1、 中天日立光缆有限公司陈爱华 2008 年整理 共 16 页 第 1 页 内部培训资料二、OPGW 基础知识培训(2008.10.8)第一章 前 言中天日立光缆有限公司情况介绍：中天日立光缆有限公司由江苏中天科技股份有限公司与日本日立电线株式会社于 2000年 5月 13日共同合资创办。注册资金 900万美元（中天科技 75%，日立电线 25%） ，总投资额达 2500万美元。专业从事不锈钢管系列 OPGW研究开发、生产制造、市场销售、金具附件配套和售后技术服务。中天科技负责市场销售和售后服务，日立电线派出专家负责技术开发、生产质量管理。OPGW 年生产能力达26000km，已在线运行超过 8
2、0000km，市场份额占 40%以上，目前生产能力和市场占有率均居国内第一。光纤单元车间：中天日立现有不锈钢管光单元生产设备 6 台：瑞士 swisscab 一台（同时可以生产世界领先水平的有内衬海底用光纤单元） ，美国 watson 一台，安装于河东车间，另有瑞士 apswisscab 四台，安装于河西车间。主要生产外径从 1.0mm6.0mm 等各种类型的不锈钢管光单元，年生产能力达40000km。目前已成功生产国内单根最大长度达 105km 应用于海底光缆。主要生产流程分为：光纤放线：采用主动放线在线调节技术，保证整个生产过程中光纤放线张力始终控制在有效范围之内，从而保证多根光纤放线张力
3、的一致性，目前中天日立可生产最大芯数为 144 芯，目前已成功交付使用的有 96 芯光单元。纵包成型：首先对原材料钢带两边料带重新分切，保证钢带分切边的质量达到激光焊接技术，模具纵包成型、同步充油可调控制、激光焊接、拉拔，其中激光焊接采用自动在先跟踪系统，有效保证焊接质量的稳定性和一致性。探伤检查：采用涡流探伤对焊缝质量进行实时跟踪检查，可以检查光纤单元焊接质量，包括原材料不锈钢带表面任何质量情况。同步收线：可根据光纤单元长度适应从 630mm1800mm 各类盘具，从而满足大长度光单元的制造技术。工序检验：长度、衰减、余长、外径、渗水试验等检验项目均采取 100%的检验。该工序关键控制点：余
4、长的控制、焊接质量、渗水成缆车间：中天日立现有各类绞线机 14 台，其中笼式绞线机 12 台，包括 2 台国内最早进口法国 Pourtier 笼中天日立光缆有限公司陈爱华 2008 年整理 共 16 页 第 2 页 内部培训资料绞机，还有 1 台生产大盘长 OPGW 的 800mm 笼绞机，另有 2 台专门生产中心管 OPGW 的管绞机。这些绞线机安装于 5 个车间，年生产能力达 26000km。中天日立主要生产四种类型产品，包括常规使用的不锈钢管型 OPGW；适用于沿海污垢地区、化工严重污染地区的铝包不锈钢管 OPGW；南方及雷击频繁活动地区紧缩异型耐雷 OPGW；以及 220kV 及以下用
5、输电和光纤通信的两种功能融为一体的OPPC（光纤复合架空相线） 。该工序就是将光纤单元（OP-UNIT） 、铝包钢线（AS ） 、铝合金线（AA）根据设计结构进行绞合，主要生产流程分为：中心线放线：采用主动放线，利用舞蹈轮来调整放线张力，中心管式时为不锈钢光纤单元，层绞式时为 AS 线。8 绞成型：在表面涂覆防腐油膏，起到防腐蚀作用，有效避免两种材料之间电腐蚀；光纤单元张力利用自动反馈技术进行控制，张力波动在0.5kg 外设备将自动停机。16 绞成型：张力控制技术与 8 绞一样控制，确保缆表面质量光滑圆整，不散股，不松股； 牵引同步收线：保证收线张力恒定一致，同时可随盘芯的大小，盘具张力自动调
6、节收线张力，从而保证光缆排线整齐。最终检验：衰减、长度、不松股、不散股等检验项目均采取 100%的检验，另各类机械性能试验和型式试验按照相关要求严格抽检。该工序关键控制点：成型深度、节距、张力、表面质量 第二章 基 础 知 识一、OPGW 定义及特点：1.1 OPGW中文名称 “架空地线复和光缆”英文名称是“ Optical fiber composite overhead Ground Wire”。在国内以前也叫“光纤复和架空地线” 。1.2 OPGW 功能OPGW 光缆作为在电力系统通信用具有普通架空地线 和光纤通信能力双重功能的复合线。1.3 OPGW 主要特点概括如下：1、 OPGW
7、即可避雷，又可用于是通信，不需要另外加挂光缆；2、 光缆位于 OPGW 中间，外层有铝包钢或铝合金线缠绕保护，可靠性较高；3、 OPGW 是随着电力线架设的，因而节省了施工费，由于 OPGW 与输电线路同时架设；4、 OPGW 是架设在输电线路高塔之上，比较安全可靠，不易被盗。中天日立光缆有限公司陈爱华 2008 年整理 共 16 页 第 3 页 内部培训资料二、OPGW 使用的主要原材料及性能：1 光纤（1）定义所谓光纤，是一种传输光介质波导（SiO 2） ，也可以说成是一种折射率按指数分布的介质圆柱体，由纤芯和包层组成。光线在光纤中传播所遵循的主要定律是全反射定律，而芯的折射率必须大于包层
8、折射率。（2）光纤的分类分为单模光纤和多模光纤两种。只能传输一个模式的光纤称为单模光纤（对某一波长而言） ；能够传输多个模式的光纤称为多模光纤。多模光纤分类 根据芯径可分为：50.5m(A1a) 、62.5m(A1b)、100m(A1d) 使用窗口 850nm 、1300nm单模光纤分类IEC ITU-T 名 称B1.1 G.652B 常规型单模光纤（非色散位移单模光纤）B1.3 G.652C 低水峰单模光纤（波长段扩展的非色散位移单模光纤）G.652D 无水峰单模光纤B1.2 G.654 截止波长位移型单模光纤B2 G653 色散位移单模光纤B3 色散平坦型单模光纤B4 G.655 非零色散
9、位移型单模光纤通常使用窗口 1310nm 、1550nm光纤性能包括：几何特性：包层直径、包层不圆度、芯/包同心度误差等传输性能：衰减、色散、偏振模色散等光学性能：模场直径（MFD） 、截止波长（ C、 CC）环境性能和机械性能：2 纤膏纤膏是在光纤单元管内用来保护光纤免受水气、冲击等功能，起阻水作用。中天日立光缆有限公司陈爱华 2008 年整理 共 16 页 第 4 页 内部培训资料OPGW 纤膏种类：尤尼吉尔主要有两种：触变型吸氢 400H 型和触变型普通 400N 型 BP 纤膏：BP2000光纤单元用纤膏要求温度特性好、高温（70 度）不滴流、低温（-40 度）下不硬化不龟裂，不能影响
10、光纤传输的变稠硬现象、无油分离、具有防腐、抗氧化性能。纤膏主要技术指标：闪电、滴点、锥入度、粘度、氧化诱导期、吸氢量（吸氢纤膏，吸氢量在0.25ml/g）3 不锈钢带钢带是作为 OPGW 光缆用光纤单元内保护光纤的主要材料，其常用钢带牌号为 304L 型，主要特性要求钢带的强度、平整度、厚度均匀程度、化学成份要求（含 Ni-810.5、Si1.0、C0.08）及其微量元素。使用过程要注意钢带是否残留氢分子，使用时最好仓储 3 个月以上，以消除残留氢分子。4 光纤单元种类：有内衬光纤单元：（1）有了一层内衬材料，光纤单元的内壁较为光滑，免除了管的焊缝对光纤的机械损伤；（2）光纤余长的形成完全是采
11、用成熟的二次被覆工艺，并保证纤与纤之间余长的均匀一致。 无内衬光纤单元：与有内衬相比同样外径的钢管容纳芯数大。铝包不锈钢管：耐腐蚀能力强，尤其是在污秽和沿海盐雾地区更显其优越性；5 AS 线（铝包钢线）AS 线主要用来承担光缆的拉力，设计时也考虑部分电性能（主要要单线外铝层厚度来体现） 。铝包钢是由一根圆钢芯外包一层均匀连续的铝层结构圆线。铝包钢根据其规格在几何、物理机械、电气三种性能方面有不同的提标：几何参数：外径、铝层最小厚度物理机械参数：抗拉强度、1%伸长应力、扭转钢管粘合剂内衬管纤膏光纤中天日立光缆有限公司陈爱华 2008 年整理 共 16 页 第 5 页 内部培训资料电气性能：电阻率
12、常见规格：14%IACS 导电率、20.3%IACS 导电率、27%IACS 导电率、30%IACS 导电率、35%IACS 导电率、40%IACS 导电率。IACS：国际退火铜标准6 AA 线( 铝镁硅合金线 )AA 线主要是用来承担光缆的电性能，设计时也考虑部分机械强度。我们目前使用是 B 型铝合金圆线。几何参数：外径机械性能：断裂抗拉强度（295Mpa ） 、卷绕；电气性能：20时电阻率电大值 32.530n.m7 防腐油膏对于不同金属之间的接触，在雨水的作用就有可能产生电化学腐蚀，因此对于不锈钢管形式OPGW，由于不锈钢与铝接触就有可能造成电化学腐蚀，主要保护光纤和单丝受油污、酸碱的腐
13、蚀性能（铝包钢管不需要）三、OPGW 生产主要生产流程1、 着色工序放纤过油墨杯打环UV 固化张力控制收线（有色环时则打环工序加上）2、 光纤单元工序光纤放线 张力调节 光纤测速仪 填充油膏 1#挤塑机活动温水槽1#履带牵引冷水槽吹干装置外径测试仪 套塑管测试仪 1#张力轮 1#牵引轮2#挤塑机2#张力轮钢带放带对接焊接储带装置切带纵包焊接 2#轮牵 光纤单元测速 高频加热装置冷水槽2#履带牵引收排线装置中天日立光缆有限公司陈爱华 2008 年整理 共 16 页 第 6 页 内部培训资料红色双线框为生产有内衬光纤单元中生产有衬管过程，在生产无内衬光纤单元时，此过程是不需用的。3、成缆四、OPG
14、W 常规结构1、OPGW 光缆有两种结构型式：层绞式 OPGW (单管、复合管、铝包钢管) 可双层或三层中心管式 OPGW (单管、复合管、铝包钢管) 可单层或双层2、特点：层绞式 OPGW 特点：1、结构稳定、可靠性高中心线放线架 内层绞放线架 内层预成头绞合点充防腐油膏第二层放线架第二层预成头绞合点双轮主牵引 收排线架AA线光纤单元AS线AA线光纤单元AS线 AS线光纤单元中天日立光缆有限公司陈爱华 2008 年整理 共 16 页 第 7 页 内部培训资料2、能获取二次余长3、抗扭曲、抗侧压能力强3、 能经受高机械强度、易获得较大短路电流容量应 用：通常运用于新建架空电力线路能满足大芯数、
15、超高压送电线路要求用于传导大的故障短路电流提供抗雷击保护中心管式 OPGW 特点：1、缆径小、重量轻、对塔附加载荷小2、钢管位于缆的中心、不产生二次机械疲劳损伤3、抗侧压、扭曲、抗拉能力小（单层）应 用：替换现有地线、用于老线路改造适用于低等级线路配套于向 GJ-50/70/90 等线路五、OPGW 控制的几个主要参数1、 着色固化效果及光纤色谱检查方法：把光纤放在平台上,用沾有酒精的脱脂棉擦拭 100 次不脱色。光纤色谱：（全色谱）蓝（B） 、橙（Or） 、绿（B） 、棕（ Br） 、灰（Gr） 、白（W） 、红（R） 、黑（BL） 、黄（Y） 、紫（V） 、粉（P） 、浅绿（AQ） 、本色
16、列举 48 芯光纤色谱表示方法：112 芯 全色谱（B、OR 、G、BLAQ）1324 芯 S60（B1、OR1 、G1、本 1AQ1）2536 芯 D80（B2、OR2、G2、本 2AQ2）3748 芯 S90（B3、OR3 、G3、本 3AQ3）2、 光纤余长（1）光纤余长、光纤弯曲半径计算（举例如下）先设定光纤容许弯曲半径：d =32mm；光纤芯数 n=24 芯（全 G652） ；钢管外/ 内径D/D1：2.53/2.13mm，D f=0.255，光纤外径等效系数 k=1.16（弯曲半径不能小于 32mm，钢管厚度为0.20mm） 。光纤单元余长计算公式：=d/d-（D 1-kn1/2D
17、f）/2 1/2 11000 =32/32-（2.13-1.1624 1/20.255）/2 1/2 11000 =0.005361000=5.36.公式（1） 从公式（1）可以看出常规 2.5mm-24 芯 G652 光纤最大余长可做到 5.36，如果超过此值光纤的弯曲半径就会小于 32mm，光纤弯曲就比较严重，光纤会受到弯曲应力，随之衰减上升，其实在我们中天日立光缆有限公司陈爱华 2008 年整理 共 16 页 第 8 页 内部培训资料生产中积累的数据中此规格的光纤单元的余长超过 4.5以后在 1550nm 窗口下衰减就呈现上升趋势。如果钢管内光纤有 B4（G655）光纤，则光纤容许弯曲半
18、径应控制在 d =45mm 以上，我们也可以根据公式（1）设定余长值反推到管径与芯数的关系。根据我们正常生产经验其光纤单元的余长工艺值一般控制在中心管式： （6.58.5）之间（24 芯为例）层 绞 式： （2.53.5）之间（24 芯为例）（2） 余长的产生和影响的因素余长的产生：其一 张力法，通过给钢带施加张力，其张力在弹性范围之内，然后释放张力，利用弹性变形使得钢带回缩，从而产生余长；其二 形变法 ，通过对钢管进行微缩变形，利用塑性变形使得钢管回缩，从而产生余长。余长的计算方法：取 5m 长光纤单元，将其光纤取出测出其长度，通过下列公式进计算=（L 纤 -L 管 ）/L 管 1000.
19、公式（2）（3） 影响余长的因素主要有a、 光纤放线张力b、 钢管拉拔系数及钢管在两牵引间张力c、 光纤单元复绕及经过导轮的状态.等4、 衰减光在光纤中传播时，平均光功率沿光纤长度方向呈指数规律减少。即： P(L)=P(0)10-(L/10)式中：P(0)在 L=0 处注入光纤的光功率。P(L)传输到轴向距离 L 处的光功率。B、衰减系数：指单位长度光纤引起的光功率的衰减。当长度为 L 时，()=(-10/L)lgP(L)/P(0) dB/km式中：() 为在波长为 处的衰减系数与波长的函数关系，其数值与选择的光纤长度有关。 C、衰减谱衰减谱图形象地描绘了衰减系数与波长的函数关系，同时也示出了
20、光纤的五个工作窗口的波长范围及引起衰减的原因。由图得知，石英玻璃光纤的衰减谱具有三个主要特征是：1）衰减随波长的增大而呈现降低趋势2）衰减吸收峰与 OH-离子有关。3）在波长大于 1600nm 衰减的增大的原因是由微（或宏）观弯曲损耗和石英玻璃吸收损耗引起的。D、引起起衰减变化的因素：光纤的固有损耗、弯曲损耗以及光纤对接时产生的损耗等。中天日立光缆有限公司陈爱华 2008 年整理 共 16 页 第 9 页 内部培训资料1）光纤的固有损耗光纤的固有损耗是光纤中传输的光波的散射、吸收所产生的损耗，产生这些损耗的主要因素是：2）光纤的弯曲损耗用光纤作实际的传输线路时，在光缆内产生微弯曲，在室内配线的
21、拐角处也产生弯曲。前一种弯曲产生的损耗称为微弯曲损耗，而后一种一般简单地称弯曲损耗。a） 微弯曲损耗所谓微弯曲，就是光纤受到不均匀应力的作用，光纤轴产生的微小不规则弯曲，其结果是传导模变换为辐射模而导致光能的损耗。减小微弯曲损耗的方法有多种，如：在光纤和二次涂覆层之间设置缓冲层，制成光纤不会直接受到侧压力的心线结构，制成松套心线结构等等。b）弯曲损耗光纤弯曲，光波从直线部分进入弯曲部分时，传导模转换为辐射模而产生损耗。对通信系统的影响衰减是光纤的一个重要的传输参数。它表明了光纤对光能的传输损耗，其对光纤质量的评定和确定光纤通信系统的中继距离起着决定性的作用。衰减是光缆中最关键的性能参数，引起其
22、衰减上升的因素是：光纤本身因素、余长过短受拉伸应力、余长过长受弯曲应力、被外界力所致、光纤受到氢损、光纤受到水蚀产生水峰。影响光纤衰减的变化的因素a、 光纤放线张力的控制；b、 导轮的光滑度和转动灵活性；c、 充油时光纤走向的控制；d、 光纤余长控制；e、 生产过程控制氢气的产生和利用吸氢纤膏解决光纤单元内余留的氢气；f、 避免光纤受水气侵蚀；g、 使用的钢材不应有残留氢气；h、 节距大小及绞线放管张力大小及其它可能影响的因素。5、 焊接质量和渗水性能（防止水汽进入：径向渗水，纵向渗水我们是用纤膏填充，用渗水试验来验54321 00.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4
23、1.5 1.6 1.7 波长 m衰减dB/km第 1 窗口 第 2 窗口 第 3 窗口 第 4 窗口 第 5 窗口OH-OH-OH-中天日立光缆有限公司陈爱华 2008 年整理 共 16 页 第 10 页 内部培训资料证）径向：涡流探伤仪检测纵向：1m 高水柱下，1m 长光纤单元，1 小时后光纤单元端面无水渗出（苛刻时要户要求 24 小时）6、 节距、节径比、绞入率、绞合方向、成型高度（1） 节距：单丝围绕绞线一周在绞向轴向上行走的距离称为一个节距。节距对绞线的结构及机械性能电气性能有着很大作用，节距有大小直接影响着绞合质量，过大容易散股，光缆缝大，绞合不紧密，电气性受到影响。过小，绞合过于紧
24、密，机械性方面受到影响，有时还可能出现外层起拱现象。P：节距 h：成型高度（2）节径比：是绞线当层节距与外径的比值，对于多层绞绞线，任何层的节径比应不大于紧邻内层的节径比，这也是我们在定每层节距时的标准，一般我们控制在 1014（针对所有绞层） ，这个参数在线缆行业标准里也有规定。它所起到的作用是对绞线的柔软性和密实程度都有关系。当然也对绞线的成本也有很大关系，节径比大耗材少，节径比小耗材多。我们一般所讲的节径比通常是指实用节径比：m=P/D（当层外径）（3）绞入率：在一个节距内，单线的实际长度与绞线节距长度之比称之为绞入率。我们生产时简捷的绞入率计算方式为：设定几个参数：光缆当层节圆外径 D1、该外径当层节距为 PK=【 1+（ D1/P） 2】 1/2 例：中心线为 2.6mm，外层单丝为 2.5mm6 根，该光缆内层节圆为 5.1mm，节距设定为 100mm则该层绞入率K=【1+（ D1/P） 2】 1/2=【1+（5.1/100） 2】 1/2=1.0128由此我们还可以算出光缆在该层中所用的单丝长度和光缆该层的光缆单重，这也是我们在复绕单丝时光缆最短所需线材，也是我们生产工艺人员在进行生产配单时最为关注的参数。hP0D1
