近年來，智能電網、FTTx和3G網絡建設是支撐線纜行業蓬勃發展的主動力。智能電網要求電力系統中輔以信息技術為支撐，實現電網的信息化、自動化和互動化的特征;FTTx和3G網絡建設要求信息通信的同時解決網絡終端設備的用電問題，因此應用于電力系統中兼顧電力傳輸和信息通信的各類復合纜和特種光纜(本文統稱為電力光纜)應運而生。
電力光纜按敷式方式和應用場合可分為三種，即電力線附加型、桿塔添加型和電力線復合型。電力線附加型主要有地線纏繞光纜(GWWOP)和捆綁式光纜(ADL);桿塔添加型主要有全介質自承式光纜(ADSS)和金屬自承光纜(MASS);電力線復合型通常是指在傳統的電力線中復合光纖單元，實現傳統通電或防雷功能的同時進行光纖通信，主要有光纖復合架空地線(OPGW)、光纖復合架空相線(OPPC)、光電混合纜(GD)、光纖復合低壓電纜(OPLC)等。
1 、地線纏繞式光纜GWWOP和捆綁式光纜ADL
(1)地線纏繞式光纜GWWOP(Ground Wire Wind Optical Cable)——是一種直接纏繞在架空地線上的光纜，它沿著輸電線路以地線為中心軸螺旋纏繞在地線上，形成一種依附于輸電線支承的光傳輸媒介。
(2)捆綁式光纜ADL(All Dielectric Lashed Cable)——是一種通過一條或兩條抗風化的膠帶、被覆芳綸線或金屬線捆綁在地線或相線上。與GWWOP光纜相比，減少了光纜由于彎曲纏繞而引起衰減偏大或應力增加。
圖1. GWWOP和ADL光纜安裝示意圖
這兩類光纜被統稱為附加型光纜—OPAC(Optical Attached Cable)，一般用于35kV以下線路中，早在上世紀80年代初就已經開發并被電力部門所使用，是電力系統中建設光纖通信網絡既經濟又快捷的方式。他們不是自承式光纜，是附加在原有地線或相線上的，如圖1所示，因此該纜具有輕型柔軟、且外徑小等優點，一般采用全介質中心管式光纜結構，如圖2所示，非金屬加強層通常采用芳綸纖維紗、玻璃纖維紗和玻璃纖維帶等柔性材料。
圖2. 常用GWWOP和ADL光纜結構圖
這兩類纜安裝時需要特殊的器具，安裝完后，光纜直接與電力線接觸，所以都需要承受線路短路時相線或地線上產生的高溫，都有外護套材料老化問題，因此雖然研究和應用早于ADSS光纜，但是在國內沒有大范圍的應用。在線路設計時，還需覆冰和風載校驗電力線和桿塔強度。
近年來，智能電網、FTTx和3G網絡建設是支撐線纜行業蓬勃發展的主動力。智能電網要求電力系統中輔以信息技術為支撐，實現電網的信息化、自動化和互動化的特征;FTTx和3G網絡建設要求信息通信的同時解決網絡終端設備的用電問題，因此應用于電力系統中兼顧電力傳輸和信息通信的各類復合纜和特種光纜(本文統稱為電力光纜)應運而生。
電力光纜按敷式方式和應用場合可分為三種，即電力線附加型、桿塔添加型和電力線復合型。電力線附加型主要有地線纏繞光纜(GWWOP)和捆綁式光纜(ADL);桿塔添加型主要有全介質自承式光纜(ADSS)和金屬自承光纜(MASS);電力線復合型通常是指在傳統的電力線中復合光纖單元，實現傳統通電或防雷功能的同時進行光纖通信，主要有光纖復合架空地線(OPGW)、光纖復合架空相線(OPPC)、光電混合纜(GD)、光纖復合低壓電纜(OPLC)等。
1 、地線纏繞式光纜GWWOP和捆綁式光纜ADL
(1)地線纏繞式光纜GWWOP(Ground Wire Wind Optical Cable)——是一種直接纏繞在架空地線上的光纜，它沿著輸電線路以地線為中心軸螺旋纏繞在地線上，形成一種依附于輸電線支承的光傳輸媒介。
(2)捆綁式光纜ADL(All Dielectric Lashed Cable)——是一種通過一條或兩條抗風化的膠帶、被覆芳綸線或金屬線捆綁在地線或相線上。與GWWOP光纜相比，減少了光纜由于彎曲纏繞而引起衰減偏大或應力增加。
圖1. GWWOP和ADL光纜安裝示意圖
這兩類光纜被統稱為附加型光纜—OPAC(Optical Attached Cable)，一般用于35kV以下線路中，早在上世紀80年代初就已經開發并被電力部門所使用，是電力系統中建設光纖通信網絡既經濟又快捷的方式。他們不是自承式光纜，是附加在原有地線或相線上的，如圖1所示，因此該纜具有輕型柔軟、且外徑小等優點，一般采用全介質中心管式光纜結構，如圖2所示，非金屬加強層通常采用芳綸纖維紗、玻璃纖維紗和玻璃纖維帶等柔性材料。
圖2. 常用GWWOP和ADL光纜結構圖
這兩類纜安裝時需要特殊的器具，安裝完后，光纜直接與電力線接觸，所以都需要承受線路短路時相線或地線上產生的高溫，都有外護套材料老化問題，因此雖然研究和應用早于ADSS光纜，但是在國內沒有大范圍的應用。在線路設計時，還需覆冰和風載校驗電力線和桿塔強度。
2 、全介質自承式光纜ADSS和金屬自承式光纜MASS
(1)全介質自承式光纜ADSS(All dielectric self-supporting optical fiber cable)——是一種利用現有的高壓輸電桿塔，與電力線同桿架設的特種光纜，具有工程造價低、施工方便、安全性高和易維護等優點。
ADSS光纜是自承式架空敷設，應具有較大的抗拉強度，以保證正常運行時能承載外界環境影響。ADSS光纜主要承載元件為芳綸紗線，根據結構可分為中心管式和層絞式兩種，其中層絞式結構分為單護層和雙護套結構，具體如下圖3。
圖3.ADSS光纜結構圖
ADSS光纜在力學設計時，除具有一定的抗拉強度外，還需考慮一定檔距下安裝ADSS光纜對地面的安全距離和滿負載環境下對地安全距離，以防影響路面正常運作。另一方面，由于高壓電力線周圍存在著一定的高壓電場環境，容易腐蝕損害ADSS光纜，因此ADSS光纜在敷設時不僅要選擇適宜的懸掛點，同時外護套也需具有一定的耐電腐蝕能力。根據DL/T 788-2001《全介質自承式光纜》標準要求，外護套可以分為A級(電位小于12kV)和B級(電位大于12kV)，其中B級護套(通常稱為耐電痕護套料)根據實際應用，一般建議懸掛點運行電位不超過25kV。
(2)金屬自承式光纜MASS(Metal Aerial Self-Supporting optical fiber cable)——不銹鋼管光纖單元結構，考慮MASS光纜同ADSS光纜一樣與現有桿塔進行同桿架設，為減少對桿塔的額外負載，要求MASS光纜結構小、重量輕。因此MASS光纜結構采用中心管式，即不銹鋼光纖單元外面絞合一層鍍鋅鋼絲或鋁包鋼絲，通常從成本考慮，以鍍鋅鋼絲為主，如圖4所示。
圖4. MASS結構圖
MASS光纜在力學設計時與ADSS光纜類似，同樣需要進行檔距—拉力—弧垂驗算。但是在安裝敷設時，應選擇合適的懸掛點，一方面與電力線保持一定的安全距離;另一方面，因為MASS光纜是金屬結構，通過良好的接地處理和選擇弱電場安裝點，可以方便的解決電腐蝕問題。因為MASS光纜是全金屬結構，在一些鼠害猖狂地區，它還可以作為有效的防鼠光纜架空應用。
3 、光纖復合架空地線OPGW和光纖復合架空相線OPPC
(1)光纖復合架空地線OPGW(Optical fibre composite overhead ground wires)——它具有傳統地線防雷的功能，對輸電導線抗雷電提供屏蔽保護的作用，同時通過復合在地線中的光纖來傳輸信息。常見的OPGW結構主要有三大類，分別為鋁管型、鋁骨架型和不銹鋼管型，如圖5。
圖5. OPGW結構圖
OPGW的關鍵技術之一是短路電流引起的溫升和OPGW的最高使用溫度，圖4中前兩種結構的OPGW在短路電流沖擊時，鋁管和鋁骨架會產生相對較高的溫度且向內部擴散，進而影響光纖傳輸甚至斷纖現象，而不銹鋼管型明顯改善很多。若結構中含有鋁，在超過200℃以后，首先是鋁產生不可逆塑性形變，在結構受到破壞的同時，OPGW增大的弧垂不但不能保持與導線的安全間距還將可能與導線相碰，若是全鋼結構則可短時工作在300℃。
OPGW在新建線路中應用具有較高的性價比，在設計時，OPGW的短路電流越大時，就需要用更多的鋁截面積，則抗拉強度相應降低;而在抗拉強度一定的情況下，要提高短路電流容量，只有增大金屬截面積，從而導致纜徑和纜重增加，這樣就對線路桿塔強度提出了安全問題。但是OPGW設計時其電氣性能(如直流電阻)和機械性能(如檔距—張力—弧垂特性)應與另一根地線接近。
(2)光纖復合架空相線OPPC(Optical Fiber Composition Phase Conductor)——是將光纖單元復合在相線中，具有相線和通信的雙重功能，彌補了新建電網線路中無架空地線卻要通信的場合，主要有中心管式和層絞式兩種，如圖6。
圖6 OPPC結構圖
雖然OPPC結構與OPGW類似，但是在設計卻有很大差異。首先，OPPC由于具有相線的功能，長期承載電力傳送，因考慮長期運行溫度對光纖傳輸性能和光纖壽命的影響;其次，OPPC的機械性能和電氣性能應與相鄰導線一致，如直流電阻或阻抗與相鄰導線相似，以保證遠端電壓變化保持三相平衡;再次，OPPC安裝在高壓系統中，其安裝的金具和附件(如耐張線夾，懸垂線夾和終端接頭盒)需絕緣，線夾可用相應的絕緣耐張線串或絕緣懸垂串，光電絕緣/分離和連接則需要特殊的技術，對施工的要求也比較高。
4 、接入網用光電混合纜GD
接入網用光電混合纜GD(Optical and electrical hybrid cables for access network)——俗稱綜合光纜，它集光纖、金屬線對和饋電線于一體，可以同時傳輸光信號、電信號和電能，其典型結構如圖7。
圖7 接入網用光電混合纜結構圖
隨著接入網技術和市場的快速發展，光纖通信開始進入新一輪高速增長階段, 移動通信、數字電視(中間轉換)、寬帶接入、FTTx、農村村村通工程等將通信光纜和設備不斷地向用戶延伸，遠端基站、通信機房、用戶接入點等設備開始大量應用，而設備的供電卻成為通信運營商十分棘手的問題，為解決此問題，中國通信標準化協會發布了YD/T 2159-2010《接入網用光電混合纜》，為該產品的設計和應用提供了理論基礎。
雖然我們可以通過GD光纜可以給遠端設備供電和傳輸信息，但是饋電線中存在線路損耗，且隨著傳輸距離的加長而增大，同時還存在著壓降問題。因此，高壓直流遠供電無疑是解決長距離通信的最佳方案。高壓直流遠供電系統的原理是將機房內開關電源的48 V 直流電通過遠供電源局端設備隔離升壓到約200～400 V 直流高壓，將直流高壓電通過GD光纜中饋電線傳輸到遠端設備處，傳輸過程中電源處于對地懸浮狀態，通過遠端設備進行電壓逆變，變換到遠端設備所需電壓(如DC48 V 或AC220V)，最終實現遠端設備正常通信，如圖8。
圖8 高壓直流遠端供電原理圖
GD光纜在結構設計過程中，主要是饋電線的截面積選取，饋電線的截面積與傳輸距離、用電設備功率、傳輸電壓等級、遠供電設備接收電壓范圍等有關，線纜設計完后，還需進一步驗算線纜損耗，一般線纜損耗功率不超過遠供局端設備輸出功率的10%為宜。
5、 光纖復合低壓電纜—OPLC
光纖復合低壓電纜OPLC(Optical Fiber Composite Low-Voltage Cable)——是將經過保護后的光纖單元置于電力線纜中，可用于額定電壓0.6/1kV及其以下電力系統中，同時解決光纖信息通信的問題。OPLC倡導的電力光纖到戶(Power and Fiber to the home，簡稱PFTTH)，即配合無源光網絡(PON)技術，實現電信網、電力傳輸網、電視網和互聯網等“多網融合”的概念完全符合我國現階段電信運營商提出的“三網融合”建設的浪潮，因此可以通過OPLC構建電信公共服務平臺，加速和節約我國光纖到戶建設。
OPLC在設計時，主要考慮是光單元結構的選用，層絞式光纜可以包含較多芯數光纖，比較適宜配網時光纜的分歧和交接應用;蝶形光纜因施工接續時可采用快速連接器進行冷接，施工快速方便，比較適合入戶應用。根據組網特性和實際使用芯數狀況，我們選取中心管式光纜、層絞式光纜和蝶形光纜三種結構作為OPLC的光單元，且光單元由非金屬全介質材料組成，如圖9所示。
圖9 OPLC典型光單元結構示意圖
層絞式光單元和中心束管式光單元根據不同的敷設形式，又分為干式和油膏填充式。干式光單元可以滿足大芯數垂直敷設的需要，特別是在高層樓垂直布線中應用較多，可以解決垂直敷設時油膏滴流問題，為OPLC在不同場合的應用提供了方便?？紤]緊套光纖結構對溫度敏感性較大，一般不建議在OPLC中應用。OPLC結構如圖10所示，分為入戶用和配網用兩大類。
圖10 OPLC結構圖
OPLC在產品開發之初主要討論的問題是電力導線在長期工作過程中產生的熱量對光纖的影響。亨通集團在產品開發之初，同上海電纜研究所合作對OPLC進行耐壓認證性測試，也就是認證電力導體溫度在75～80℃時(超出GB 50217-2007《電力工程電纜設計規范》中規定聚氯乙烯絕緣電力電纜導體最高持續工作溫度70℃)，監控絕緣芯線間溫度(也就是光單元外表溫度)，具體如圖11所示，經過18天不間斷測試，在導體溫度不超過80℃時，絕緣芯線間溫度小于70℃，考慮光單元外護套對光纖的隔熱保護作用，光纖正常工作溫度不超過70℃，完全滿足光纖長期使用條件，并且整個試驗過程中，光纖衰減變化符合相關標準要求。
圖11 OPLC耐熱試驗
OPLC存在的問題：電力電纜運行時，短路時(持續5 秒)導體最高溫度聚氯乙烯絕緣160℃，交聯聚乙烯絕緣250℃;此時的瞬時溫升對光單元中的光纖衰減影響程度，還需要進一步的研究，在缺乏實驗數據時，建議通過短路保護器進行線纜保護。但從目前的運行經驗看，在正常運行的工作狀態下，OPLC的使用未發現任何問題。我公司已在上海浦東峨山路越富豪庭智能小區、浙江省海鹽的智能試點小區、無錫市金科觀天下智能小區和上海浦東的張江名邸等智能用電小區試點項目中運用了300多公里的OPLC電纜，運行情況良好。
結束語
隨著農村和城市現代化建設的發展，FTTx建設、3G網絡建設、建筑的智能化，特別是公用建筑的智能系統變得越來越普遍。對傳統光纜和電力系統提出了新的要求，越來越多的電力光纜將會被期待甚至開發應用，如我公司目前正著手開發的適用于額定電壓3.6/6～26/35kV的光纖復合中壓電纜和適用于額定電壓10kV及以下架空線路的光纖復合架空絕緣電纜等，但是目前還缺乏統一的規范進行定義，本文也就不具體敘述。相信這些產品的開發，對豐富我國中壓系統建設、電力資源的合理化應用和多網融合具有積極的意義。