(biāo)稱抗拉強(qiáng)度（RTS）的意義：最大允許抗拉強(qiáng)度（MOTS）是指在設(shè)計(jì)極限惡劣氣象條件下，光纜中的光纖余長開始被吃掉并有應(yīng)變值，光纖的衰減也開始急劇增加時(shí)的張力值，MOTS約為RTS的40%；極限特殊應(yīng)力（UES）是指光纖受力，但在解除應(yīng)力后光纖可恢復(fù)，不影響光纜使用壽命的極限值，UES約為RTS的70%。光纜受力超過UES，光纜中的光纖即有可能發(fā)生斷裂。
　　ADSS光纜不同于OPGW在電力線路上還有地線功能，光纖斷裂ADSS也失去了的功能；因此ADSS光纜安全系數(shù)選取時(shí)要充分考慮MOTS和UES這兩個(gè)參數(shù)的重要性。首先，我們要保證ADSS光纜在極限惡劣氣象條件下的最大受力不超過MOTS，即保證安全系數(shù)k>RTS/MOTS=2.5；其次，當(dāng)安全系數(shù)取值為2.5時(shí)，對(duì)于ADSS而言，由于光纜受力超過UES（70%RTS）光纖即有可能斷裂，因此此時(shí)ADSS的實(shí)際安全系數(shù)（相對(duì)于ADSS的功能而言）只有2.5×70%=1.75。要保證ADSS的實(shí)際安全系數(shù)（相對(duì)于ADSS的功能而言）大于2.5，安全系數(shù)的取值應(yīng)為2.5/0.7=3.57。
　　因此，在ADSS光纜安全系數(shù)的選取時(shí)，應(yīng)適當(dāng)把的安全系數(shù)適當(dāng)增大。以上論述只是說明ADSS與導(dǎo)線安全系數(shù)意義上的不同，實(shí)際設(shè)計(jì)中并不要求ADSS安全系數(shù)的取值必須大于3.57，只要大于2.5就可以了。由于各廠家生產(chǎn)的ADSS光纜物理力學(xué)特性差異較大，需進(jìn)行具體分析后分別選用不同的安全系數(shù)及最大設(shè)計(jì)應(yīng)力。
　　3.ADSS最大垂直弧垂氣象條件的判定
　　為計(jì)算光纜對(duì)地或跨越物間距，往往需要知道光纜可能發(fā)生的最大弧垂。由于ADSS光纜具有對(duì)外荷載變化極為敏感的特性（在5mm覆冰氣象條件時(shí)弧垂比運(yùn)行工況時(shí)增加130.3%，在10mm覆冰氣象條件時(shí)弧垂比運(yùn)行工況時(shí)增加241.4%）。因此，校驗(yàn)ADSS的對(duì)地和交叉跨越間距須用覆冰工況時(shí)的弧垂；而導(dǎo)線則用高溫工況時(shí)的弧垂。
　　同時(shí)，ADSS的風(fēng)偏角遠(yuǎn)大于導(dǎo)線（最大風(fēng)速時(shí)風(fēng)偏角甚至可達(dá)到80°以上），極小的風(fēng)速就有可能導(dǎo)致ADSS發(fā)生較大的風(fēng)偏角。因此，無論何種型號(hào)的ADSS光纜，其最大垂直弧垂都發(fā)生在覆冰無風(fēng)氣象條件下。我們?cè)谶M(jìn)行ADSS弧垂計(jì)算時(shí)，需加入覆冰無風(fēng)這一氣象條件用于校驗(yàn)ADSS的對(duì)地和交叉跨越間距。當(dāng)ADSS光纜線路通過重冰區(qū)時(shí)，必須特別重視ADSS對(duì)外負(fù)荷十分敏感的特性，詳細(xì)校驗(yàn)覆冰情況下光纜對(duì)地及交叉跨越距離。由于ADSS光纜在覆重冰時(shí)的弧垂增幅太大，建議一般情況下ADSS光纜只宜在5mm、10mm輕冰區(qū)采用，20mm及以上重冰區(qū)不建議使用，對(duì)于20mm及以上重冰區(qū)需建設(shè)光纜線路的，新建線路建議采用OPPC光纜，原有線路盡量采用更換導(dǎo)線為OPPC光纜的方式建設(shè)。
　　4.ADSS光纜應(yīng)力弧垂計(jì)算
　　ADSS光纜承掛在已建的送電線路桿塔上，架設(shè)ADSS光纜的應(yīng)力和弧垂，除了要滿足自身的技術(shù)指標(biāo)和對(duì)地距離及交叉跨越要求外，還要光纜和同桿塔上的輸電導(dǎo)線在運(yùn)行工況下的弧垂盡可能一致，以使其與導(dǎo)線保持足夠的安全距離，同時(shí)也使外型整齊美觀（這里的運(yùn)行工況，由于ADSS的風(fēng)偏角遠(yuǎn)大于導(dǎo)線，我們一般選取平均氣溫氣象條件）。
　　ADSS光纜應(yīng)力弧垂計(jì)算可采用“倒推法”。首先，根據(jù)ADSS光纜懸掛的線路導(dǎo)線的型號(hào)與安全系數(shù)，我們可以用設(shè)計(jì)軟件計(jì)算出導(dǎo)線的應(yīng)力弧垂特性（已建線路導(dǎo)線弧垂可以從該線路施工圖設(shè)計(jì)上查到），取每個(gè)耐張段導(dǎo)線平均氣溫時(shí)的弧垂值，再根據(jù)選定型號(hào)ADSS光纜的物理力學(xué)特性，嘗試取不同的安全系數(shù)，使該耐張段ADSS在平均氣溫時(shí)的弧垂值與導(dǎo)線在平均氣溫時(shí)的弧垂值盡量相等，這時(shí)就可以得出ADSS的應(yīng)力弧垂特性。按此方法，依次對(duì)各耐張段進(jìn)行計(jì)算，得出各耐張段ADSS的應(yīng)力弧垂特性。也就是說在一條線路中，導(dǎo)線的安全系數(shù)K是不變的，而每個(gè)耐張段相對(duì)應(yīng)的ADSS的安全系數(shù)K是可以不同的。
　　經(jīng)過以上計(jì)算得出各耐張段ADSS的應(yīng)力弧垂特性后，再取各耐張段ADSS在覆冰無風(fēng)氣象條件時(shí)的弧垂值，對(duì)照各桿塔ADSS光纜懸掛點(diǎn)位置圖和送電線路平斷面圖校驗(yàn)ADSS對(duì)地及交叉跨越距離，如不能滿足，可逐步采用以下方法：（1）在滿足桿塔強(qiáng)度與空間電場強(qiáng)度的前提下，抬高ADSS光纜懸掛點(diǎn)；（2）在滿足桿塔強(qiáng)度的前提下，選用“適用檔距”更大的ADSS光纜，這樣的ADSS光纜RTS等參數(shù)更大，在平均氣溫氣象條件下與導(dǎo)線弧垂相等時(shí)，在覆冰無風(fēng)氣象條件時(shí)弧垂增幅值較小，可以滿足對(duì)地及交叉跨越距離的要求。
　　需要注意的是，校驗(yàn)ADSS對(duì)地及交叉跨越距離不能滿足時(shí)，不要任意減小ADSS光纜的弧垂值，使其在平均氣溫時(shí)的弧垂小于導(dǎo)線平均氣溫時(shí)的弧垂。因?yàn)锳DSS的風(fēng)偏角遠(yuǎn)大于導(dǎo)線，二者沒有同步性，ADSS光纜懸掛在導(dǎo)線下方，當(dāng)其弧垂小于導(dǎo)線弧垂時(shí)，這就使得二者發(fā)生鞭擊成為可能。如確實(shí)需要這樣做，應(yīng)校驗(yàn)最大風(fēng)速氣象條件下ADSS光纜與導(dǎo)線是否可能發(fā)生鞭擊。
　　5.ADSS光纜的塑性伸長處理
　　當(dāng)ADSS承受拉力后，便產(chǎn)生塑性伸長，從而引起檔內(nèi)弧垂增大，以致使ADSS對(duì)地及其他跨越物的安全距離減小，所以在光纜施工中必須考慮補(bǔ)償。
　　《110-500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：導(dǎo)線塑性伸長對(duì)弧垂的影響宜采用降溫法補(bǔ)償。但對(duì)于ADSS光纜究竟降低多少度？目前沒有規(guī)章可循，仍處于探索之中。云南省電力設(shè)計(jì)院編寫的《電力系統(tǒng)光纖通信線路設(shè)計(jì)》中考慮到輸電導(dǎo)線系由多股絞扭而成，而ADSS系層絞式無金屬線，其架線后的塑性伸長不受絞扭的影響，故ADSS塑性伸長的影響，暫按降低20℃考慮。
　　但實(shí)際設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，由于芳綸的使用，ADSS的弧垂對(duì)溫度變化極為遲鈍，部分適用于大檔距的ADSS光纜熱膨脹系數(shù)甚至是負(fù)的，這時(shí)采用降溫補(bǔ)償法只能起到反效果。由于采用降低溫度的方法來補(bǔ)償初伸長，效果不明顯，因此，建議采取降弧垂法來補(bǔ)償ADSS光纜的初伸長，但具體降低多少，還需要進(jìn)一步的探索。一般來說，ADSS具體降低的弧垂值，可以上方導(dǎo)線使用降溫補(bǔ)償法降低的弧垂值為依據(jù)，相應(yīng)降低相同或略小的百分比。
　　三、結(jié)束語
　　ADSS光纜一般使用于原有的桿塔線路，對(duì)桿塔而言是一種“添加物”，原有的桿塔設(shè)計(jì)并沒有考慮其他物體的“添加”，所以ADSS光纜在桿塔上沒有足夠的“空間”。“空間”包括：桿塔強(qiáng)度、與導(dǎo)線距離（空間電場強(qiáng)度）、凈空及與交越物的距離等。ADSS光纜只能盡量去適應(yīng)原有的桿塔。
　　通過以上探討，我們可以了解在ADSS光纜與導(dǎo)線弧垂特性不一致的情況下，如何進(jìn)行ADSS光纜的力學(xué)計(jì)算，從而為ADSS光纜在桿塔上爭取更大的“空間”。

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