智能變電站光纜應(yīng)用研究

王根華 韓際輝 孫超

【摘要】智能變電站的建設(shè)大量使用光纜，為了保證智能變電站的安全可靠運(yùn)行，在智能電網(wǎng)建設(shè)初期對(duì)變電站光纜應(yīng)用進(jìn)行規(guī)范是非常必要的。文章通過(guò)對(duì)各種光纖、光纜、光纜活動(dòng)接頭類(lèi)型的全面分析研究，結(jié)合智能變電站特殊的使用環(huán)境，提出了智能變電站內(nèi)光纜的選型意見(jiàn)，文章還對(duì)光纜敷設(shè)和施工提出了一些原則性要求，對(duì)智能變電站的建設(shè)有一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】智能變電站光纖光纜接頭選型敷設(shè)原則施工要點(diǎn)

隨著社會(huì)的發(fā)展，特別是在能源短缺和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，電力工業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)正從電源到電網(wǎng)，再到對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制的智能化階段，為此國(guó)家電網(wǎng)公司提出了依靠信息、控制和通信技術(shù)，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標(biāo)。

堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)在變電環(huán)節(jié)主要是智能化變電站的建設(shè)和改造，智能變電站與常規(guī)變電站的主要區(qū)別在于電量信息采集的光纖化、信息交換的網(wǎng)絡(luò)化和變電站高級(jí)應(yīng)用的智能化，智能變電站用大量的光纜代替了傳統(tǒng)的電纜，減少了二次系統(tǒng)的電纜接線，由于傳統(tǒng)變電站光纜應(yīng)用較少，尚未形成統(tǒng)一的變電站光纜應(yīng)用規(guī)范，為了在智能電網(wǎng)建設(shè)初期形成良好的應(yīng)用規(guī)范，保證智能電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，開(kāi)展相關(guān)研究是非常必要的。

一、光纖類(lèi)型選擇

1.1光纖分類(lèi)

光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱(chēng)，由透明材料制成纖芯，并在其周?chē)桓舱凵渎噬缘偷陌鼘?，通過(guò)折射率差使得進(jìn)入纖芯的光通信信號(hào)經(jīng)不斷的全反射，而傳輸?shù)綄?duì)端。

光纖種類(lèi)很多，一般按材料、折射率分布、傳輸模式和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行分類(lèi)。

按光纖的材料可分為石英光纖和全塑光纖。石英光纖是一種以高折射率的純石英玻璃材料為芯，以低折射率的有機(jī)或無(wú)機(jī)材料為包層的光纖，石英光纖有很低的損耗和中等程度的色散，是最常用的光纖類(lèi)型。全塑光纖是一種新型光纖，尚在研制試用階段，具有損耗大、纖芯粗、數(shù)值孔徑大及制造成本低等特點(diǎn)，適合于較短長(zhǎng)度的應(yīng)用。

按光纖剖面折射率發(fā)布特點(diǎn)可分為階躍型光纖和漸變型光纖。

按傳輸模式可分為單模光纖和多模光纖。單模光纖只傳輸基模一種模式，不存在模間時(shí)延差，具有比多模光纖大得多的帶寬和傳輸距離。多模光纖可傳輸多個(gè)模式的光信號(hào)，由于模式損耗和多模間的時(shí)延差，致使損耗和失真較大，僅適用于短距離低帶寬的信號(hào)傳輸。

國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU-T）根據(jù)光纖特性，制定了統(tǒng)一的光纖標(biāo)準(zhǔn)，按照ITU-T的建議，將光纖分類(lèi)如表1。

近年來(lái)為了適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展需要，光纖又進(jìn)一步進(jìn)行了子類(lèi)劃分。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將光纖分類(lèi)如表2。

1.2光纖類(lèi)型選擇

變電站光纖類(lèi)型選擇主要基于光纖的性能、經(jīng)濟(jì)性和施工方便。光纖的傳輸距離與信號(hào)速率有關(guān)，多模光纖在百兆、千兆速率下通信距離在幾百米到2公里之間，單模光纜傳輸距離一般沒(méi)有限制。變電站局域網(wǎng)通信距離一般為幾十米～四百米的距離，一般不會(huì)超過(guò)五百米，在數(shù)百米的通信距離多模光纖能傳輸百兆、千兆以太網(wǎng)信息。雖然單模光纖在性能上優(yōu)于多模光纖，但在變電站范圍內(nèi)單模、多模皆能滿足要求，而多模光纖由于纖芯較粗，多模光纜施工更加容易，接續(xù)的設(shè)備和工藝也比單模簡(jiǎn)單，在經(jīng)濟(jì)性上多模光纜和多模設(shè)備也比單模的便宜，此外業(yè)界在局域網(wǎng)內(nèi)基本都采用多模光纜布線。因此，變電站內(nèi)局域網(wǎng)通信建議采用多模光纖，變電站對(duì)外通信由于受傳輸距離限制，而采用單模光纖。

在通信領(lǐng)域常用的多模光纖有兩種，為50μm型和62.5μm型，前者在歐日應(yīng)用較多，后者在美國(guó)應(yīng)用較多，62.5μm型一度占了上風(fēng)，但隨著以太網(wǎng)速率從百兆發(fā)展到千兆，還在向10G發(fā)展，纖芯更細(xì)的50μm型的優(yōu)勢(shì)就逐漸顯現(xiàn)出來(lái)了，千兆速率62.5μm型多模光纖只能傳輸200米，50μm型多模光纖能傳輸550米。因此變電站應(yīng)選用芯徑為50μm的A1a型多模光纖即G.651型多模光纖。

單模光纖也有多種，但G.652具有1310nm和1550nm兩個(gè)傳輸窗口，應(yīng)用最廣泛，制造最成熟，價(jià)格最便宜，能滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用，因此變電站出站光纖一般應(yīng)選用G.652 B1型單模光纖。

光纖選型結(jié)論：變電站站內(nèi)通信選用A1a即G.651型多模光纖，變電站出站通信選用G.652 B1型單模光纖。

二、光纜類(lèi)型選擇

2.1光纜分類(lèi)

光纜分類(lèi)方法眾多，也使得光纜的名稱(chēng)種類(lèi)繁多，常見(jiàn)的分類(lèi)方法有按光纖狀態(tài)、按纜芯結(jié)構(gòu)、按敷設(shè)方式、按光纜使用環(huán)境等分類(lèi)方法。

按光纖狀態(tài)可將光纜分為緊結(jié)構(gòu)光纜、松結(jié)構(gòu)光纜和半松半緊結(jié)構(gòu)光纜，主要區(qū)別是光纖的二次被覆方式和光纖在光纜中的松緊自由狀態(tài)不同。緊結(jié)構(gòu)光纜采用緊套光纖構(gòu)成，光纖在光纜中無(wú)自由移動(dòng)的空間，外力作用于光纜時(shí)光纖上承受一定的張力。松結(jié)構(gòu)光纜采用松套光纖構(gòu)成，光纖在光纜中有一定的自由移動(dòng)空間，這樣可減少外界機(jī)械應(yīng)力對(duì)光纖的影響。半松半緊結(jié)構(gòu)光纜，光纖在光纜中的自由度介于兩者之間。目前使用的光纜多為松結(jié)構(gòu)光纜。按纜芯結(jié)構(gòu)不同可將光纜分為中心束管式、層絞式和骨架式光纜。中心束管式光纜將松套光纖無(wú)絞合直接放在光纜的中心位置，加強(qiáng)構(gòu)件放置在中心管外面。層絞式光纜將光纖螺旋絞合在中心加強(qiáng)構(gòu)件上，纜中的光纖余長(zhǎng)易控制。骨架式光纜是將緊套光纖放入骨架槽中構(gòu)成。層絞式光纜和中心束管式光纜生產(chǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單，光纜中光纖不受力或受力較小，從而得到廣泛應(yīng)用，而尤以層絞式光纜應(yīng)用最多。

按敷設(shè)方式光纜可分為架空光纜、管道光纜、直埋光纜和水底光纜。

按光纜使用環(huán)境可分為室外光纜和室內(nèi)光纜。

2.2光纜類(lèi)型選擇

變電站光纜應(yīng)用特點(diǎn)為，變電站電磁環(huán)境復(fù)雜，站區(qū)內(nèi)設(shè)電纜溝或埋管敷設(shè)光纜，變電站內(nèi)光纜可靠性要求高。

為了保證變電站內(nèi)光纜的可靠性，并且方便施工，減少電纜溝空間，變電站應(yīng)采用鎧裝管道光纜。考慮到中心加強(qiáng)件不易接地，且可能與鎧裝層形成感應(yīng)壓差，引起感應(yīng)擊穿，中心加強(qiáng)件應(yīng)選用非金屬材料。為避免鎧裝層感應(yīng)電流危害人身和設(shè)備安全，鎧裝光纜兩端均需接地。因此，建議變電站內(nèi)光纜選用GYFTZY53型光纜，其含義為室外通信用非金屬加強(qiáng)件松套層絞式全填充聚乙烯護(hù)套、皺紋鋼帶鎧裝聚乙烯外護(hù)層阻燃光纜，鎧裝光纜可直接敷設(shè)于電纜溝內(nèi)。此外，變電站與外部聯(lián)系的光纜不得有金屬構(gòu)件，以避免地電位升高危害人身和設(shè)備安全，建議站外光纜進(jìn)站時(shí)統(tǒng)一更換為非金屬光纜，光纜進(jìn)站后統(tǒng)一選用GYFTZY型光纜，其含義為室外通信用非金屬加強(qiáng)件松套層絞式全填充聚乙烯護(hù)套阻燃光纜，非金屬光纜敷設(shè)時(shí)需穿護(hù)管保護(hù)。

光纜選型結(jié)論：變電站內(nèi)部通信用光纜選用非金屬中心加強(qiáng)件鎧裝阻燃光纜GYFTZY53型光纜，外部光纜引入變電站，在變電站內(nèi)需選用非金屬阻燃光纜GYFTZY型光纜。

三、光纖接頭類(lèi)型選擇

3.1光纖接頭類(lèi)型

光纖間的連接有用熔接機(jī)熔接而成的固定連接頭，有用連接器連接的可拆卸的活動(dòng)連接頭。光纖連接器又名法蘭盤(pán)，也叫光纖適配器，是把光纖的兩個(gè)端面精密對(duì)接起來(lái)，以使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光鏈路而對(duì)系統(tǒng)造成的影響減到最小，光纖連接器在一定程度上影響了光傳輸系統(tǒng)的可靠性和各項(xiàng)性能。

光纖連接器按傳輸媒介可分為單模連接器和多模連接器。光纖連接器的外部連接頭形式分為FC、SC、ST、LC、MU、MTRJ等，光纖連接器的內(nèi)插針端面分為PC、SPC、UPC、APC等。

FC連接器為單模光纖常用的接頭，外部加強(qiáng)方式采用圓形金屬套，緊固方式為螺絲扣，此類(lèi)連接器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，制作容易，應(yīng)用最為廣泛，但光纖端面對(duì)微塵較為敏感，后經(jīng)使用對(duì)接端面呈球面的插針（PC），而外部結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的提高。

SC連接器外殼呈矩形，緊固方式為插撥銷(xiāo)閂式，不需旋轉(zhuǎn)，此類(lèi)連接器價(jià)格低，插拔操作方便，介入損耗波動(dòng)小，抗壓強(qiáng)度較高，安裝密度高。ST連接器為多模光纖常用的接頭，外殼呈圓形，具有卡口固定架。LC連接器與SC接頭形狀相似，尺寸較SC接頭小一些。

光纖連接器的內(nèi)插針按端面分PC、超級(jí)PC（Super PC）、角度PC（Angle PC）等。PC插針截面是平的，采用微球面研磨拋光，是最常用的內(nèi)插針類(lèi)型。

3.2光纖接頭選擇

根據(jù)上述接頭類(lèi)型特點(diǎn)，及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用習(xí)慣，光纖接頭選擇為，設(shè)備側(cè)接頭類(lèi)型不作規(guī)定，光纖配線側(cè)光纖接頭單模選用FC/PC、多模選用ST/PC。

四、變電站光纜敷設(shè)的主要原則

（1）光纜配置原則。設(shè)備屏柜內(nèi)通信采用雙頭尾纖連接，小室內(nèi)屏柜間通信采用雙頭非金屬尾纜連接，小室間通信采用非金屬加強(qiáng)件鎧裝光纜連接。（2）小室間宜統(tǒng)一敷設(shè)兩根多模光纜，兩根光纜敷設(shè)路徑應(yīng)相互獨(dú)立或進(jìn)行分隔。智能變電站每個(gè)間隔至小室應(yīng)敷設(shè)兩根光纜，兩根光纜敷設(shè)路徑應(yīng)相互獨(dú)立或進(jìn)行分隔。（3）光纜成端。每個(gè)二次設(shè)備室內(nèi)配置一面光纖配線屏，各裝置內(nèi)不再配置光纖分配單元或接頭盒，出室光纜統(tǒng)一在光纖配線屏上進(jìn)行配線，屏間和屏內(nèi)連接不經(jīng)過(guò)配線屏。智能變電站每個(gè)間隔設(shè)兩個(gè)室外光纖配線箱，用于間隔雙重化統(tǒng)一配纖。（4）光纖配線屏設(shè)置。變電站根據(jù)需要配置1～2面通信專(zhuān)用光纖配線屏，每級(jí)電壓等級(jí)配置1面保護(hù)專(zhuān)用光纖配線屏。每個(gè)二次設(shè)備室內(nèi)配置一面光纖配線屏用于站內(nèi)光纜的統(tǒng)一配線。

五、變電站光纜施工要點(diǎn)

（1）站內(nèi)非金屬光纜敷設(shè)需套塑料護(hù)管保護(hù)，鎧裝光纜可直接敷設(shè)于電纜溝內(nèi)。（2）鎧裝光纜敷設(shè)時(shí)，鎧裝光纜的金屬鎧裝層兩頭應(yīng)可靠接地。（3）光纜敷設(shè)時(shí)需特別注意彎曲半徑，光纜的動(dòng)態(tài)彎曲半徑不小于25倍光纜外徑，靜態(tài)彎曲半徑不小于15倍光纜外徑。（4）布放光纜的牽引力應(yīng)不超過(guò)光纜允許張力的80%，瞬間最大牽引力不得超過(guò)光纜允許張力的100%，主要牽引應(yīng)加在光纜的加強(qiáng)件上。（5）光纜布放時(shí)，光纜必須由纜盤(pán)上方放出并保持松弛弧形。光纜布放過(guò)程中應(yīng)無(wú)扭轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁打小圈、浪涌等現(xiàn)象發(fā)生。（6）光纜穿入管孔、管道拐彎或有交叉時(shí)，應(yīng)采用導(dǎo)引裝置或喇叭口保護(hù)管，不得損傷光纜外護(hù)層。（7）光纜經(jīng)由走線架、拐彎點(diǎn)（前、后）應(yīng)予綁扎，上下走道或爬墻的綁扎部位應(yīng)墊膠管，避免光纜受側(cè)壓。（8）光纜布放完畢應(yīng)檢查光纖是否良好。光纜端頭應(yīng)做密封防潮處理。（9）光纜施工其它要點(diǎn)同電纜施工。

六、結(jié)論

智能變電站的建設(shè)，使變電站內(nèi)光纜大量應(yīng)用，為了保證智能化變電站的安全可靠運(yùn)行，對(duì)變電站內(nèi)的光纜進(jìn)行規(guī)范非常必要。本文通過(guò)專(zhuān)題研究，對(duì)變電站的光纜應(yīng)用提出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。（1）光纖選型，變電站站內(nèi)通信選用A1a即G.651型多模光纖，變電站出站通信一般選用G.652 B1型單模光纖。（2）光纜選型，變電站內(nèi)部通信用光纜選用非金屬中心加強(qiáng)件鎧裝阻燃光纜GYFTZY53型光纜，外部光纜引入變電站，在變電站內(nèi)需選用非金屬阻燃光纜GYFTZY型光纜。（3）光纖接頭選擇，設(shè)備側(cè)接頭類(lèi)型不作規(guī)定，光纖配線側(cè)光纖接頭單模選用FC/PC、多模選用ST/PC。

此外，本文還對(duì)變電站光纜敷設(shè)和施工提出了一些原則性要求。

參考文獻(xiàn)

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