在万物互联的今天,光电技术在现实生活中的应用也愈发广泛,对人们的生产、生活产生了重大影响。
光电复合缆是一种适用于通信接入网系统的新型接入方式,它将输电铜线与光纤集合在一起,可以一次性同步解决基站的设备供电和信号接入问题;一次性解决电力输送为主体功能,保证大容量、高压电力的输送功能实现,并保证电力和通信均正常 传输;一次性满足输送电能和传送电网调度自动化信号的通信需求;一次性解决电力传输和光通信双重传输能力。但是到目前为止,还没有相应的国家、行业和企业标准对它的应用进行合理的并轨,故此,大量光电复合类型的电缆一直未在现有电网大面积应用。
我们平时说的光电复合电缆大致分为四个大类,现就各类光电复合电缆行业环境,政策环境、经济环境、社会文化环境等基本状况做个简述:
一、海洋工程用光纤复合海底电缆
1978年日本住友电气公司成功开发了用于海底的光电复合缆,开创了光电复合缆的最 早应用。海底光纤复合电力电缆(又称海底光电复合缆),海底电力电缆中加入具有光通信 功能及加强结构的光纤单元,使其具有电力传输和光纤信息传输的双重功能,是一条既能 传输电能,又能实现光纤通信的复合缆,可以取代同一线路敷设的海底电缆、海底光缆,海底光电复合缆在保持海底电力电缆的典型结构原则下, 一般分成三芯结构和单芯结 构。单芯结构主要用于66kV 及以上的高压直流海底光电复合缆,由于结构紧凑度高,通信光纤的复合通道显得缺乏,目前使用并不广泛。三芯海缆内部具备合适的光电复合的空间和能力,制造工艺相对简单,国内生产 制造技术较成熟,已批量生产,并普遍应用在油气勘探工作平台项目和小海岛等对于输电 电压、负荷要求不高的环境中,同时满足输送电能和传送电网调度自动化信号的通信需求;节约了海洋路由资源,具有综合成本低、施工时间短、敷设方便等优点。随着海洋经济的快速蓬勃发展,光电复合海缆作为高端海缆市场近年来快速蓬勃发展的产品,具有很广泛的应用前景,海底光电复合缆广泛应用于海上石油和石化项目、大陆与岛屿、岛屿与岛屿之间、海上风力发电场的电力和信息传输。随着信息化、自动化及我国海洋事业和智能电网的快速发展,无论是海上风力发电,海岛联网,还是海上石油平台等海上作业系统,绝大多数都将使用海底光电复合缆。
国内具有代表性的企业和产品如下:
1999年11月江苏亨通为国内首家开发研制综合9入光缆,并于2000年7月通过鉴定,2001年9月在国内首家推出接入网用“综合引入光缆”; 亨通的光电复合缆产品主要涉及:光通信用光纤复合低压电缆(多网融合)、配网型 光纤复合低压电缆、入户用光纤复合低压电缆、电力传输用光纤复合低压电缆产品、以及 海底光电复合缆等。
2006年东方电缆研制的中国单根截面最大、110kV无接头最长的光电复合海缆投放市场首创国内四个第一。
2010年由东方电缆生产的中国首根自主研发的光电复合海缆出口东南亚。
2010年8月7日,福建省平潭电网110kV第二电力联网通道启动送电,国家电网公司首条国产化110kV光电复合海底电缆正式投入运行。
2012年9月14日,福建省电力有限公司组织研发的我国首套110kV光电复合 海缆立体综合监测系统——福建平潭110kV光电复合海缆立体综合监测系统在福建福州 顺利通过评审,并正式投运。
2015年8月,中广核如东150MW海上风电场示范工程“三芯110kV海底光电复合缆” 在中天科技海缆有限公司万吨级输缆专用码头顺利交付。这是我国自主研发的首条3芯110 千伏海底光电复合缆,成功交付填补国内空白,具有良好的经济和社会效益。
2015年8月,东方电缆为福建莆田南日岛海上风电项目生产的首根国产220kV1600m2 交联聚乙烯绝缘光电复合海底电缆成功交付,填补了国内该领域空白,推动我国新能源海上风电规划的加快实施。
我国有漫长的海岸线,大大小小的岛屿星罗棋布,有着极为丰富的海洋资源,是我国可持续发展的重要物资基础。随着我国综合国力不断增强和海洋开发的大力推进以及海洋渔业的发展,同时沿海人民为了改善环境,提高生产、生活质量,对电力、通讯的需求不断增强,为开发研究生产大长度高压海底电力光通讯复合缆提供了广阔的市场前景。特别是我国浅海不断发现新的油气田,海上石油平台通讯、供电需要大量电缆,海底光电复合缆又有如下4个不可替代的优势:看见需求量将不可估量。⑴ 敷设安装方便,减少和节省海缆工程的水下挖沟、敷设和埋缆作业; ⑵ 减少海缆走道宽度,降低海缆遭受外力和锚伤和拖网破坏的可能性;⑶ 三芯电缆外磁场大大降低,与单芯电缆相比,三芯海缆的金属套和铠装损耗甚小,可提高电缆载流容量和降低运行损耗;⑷ 由于立式成缆机的开发应用,原先由于成缆能力所限不能生产连续大长度三芯海缆的问题,或必须采用大量三芯电缆软接头的主要困难已被解决,为开发、生产大长度三芯海缆创造条件。由此看见在现行技术环境、经济环境和强烈的市场需求环境下,海底复合电缆的发展将不可估量。
江苏红峰电缆集团有限公司副总兼技术总监:杨宝金
二、移动通讯基站用电缆:
由于远端设备RRU往往距离电源处较远,输电过程中馈电线中存在线路损耗问题,且随 着传输距离的加长而增大,因此,高压直流远供电无疑是解决长距离通信的最佳方案。传输过程中采用光电复合缆的主要作用是将光路传 输与电路传输复合到同一根缆上,减少二次施工带来的不必要的麻烦,同时也降低了采购 成本和维护成本。这部分电缆的国内代表企业和产品如下:
江苏亨通1999年11月,亨通为国内首家开发研制 综合引入光缆,并于2000年7月通过鉴定;2001年9月在国内首家推出接入网用“综合引入光缆”。亨通的光电复合缆产品主要涉及:光通信用光纤复合低压电缆(多网融合)、配网型 光纤复合低压电缆、入户用光纤复合低压电缆、电力传输用光纤复合低压电缆产品、以及 海底光电复合缆等。
中利科技集团股份有限公司3G通信用光电综合缆为国家火炬计划项目;3G通信网络用光电综合缆为国家重点新 产品项目。中利科技的光电复合缆产品主要涉及:涉及WLAN小区覆盖用光电复合缆、智能电网 用光纤复合低压电缆(OPLC)、移动基站用光电复合软缆、高铁用光纤复合低压电缆等。
通鼎集团有限公司聚焦 光电线缆制造领域,建成了当今国内光电线缆制造领域产业规模大、生产技术先进、配套能力完善的产品生产基地,形成了光棒光纤、通信光 缆、铜缆传输、光电材料、光纤传感、通信设备、房产担保、移动互联网服务等八大业务 板块和完整产业链,提供国内外用户高品质光电线缆产品、系统解决方案和技术服务,业 务遍布全球30多个国家和地区,江苏通鼎的光电复合缆产品主要涉及:移动基站用光电复合软缆、接入网用光电复合 光缆、铠装光电混合缆等产品。
由于我国的移动基站几乎全部掌控在三大国有电信运营商手中,标准、施工、验收等标准在其内部可以得到很好的统一。一切不赚钱的企业都是流氓,一切不赚钱的生意都是耍流氓,所以在高额经济利益的趋势下移动基站用光电复合电缆必将迎来巨大的浪潮。
三、输电网(架空高压输电网简称国家电网)
OPGW光电复合缆由于有金属导线包裹,使光缆更为可靠、稳定、牢固,由于架空地线和光缆复合为一体,与使用其他方式的光缆相比,既缩短施工工期又节省施工费用。
OPPC光纤复合相线(Optical Phase Conductor)是一种新型的电力特种光缆,是将光纤单元复合在相线中的光缆,具有相线和通信的双重功能,主要用于110kV以下电压等级,城郊配电网、农村电网。此类电缆就是代替原高中压架空铝及铝合金绞合裸导线,主要用在发电厂到变电站及变电站到用户变电所,一次性解决输送电能和传送电网调度自动化信号的通信需求。
这部分光电复合缆在国内的代表企业和产品如下:
2000年10月江苏中天科技股份有限公司旗下中天日立OPGW通过国内权威检测机构检验;12月中天日立OPGW 产品国内第一家通过国家级两部鉴定:2004年6月由中天日立支持的国电通信中心主办 的“《光纤复合架空地线》(DL/T832-2003)标准”宣贯会议在北京召开:2006年12月通过国家鉴定。中天OPGW、ADSS特种电力光缆在线运行均超20万km,OPGW市场占 有量全球第一。
2008年7月21日宁波东方电缆有限公司投产OPPC,成功架设在太原古交220kV站-江湾站35kV线路上, 标志着山西电力第一条OPPC线路的正式投运,也是国内第一条35kV电压等级4公里无 接头OPPC线路,首次应用了一次溶接终端接续装置,其实施对我国OPPC输电线路的建 设具有重要借鉴意义。
2008年河南科信电缆建设高起点的高电压、大截面的架空导线产品、碳 纤维复合芯铝绞线、电力电缆OPGW等产品的生产线,形成5万吨产能。科信电缆的光电复合缆产品主要涉及:光电复合碳纤维导线、中心不锈钢管OPGW、 层绞不锈钢管OPGW等产品。
由于我国的电网建设更是一家独大,垄断经营,加上国家政策倾斜,并于2014年出台了《JB/T8999--2014 光纤复合架空地线》、《DL/T1378--2014 光纤复合架空相线》等标准,为光纤复合架空导线的实际应用扫清障碍,基本打开了光纤复合架空导线市场。
四、接入网电缆(中低压电缆用户网熟称民用电力电缆网):
光纤复合低压电缆(Optical Fiber Composite Low-voltage Cable,简称OPLC)是一种将 光单元复合在低压电力电缆内,具有电力传输和光通信双重传输能力的复合电缆, 也可 称为“电力光纤”电缆,OPLC作为短距离通信网络的理想传输媒质,在未来家庭智能化、 办公自动化、工控网络化的数据传输中具有重要的地位,在“物联网”、“智能电网”、“三网融合”的建设方面可广泛应用。由于这类电缆的生产工艺简单国内大部分电缆生产企业均能生产如:亨通集团有限公司、中天科技集团有限公司、永鼎集团有限公司、富通集团有限公司、长飞光纤光缆股份有限公司、浙江富春江通信集团有限公司、江苏俊知技术有限公司、浙江长城电工科技股份有限公司、四川九洲线缆有限责任公司、湖北瀛通通讯线材股份有限公司、普天法尔胜光通信有限公司等;
我国民用中低压电缆2022年1.12万亿(中研普华研究院报告《2022--2026年投资风险预测分析报告》),其中有意向条件敷设光电复合电缆占40%的份额,至少6-7千亿的市场份额。但是光电复合缆也有其局限性,尤其对于通信行业,它的局限性更加突出: 在通信行业中,光缆传输一般有架空、直埋、管道和槽道等多种敷设方式,并且对于每种敷设方式都有其特定的执行标准。但是,对于光电复合缆来说,由于其构造的特殊性,现行的各通信标准无法适用。因为现行标准中,对于光缆的架设都是按照“无电〞或者“弱电〞的标准执行的,这样就使得光电复合缆无法像普通光缆一样铺设在弱电管道中。此外,由于其具有“强电〞特性,如果将其按照普通光缆的标准铺设在通信管道中或者架设在通信杆路上,那么与目前国家的各项电缆敷设标准是相违背的。比方:对于光缆架空线路在市区与地面间的最小距离要求为4.5m,而1kv以下的电力电缆在市区与地面最小垂直距离要求为6m;对于光缆架空线路跨越公路道路时,最小垂直高度为5.5m,但相应的电力电缆距地面距离要求为9m;对于光缆直埋时的埋深要求在普通土质地区为大于等于1.2m,但是对于电力电缆埋深不宜超过1.2m;同杆架设光缆时,光缆横担间距没有要求,但1kv以下电力电缆要求横担间距大于0.3m;通信光缆管道距地面〔人行道〕最小距离为0.2m,而电缆管道距地面最小距离为1m;通信管道人孔间距一般为100m,电力排管工作井间距要求为50-70m;电力电缆应布放在专用管道中,强电与弱电需分别布防在专用管道中,而通信光缆管道距离电力管道的水平距离要求为0.5m,距离电力电缆水平距离要求为0.5m等等。 光电复合缆敷设在现有通信管道中或者杆路上,由于通信行业的施工和维护单位同样没有相应标准可供参照,他们只能按照现有的光缆敷设标准执行,那么在施工和维护的过程中将很容易产生触电危险,会带来严重的人员伤亡和财产损失。 通过几十年的开展,通信光缆已经成为了通信行业应用最广的传输媒介,对于普通光缆是由绝缘材料制成的构造,稍有常识的民众都根本了解,那么这就会给人们造成一种印象――光缆无电。 故此,在日常生活中,人们对于身边的光缆就会放松“警觉〞,认为即使碰到或者无意损坏了通信光缆也不会有触电危险。可是,一旦我们按照普通光缆的标准敷设光电复合缆,由于大局部民众并不了解其特性,民众就很有可能在碰到或者无意损坏光电复合缆时发生触电的危险,很可能造成重大伤亡事故。所以不仅光电复合电缆国家标准要尽快出台,另外设计标准、安全标准和施工标准也要尽快颁布,让这一经济、智能、高效的光电复合电缆夺得一定的市场份额,为我们的电缆行业作出跨越式发展打下基础。
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