智能變電站中即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)的方案

徐偉明，仇群輝，張家利，章思亮

（1.嘉興恒創(chuàng)電力設(shè)計(jì)研究院有限公司浙江嘉興314001；2.杭州中電天恒電力科技有限公司浙江杭州310012）

智能變電站是新一代電力系統(tǒng)的核心組成部分。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站采用基于光信號(hào)的光纖系統(tǒng)來(lái)替代原有的控制電纜，具有高帶寬、抗電磁干擾、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)[1]。然而，隨著智能變電站的逐漸普及，控制電纜的用量大幅減少，光纜的需求量大幅增加，且光纖系統(tǒng)負(fù)擔(dān)全站的通信任務(wù)，直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)，其重要性不言而喻[2]。由此，使智能變電站中光纖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得尤為重要。但在現(xiàn)實(shí)中，由于工藝和組織架構(gòu)等原因，使用光纜的一般光纖系統(tǒng)仍存在諸多問(wèn)題，尤其是工作量大、故障點(diǎn)多、利用率低等缺點(diǎn)已嚴(yán)重影響到了智能變電站的使用[11]。

為了解決一般光纖系統(tǒng)的這些問(wèn)題，我們通過(guò)改變一般光纖系統(tǒng)的架構(gòu)，在二次設(shè)備室中增加了集中配線架，形成了一種即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)，部分克服了一般光纖系統(tǒng)的缺點(diǎn)。同時(shí)，文中還對(duì)這兩種系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比，詳細(xì)闡述了其的優(yōu)勢(shì)，希望能為今后智能變電站中光纖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供積極參考。

1 一般光纖系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式

智能變電站中一般光纖系統(tǒng)主要由二次設(shè)備室、開(kāi)關(guān)柜和GIS控制柜組成。其中，二次設(shè)備室又可分為保護(hù)柜、測(cè)控柜和同步時(shí)鐘柜，其均需要與開(kāi)關(guān)柜和GIS控制柜做光纖連接。目前，一般光纖系統(tǒng)的光纖連接方式仍是采用傳統(tǒng)的工藝，即當(dāng)光纜敷設(shè)到位后，先與光纖配線架內(nèi)的光纜進(jìn)行熔接，經(jīng)過(guò)光纖配線架內(nèi)的法蘭盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)接，然后通過(guò)尾纖連接到屏柜內(nèi)的裝置，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整鏈路。而一般光纖系統(tǒng)的缺點(diǎn)也正源于這項(xiàng)傳統(tǒng)光纖連接工藝，具體而言，其弊端主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）熔接工作量大，施工周期長(zhǎng)。一個(gè)典型的220 kV的智能變電站，其光纖熔接點(diǎn)約為5 000個(gè)，需要專(zhuān)業(yè)的熔接機(jī)和檢測(cè)機(jī)等設(shè)備來(lái)完成。在熔接的施工過(guò)程中，專(zhuān)業(yè)的工作人員將纖芯進(jìn)行手工打磨、剪切、清潔端面，在熔接機(jī)中進(jìn)行對(duì)接與熔接，其過(guò)程極其繁雜，工作量較大，且施工周期嚴(yán)重依賴(lài)于工作人員的經(jīng)驗(yàn)。

2）受環(huán)境的溫濕度及潔凈度影響。在進(jìn)行熔接操作時(shí)，工作環(huán)境難以掌握，所以熔接的質(zhì)量也難以控制。

3）鏈路衰減較大，熔接接點(diǎn)過(guò)多，使得故障點(diǎn)增加。隨著傳輸鏈路的增長(zhǎng)，使信號(hào)強(qiáng)度在鏈路中的衰減急劇增大。由于鏈路的接點(diǎn)增多，這無(wú)形中也令接點(diǎn)發(fā)生故障的概率增大，于是故障點(diǎn)增加。

4）光纜利用率低且用量大。光纖系統(tǒng)小室內(nèi)的保護(hù)柜、測(cè)控柜、同步時(shí)鐘柜等內(nèi)部的裝置與開(kāi)關(guān)柜、GIS控制柜、變壓器本體柜內(nèi)部的裝置進(jìn)行通信鏈接時(shí)，每一組信號(hào)均需要敷設(shè)獨(dú)立的光纜，一根4芯光纜實(shí)際使用只有1芯或2芯，利用率低。

圖1給出了一般光纖系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式架構(gòu)。

2 即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式

為了克服以上提到的一般光纖系統(tǒng)的缺點(diǎn)，本文提出了即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)，其做法就是在一般光纖系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加集中配線架，其具體實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)為：在二次設(shè)備室放置光纖集中配線架，所有現(xiàn)場(chǎng)屏柜的光纜與二次設(shè)備室的光纜匯集在集中配線架，根據(jù)設(shè)計(jì)通信要求，二次設(shè)備室的保護(hù)柜、測(cè)控柜、同步時(shí)鐘柜等光纜尾纖與開(kāi)關(guān)柜、GIS控制柜的光纜尾纖通過(guò)集中配線架上的適配器進(jìn)行對(duì)接，完成鏈路接通。其具體架構(gòu)，如圖2所示。

圖1 一般光纖系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 兩種系統(tǒng)的對(duì)比

3.1 經(jīng)濟(jì)對(duì)比

由于一般光纖系統(tǒng)的架構(gòu)，二次設(shè)備室中的所有設(shè)備均需要與開(kāi)關(guān)柜、GIS控制柜進(jìn)行光纜連接，而同時(shí)二次設(shè)備室和開(kāi)關(guān)柜、GIS控制柜的距離又較遠(yuǎn)。所以，采用一般光纖系統(tǒng)，每一組信號(hào)均要敷設(shè)獨(dú)立的光纜，且每根光纜的長(zhǎng)度均較長(zhǎng)，這導(dǎo)致系統(tǒng)使用的光纜總量極大。而采用即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)，由于增加了集中配線架，開(kāi)關(guān)柜和GIS控制柜只需與集中配線架做光纜連接即可，由此大幅減少了光纜的用量，提高了光纜利用率。

另一方面，一般光纖系統(tǒng)在熔接施工時(shí)，需要用到光纜接頭盒、光纖跳線、熔纖盤(pán)、熱縮管、護(hù)套管等輔材，耗費(fèi)大量的資金且不環(huán)保；而即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)所使用的光纜，全部在工廠預(yù)加工，在變電站現(xiàn)場(chǎng)僅需一個(gè)帶有適配器的配線架即可完成對(duì)接，施工過(guò)程簡(jiǎn)單方便，可以節(jié)省施工費(fèi)用且環(huán)保低碳。

3.2 技術(shù)對(duì)比

即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)，鏈路中沒(méi)有熔接點(diǎn)，從根本上斷絕了一般光纖系統(tǒng)的熔接方案中存在的弊端，且具有防護(hù)等級(jí)高、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)。其相對(duì)于一般光纖系統(tǒng)在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，如表1所示。

表1 兩種系統(tǒng)的技術(shù)對(duì)比

3.3 施工工作量對(duì)比

本文統(tǒng)一以典型的110 kV智能變電站為例，規(guī)模為2臺(tái)主變、2回110 kV進(jìn)線、2回20 kV出線，一般光纖系統(tǒng)需要156根4芯光纜，其總長(zhǎng)度為5 800 m，需要對(duì)1 248個(gè)點(diǎn)進(jìn)行熔接操作。由經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員來(lái)進(jìn)行施工，熔接每個(gè)節(jié)點(diǎn)大約需要10分鐘，完成一個(gè)鏈路需要20分鐘時(shí)間，對(duì)整站的操作需要208個(gè)小時(shí)。而若要完成同樣的操作，即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)需要70根12芯光纜，其總長(zhǎng)度為1 600 m，一共有1 680個(gè)節(jié)點(diǎn)，而由于光纜分支接頭可在出廠前加工好，所以在施工現(xiàn)場(chǎng)，工作人員用10 s時(shí)間即可完成一個(gè)節(jié)點(diǎn)的接線，對(duì)整站的操作僅需要5個(gè)小時(shí)。

4 即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)的應(yīng)用

即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)在浙江嘉興沈蕩110 kV的智能變電站中已得到了應(yīng)用，取得了良好的效果。該系統(tǒng)在降低成本的同時(shí)，提高了光纜利用率，減少了施工周期和故障率。同時(shí)在智能變電站運(yùn)行中，該系統(tǒng)保證了通信暢通，也有利于將來(lái)的例行檢修和維護(hù)工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中通過(guò)改變智能變電站中一般光纖系統(tǒng)的架構(gòu)，增加了集中配線架，得到了即插即用預(yù)連接的光纖系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，即插即用預(yù)連接光纖系統(tǒng)在各方面均優(yōu)于一般光纖系統(tǒng)，且在實(shí)際中已得到了成功的應(yīng)用。

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