200μm直径光纤在OPGW中的应用

栗 鸣， 谭 亮， 缪旭光， 曹裕群， 刘 勇， 陆 杰

（中天日立光缆有限公司，江苏南通226463）

200μm直径光纤在OPGW中的应用

栗 鸣， 谭 亮， 缪旭光， 曹裕群， 刘 勇， 陆 杰

（中天日立光缆有限公司，江苏南通226463）

在架空输电线路设计中，对OPGW的外径有着严格的限制，由此也限制了OPGW内的光纤最大容纤数。为满足未来智能电网对光纤通信的要求，试制了一种新型的外径为200μm光纤，代替目前常规的外径为245μm光纤，以达到增加OPGW内光纤芯数的目的。在结构相同情况下，采用200μm光纤可使光纤数量增加三分之一以上，试制的OPGW样品各项性能满足标准要求。

OPGW；200μm光纤；应用

0 引 言

目前，电力通信网的使用，主要以与电网安全稳定运行相关的继电保护、安全自动装置、调度语音等为主。而在以“高度智能”为主要特征之一的未来智能电网中，电力通信网将承载信息网络、广域测量、高速传感、高性能计算、智能控制等技术的应用，传输容量将大大增加。

目前电力光纤通信网已经覆盖了95%以上的110/10 kV变电站和75%以上的35/10 kV变电站，35 kV及其以上电压等级的配电网通信传输介质已基本实现光纤化。据不完全统计，2013年招标量（含国、省网）约为全介质自承式光缆（ADSS）44 075 km、光纤复合架空地线（OPGW）58 873 km、光纤复合相线（OPPC）4 746 km。可以看出，我国电力骨干网主要由OPGW和ADSS组成。

在对OPGW进行结构设计时，有三个主要指标是设计人员所重点关注的，即外径、拉断力、短路电流温升。由于OPGW复合了地线及光纤通信的双重功能，因此，设计时必须充分考虑光纤的使用性能。过度追求OPGW的外径与传统地线的外径相等，就得减小光纤钢管的外径。光纤钢管的外径大小直接影响到光纤余长和光纤衰减这两个重要参数。在钢管外径减小的情况下若要就得同样的余长就得使光纤产生更多的弯曲，其结果将导致光纤弯曲损耗增加。如果减小余长则会导致光纤在30年寿命期内因蠕变伸长而断裂。

钢管结构OPGW在我国的大规模生产使用已有近10年的历史。在综合了国内各主要OPGW生产厂的实际生产经验基础上，2012年国家电网公司编制了Q/GDW761-2012标准［1］。该标准对各种结构OPGW光纤单元钢管外径与最大容纤数，做出了明确规定。假如管内的光纤数超过此最大容纤数，那么在余长不变的情况下，光纤衰减就有可能超过技术要求。

为了解决未来智能电网对光纤芯数的需求增加和目前钢管外径对光纤容纤数的限制这一矛盾，我们采用了两种外径仅为200μm的光纤试制生产OPGW样品，以达到增加光纤芯数的目的。经试验，各项性能满足OPGW标准要求。

1 关于200μm直径光纤

1.1 200μm直径光纤技术发展

2000年代初，随着“光纤到户”的开展，接入网光缆的布放面临着室内或机房存储空间狭小的问题，由此对光纤弯曲损耗的要求越来越高。在此背景下，研发出了具有良好抗弯曲性能、部分型号可与G652光纤完全兼容的 G657弯曲不敏感系列光纤［2］。G657光纤相比G652光纤具有更好的抗弯曲性能，主要原因是在G652光纤的基础上进行了一些结构改进：（1）增大纤芯与包层的折射率差，使光的传输更集中在纤芯，减小光从纤芯逸出的可能，由于改变纤芯折射率可能会改变标准光纤的一些传输性能指标，目前大多数光纤厂家均采用降低包层折射率的方法（“trench”，壕沟型包层）；（2）研制新型的超低模量光纤内涂层材料，更多吸收光纤弯曲时所受应力，减小弯曲损耗［3］。

为了解决城市电缆管道资源紧张、光纤芯数需求日趋增加的矛盾，国际知名光纤厂商如Corning（康宁）、OFS（古河）、Prysmann（普睿司曼）、Draka（德拉卡）、Sterlite（斯德雷特）、YOFC（长飞）等又相继推出了外径200μm的G657A1/G657A2光纤，见图1。

1.2 200μm直径光纤的标准

目前常规商用光纤的涂覆层均由内外两层组成：内涂覆层的交联度低，模量约为0.5～3 MPa左右，与光纤包层紧密粘结防止光纤表面微裂纹扩大，作为吸能层可有效减缓外部压力对光纤的影响，降低光纤的弯曲损耗；外涂覆层的交联度较高，模量约为800～100 MPa左右，主要起保护内涂覆层的作用，增加光纤的耐磨性能和可使用性，也起到隔离水分的作用。

图1 245μm外径光纤与200μm光纤对比示意图

2012年，IEC 60793-2-50标准修订时，首次引入了涂层外径200μm单模光纤［4］。2013年，我国有关单位在对YD/T 1954-2009修订时，也已将涂层外径200μm单模光纤引入标准（报批中）。而ITUT G.657-2012（英文版）及ITU-T G.652-2009（英文版）［5］建议书中，对光纤外径没有规定。

因此，按照IEC 60793-2-50：2012的描述，可以认为外径200μm的单模光纤（含B1.1，B1.2，B1.3，B2，B4，B5和B6）已经成为一种标准光纤。但据悉，目前各大光纤生产厂仅提供200μm的B6（G657A1、G657A2）光纤。一些采用200μm直径G657A光纤试制的光缆可使外径减小三分之一以上，各项机械和环境性能优良［6-8］。

表1为B1.3（G652D）、B6a1（G657A1）光纤部分标准及部分厂家200μm光纤技术参数。

表1 B1.3、B6a1光纤部分标准及部分厂家200μm光纤技术参数

从表1可以看出，在IEC 60793-2-50：2012标准中，B1.3与B6a1光纤除了宏弯损耗指标不同外，其它指标完全一样。

虽然在标准里，G652光纤与G657光纤各传输性能参数完全一样，但在实际生产时，两种光纤的模场直径还是略有区别的（见表1的各厂家200μm光纤技术参数）。一般都把G652光纤的模场直径的中值控制在9.2μm，而把G657光纤的模场直径的中值控制在8.8μm。这个模场直径的差别会对这两种光纤之间的熔接损耗产生影响。

2 200μm直径光纤用于OPGW

G657A1/200μm弯曲不敏感光纤是为适应接入网应用而产生的，其各传输项性能几乎与G652光纤相当，甚至一些G657A1光纤就是从常规G652光纤中挑选出的模场直径偏小的光纤。因此，将G657A1光纤用于长途干线光缆，在各项性能上是完全满足要求的。但在实际应用中，我国各通信主干网均以G652D光纤为主，特别对电力骨干通信网更是如此。如果在电力骨干通信网中引入G657A1/200μm光纤，可能短期内很难被用户所接受。据了解，目前市场上有各种原因，还没有G652D/200μm光纤。

目前执行的光纤涂层尺寸标准是在1984年制定的（IEC 793-1：1984）。与30年前的光纤相比，从新型高纯合成纤芯材料到质量更好、模量更低的光纤涂覆聚合物，现在的光纤质量已有了当初无可比拟的提高。这为保证光纤强度、提高光纤的抗弯曲性能、减小光纤的外径，从而满足大芯数光缆需求，提供了充分的技术基础。因此，对于常规G652D光纤来说，在保证光纤各项性能不变的情况下减少光纤外径至200μm，是有充分的理论与试验依据的。

中天光纤经过对光纤拉丝过程中的涂覆工艺进行研究，开发出一种外径200μm的G652D光纤［9］，以适应长途干线光缆对光纤芯数增加以及满足光纤接续损耗的需要。经过各项光纤机械性能、老化性能测试，试验结果与常规G652D/ 245μm光纤完全一样，试制的76芯普通光缆护套外径由原来的6.5 mm减小至5 mm，而光缆各项性能保持不变。

我们选用中天G652D/200μm光纤用于本次OPGW试验。为了探讨G657A1/200μm光纤用于OPGW的可能性，同时也试制了采用G657A1/ 200μm光纤生产的OPGW。

据初略统计，在 2013年国网、南网招标的OPGW结构中，直径φ2.5 mm的钢管占比约为30.75%，φ3.2 mm钢管占比13.63%。因此，在试验样品OPGW所用光纤钢管外径的选择上，我们也是依此作为选择依据之一。

根据Q/GDW 761-2012要求，中心钢管式OPGWφ3.2 mm外径光纤钢管最大容纤数为30芯（B1）、层绞式OPGWφ2.5 mm外径光纤钢管最大容纤数为24芯（B1）。部分指标见表2。

表2 OPGW不锈钢管光单元系列规格

本次试制采用中天G652D/200μm光纤生产48芯φ3.20 mm光纤钢管，用于中心管式OPGW，长度1 200 m；采用康宁G657A1/200μm光纤生产36芯φ2.50 mm光纤钢管，用于层绞式OPGW，长度1 200 m。这样的选择并无特定含义，完全是根据来样光纤的数量而确定的。

在OPGW的结构选择上，选择使用量较多的层绞式110mm2OPGW以及中心管式50mm2OPGW结构。本次试验设计的OPGW型号、部分性能如表3所示。

表3 OPGW结构参数

3 OPGW机械及环境性能试验

为描述方便，以下将OPGW-48B1.3-48［61.4；10.9］简称为“48芯结构”，而将OPGW-36B6a1-110［140.4；56.9］简称为“36芯结构”。

3.1 光纤衰减

分别测试成品缆OPGW在1 310 nm、1 550 nm、1 625 nm三个波长的光纤衰减。篇幅所限仅给出了各波长下的各光纤衰减平均值和衰减最大值，如表4所示。

表4 OPGW光纤衰减 （单位：dB·km-1）

3.2 应力-应变

试验样品放在水平拉力机上。样品长度50 m，受试长度30 m。每个测试通道串接光纤长度大于100 m。试验结果如图1、图2所示。

图2 48芯OPGW光纤衰减变化（上）及光纤应力-应变曲线（下）

图3 36芯OPGW光纤衰减变化（上）及光纤应力-应变曲线（下）

从图1、图2可以看出，对于48芯结构，当拉力40%RTS时，光纤无应变，1 550 nm波长光纤附加衰减Δα≤0.004 dB/km。当拉力60%RTS时，光纤无应变，光纤附加衰减Δα≤0.004 dB/km；对于36芯结构，当拉力40%RTS时，光纤无应变，附件衰减Δα≤0.004 dB/km。当拉力60%RTS时，光纤应变0.073%，光纤附加衰减Δα≤0.032 dB/km。以上结果满足DL/T 832-2003标准要求［10］。

3.3 拉断力

48芯结构的RTS为61.4 kN，试验拉断力为67.28 kN；36芯结构的RTS为140.4 kN，试验拉断力为152.55 kN。

3.4 过滑轮

试样长度100 m，首尾串接后两个结构OPGW的光纤测试长度分别为4 800 m、3 600 m。受试长度5 m，10次循环。试验中48芯结构最大附加衰减0.03 dB/km；36芯结构最大附加衰减 0.053 dB/km，满足标准要求。

3.5 温度循环

将整盘OPGW样品放入高低温箱。测试温度点分别为：+20℃、-40℃、-50℃、-60℃、+85℃，每个温度点保温12 h，共2个循环。温度测试以放入OPGW内层的热电偶测试温度为准。各温度点光纤衰减变化最大值见表5。试验结果满足-40～+65℃温度范围内，光纤附加衰减不大于0.1 dB/km的标准要求。

表5 温度循环

由表5可以看出，G657A1光纤在-60～+80℃的温度范围内，1 550 nm波长衰减变化小于0.02 dB/km，表现出了良好的弯曲损耗不敏感性。

3.6 滴流

将3个长度为1 m的光纤钢管垂直悬挂于高低温试验箱中，在70℃环境下保温24 h。试验结果未见有光纤膏滴出。

3.7 渗水

取光纤钢管试样长度1 m，水柱高度1 m，维持1 h，无水渗出。

由前述各项试验结果可知，采用 G652D/ 200μm光纤、G657A1/200μm光纤试制的两种结构OPGW样品各项性能满足DL/T 832-2003标准要求。

4 光纤接续试验

由于中天G652D/200μm光纤的模场直径与常规G652D光纤相同，因此，用中天G652D/200μm光纤与不同厂家的G652D标准光纤进行接续试验，接续损耗双向平均值大多在0～0.02 dB/km左右，个别最大值不超过0.03 dB/km。

选择3盘不同编号的G657A1/200μm光纤分别与随机挑选的不同厂家的G652D光纤进行熔接试验。1 550 nm波长的测试结果见表6。

表6 光纤接续试验结果

由表6可以看出，因模场直径的差别，G657A1光纤与G652D光纤相互熔接时，单向测试损耗较大，这是由OTDR测试原理造成的，并不代表真实损耗［11］。双向平均后，接续损耗大多不超过0.1 dB/km。

由于影响光纤接续损耗的因素很多，比如熔接机的新旧、放电时间、电弧大小、切割刀的质量、接续人员的熟练程度等，表6中的数据并不具有典型意义，仅供参考。根据Josep Martin等人的试验［12］，用4个不同厂家的6种型号的熔接机分别进行1 500次熔接试验，接续损耗平均值绝大多数在0～0.04 dB/km之间。

5 结束语

架空输电线路设计对OPGW外径有着十分苛刻的要求，因此，采用200μm光纤可有效解决光纤芯数与OPGW外径之间这个突出矛盾。当一条新建的超高压主干线路OPGW需要利用现有线路对光纤进行“T接”时，假如现有线路中的光纤芯数不能满足T接要求，而杆塔结构又不允许增加OPGW外径，这种情况下可考虑利用200μm光纤在原有结构的OPGW中增加光纤芯数，以满足光纤T接需求。再者，据了解在一些省级以下的电力光纤通信网中，受各种原因造成的断纤、线路的不断增加等因素影响，目前的光纤通道已十分紧张。如果在新的线路设计时，在OPGW结构里采用200μm光纤，可使光纤数量增加三分之一以上，为以后的发展留有充分的余地，而建设成本的增加却极少。若将原有结构OPGW中的光纤芯数由24芯（245μm光纤）增加至36芯（200μm光纤），则按目前的光纤采购价计算，每公里OPGW的单价增加不超过1 200元，但光纤芯数却比原来增加了12芯，故采用200μm光纤生产的OPGW具有较高的性价比。

由此看来，采用200μm外径光纤可在外径不变的情况下增加光纤芯数，或在芯数不变的情况下减小外径，是一种特别适合电力架空光缆如OPGW、ADSS、OPPC设计的新型光纤，可满足未来我国智能电网建设对光纤通信的要求。

［1］ Q/GDW 761-2012：光纤复合架空地线（OPGW）标准类型技术规范［S］.

［2］ ITU-TG.657：2012 接入网用弯曲损耗不敏感单模光纤光缆的特性［S］.

［3］ Steven R.Schmid，Pratik Shah，Long Han，et al.Development and characterization of a superior class of microbend resistant coatings for today's networks［J］.International Wire&Cable Symposium Proceedings，2009：72-78.

［4］ IEC 60793-2-50：2012 Optical fibres.Proudct specification. Sectional specification for class B single-mode fiber［S］.

［5］ ITU-T G.652-2009 单模光纤和光缆的特性［S］.

［6］ Takao Fukute，Akira Namazue，Masaki Ogi，et al.Development of the ultra high density loose tube cables using200μm coated fibers for microduct application［J］.International Wire&Cable Symposium Proceedings，2011：56-60.

［7］ Bob Overton，DelyaGharbi，Oliver Delwal，et al.Reduced diameter optical fiber and cable［J］.InternationalWire&Cable Symposium Proceedings，2010：117-122.

［8］ Olivier Tatat，Jean Marc Testu，Florin Chirita，et al.Combination of innovative micromodules cable designs with different types of singlemode fibers：performance and applications［J］.InternationalWire&Cable Symposium Proceedings，2013：160-164.

［9］ 曹珊珊.φ200μm小尺寸单模光纤的制备与研究［C］//中国通信学会2013年电缆光缆学术年会论文集，88-92.

［10］ DL/T 832-2003 光纤复合架空地线［S］.

［11］ 武汉长飞光纤公司技术白皮书YOFCWP-10002 G.657光纤与G652光纤的熔接损耗［Z］.

［12］ Josep Martin Regalado，Alain Bertaina，Lionel Provost，etal.Low attenuation and high excess-fiber length OPGW using G.652D bend insensitive fibers［J］.InternationalWire&Cable Symposium Proceedings，2012：329-334.

App lication of 200μm Diam eter Optical Fiber in OPGW

LIMing，TAN Liang，MIAO Xu-guang，CAO Yu-qun，LIU Yong，LU Jie
（Zhongtian HitachiOptical Fiber Cable Co.，Ltd.，Nantong 226463，China）

The external diameter of OPGW is strictly restricted in overhead transmission line design，which consequently restricts themaximum fiber-count of OPGW.To fulfill the requirements of future smart grids for optical fiber communication，we trial-produced a new type of optical fiberwith 200μm external diameterto replace the conventional 245μm diameter fiber，so as to increase the amount of fibers inside OPGW.With the same OPGW structure，using 200μm diameter fibers increased the amountof fibers inside OPGW bymore than 1/3.The performances of the trialproduced OPGW sample with new 200μm diameter fibersmet the standard requirements.

OPGW；200μm diameter fibers；application

TN818

A

1672-6901（2014）05-0004-06

2014-03-24

栗 鸣（1957-），男，硕士，高级工程师.

作者地址：江苏如东县河口镇中天路1号［226463］.