預(yù)制式光電混合纜在智能變電站中的應(yīng)用研究

朱顯峰?趙海龍?龍清鈞?沙和鳴?黃成

摘要：目前，智能化變電站在建設(shè)環(huán)節(jié)會使用體量龐大的光纜，導(dǎo)致現(xiàn)場施工作業(yè)量和熔接作業(yè)量相對較大，但可靠性卻不高。結(jié)合二次設(shè)備間的線纜在連接環(huán)節(jié)的特征以及實際應(yīng)用需求，研究應(yīng)用預(yù)制化光電混合纜，不僅可以對通信接口實現(xiàn)標準化的定義，還可以提升智能化變電站在建設(shè)環(huán)節(jié)的作業(yè)效率，確保設(shè)備在運行時的穩(wěn)定性。文章首先闡述了預(yù)制式光電混合纜在應(yīng)用環(huán)節(jié)的具體適用范圍，其次闡述了其在技術(shù)層面的主要特性，接著研究分析了某座智能化變電站內(nèi)部110千伏、220千伏光電混合纜的具體應(yīng)用狀況，以供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)制式光電混合纜；智能變電站；變電站；光纜；電纜

目前，為了合理提升工程建設(shè)環(huán)節(jié)的效益和效率，深化應(yīng)用環(huán)節(jié)的各種設(shè)計成果，推行全生命周期的管理工作理念，集成化的應(yīng)用各種新型現(xiàn)代化技術(shù)，形成統(tǒng)一集中的設(shè)備管理接口，提升集約化工程在設(shè)計和建設(shè)環(huán)節(jié)的效率，我國國家電網(wǎng)企業(yè)開始對變電站執(zhí)行標準配送式的設(shè)計和建設(shè)。其中一個主要目標是統(tǒng)一設(shè)備的各項參數(shù)及接口標準，讓一次設(shè)備和二次設(shè)備、二次設(shè)備相互之間可以通過標準化的方式實現(xiàn)連接，確保二次接線實現(xiàn)即插即用，為設(shè)備招標、運行維護、工程設(shè)計等工作提供更加便捷的服務(wù)，同時合理減少工程建設(shè)時間?；诖耍谥悄芑冸娬局嗅槍︻A(yù)制式光電混合纜的應(yīng)用，展開了深層次的研究以及分析，就當前現(xiàn)狀來講，擁有極其重要的現(xiàn)實意義。

一、預(yù)制式的光電混合纜在應(yīng)用環(huán)節(jié)的適用范圍分析

現(xiàn)代化背景下，在變電站中傳統(tǒng)屏柜當中的端子排及光纖配線箱，在連接環(huán)節(jié)采取的布線方式，已經(jīng)無法滿足裝配式變電站在安裝運行環(huán)節(jié)的新需求。與此同時，智能變電站具體開展建設(shè)作業(yè)期間，因為柜內(nèi)的電纜和光纜在連接時，需要展開現(xiàn)場做線、線路連接、線路調(diào)試等諸多工作，導(dǎo)致工程建設(shè)周期相對較長，不僅施工效率低、可靠性相對不高，而且每個柜體內(nèi)部的連接器件在放置、安裝、接線方式等層面都存在一定程度的差異，因此施工環(huán)節(jié)的工藝技術(shù)應(yīng)用難度極高，無形之中增加了維修養(yǎng)護環(huán)節(jié)的工作成本，導(dǎo)致施工調(diào)試和后續(xù)維修養(yǎng)護環(huán)節(jié)的工作效率普遍不高?；诖朔N現(xiàn)狀，可以綜合思考，選擇應(yīng)用具備快速插拔、應(yīng)用壽命長、密度小、體積小、可靠性高等優(yōu)勢的預(yù)制式光電混合纜，能夠更好地符合新時代背景下智能化變電站中的設(shè)備在即插即用等層面的新要求。

通常狀況下，預(yù)制電纜適合應(yīng)用在高壓一次設(shè)備本體和智能控制柜之間的位置，針對應(yīng)用到GIS地理信息系統(tǒng)設(shè)備的智能變電站來講，GIS本體內(nèi)部的斷路器與智能控制柜之間、隔離開關(guān)與智能控制柜之間、接地開關(guān)機構(gòu)箱和智能控制柜之間、主變本體端子箱與主變本體的智能控制柜之間，都可以選擇應(yīng)用雙端預(yù)制式的電纜。而兩端位置在連接環(huán)節(jié)的方式，可以選擇應(yīng)用航空插頭連接器實行連接，兩端位置應(yīng)用的插座可以選擇預(yù)制配套形式的插座，之后按照雙重化回路分開、強電弱電分開、交流直流分開等原則，對其實行合理配置。預(yù)制電纜在應(yīng)用之后，設(shè)備內(nèi)部的組件在裝配時的工序化水平會更強，不僅能夠節(jié)約屏柜內(nèi)部的空間，還能在作業(yè)現(xiàn)場更加便捷、快速、高效地完成安裝作業(yè)。

智能控制柜設(shè)備在與網(wǎng)絡(luò)分析儀器、故障波錄波裝置、主變保護裝置、線路測控裝置、線路保護裝置等諸多間隔層設(shè)備實行連接的時候，主要選擇應(yīng)用光纜，但是普通形式的光纜在安裝環(huán)節(jié)應(yīng)用到的施工工藝，要比電纜的安裝工藝更加復(fù)雜，光纖在熔接時對于安裝環(huán)境的要求極高?；诖?，可以選擇應(yīng)用接頭已經(jīng)在工廠內(nèi)部預(yù)制完成的預(yù)制光纜，現(xiàn)場在開展查詢施工作業(yè)時，可以選擇應(yīng)用免熔接的方式，最大限度地減少光纖熔接點在施工時的光衰減和光損耗，提高光纖回路在連接時的可靠性和穩(wěn)定性。文章中的研究內(nèi)容主要是思考如何應(yīng)用光電混合纜來取代預(yù)制光纜，在跨場地的屏柜之間、跨房間等區(qū)域?qū)Χ卧O(shè)備實現(xiàn)連接[1]。

二、預(yù)制式光電混合纜在技術(shù)層面的特性分析

光電混合纜屬于在光纜架構(gòu)中加入了絕緣導(dǎo)體，集輸電銅線和光纖為一體化的線纜，因為電能傳輸和光纜傳輸完全隸屬于兩個不同種類的傳輸方法，所以在傳輸環(huán)節(jié)相互之間不會形成任何干擾，光電混合纜不僅具備普通光纜的特征，也符合電纜在低壓輸電環(huán)節(jié)的有關(guān)標準和規(guī)范，能夠針對設(shè)備的光信號和電信號在傳輸環(huán)節(jié)存在的問題進行同步解決。

就光電混合纜的優(yōu)勢來講，存在占用空間小、重量輕、外徑小等特性，以往在大部分狀況下，使用多根電纜和光纜才能夠共同解決的問題，當前只要選擇應(yīng)用一根混合纜就能夠合理解決。同時，就光電混合纜的應(yīng)用來講，還具備如下幾點優(yōu)勢：

①在傳輸環(huán)節(jié)，可以同時提供多種不同類型的傳輸技術(shù)，設(shè)備在應(yīng)用環(huán)節(jié)的可擴展性強、適應(yīng)性好，產(chǎn)品在適用角度的涵蓋面相對較廣。

②就應(yīng)用性能來講，內(nèi)側(cè)壓性、彎曲性都極好，優(yōu)越性相對較高，施工期間的便捷度相對較高。

③客戶在采買環(huán)節(jié)無需花費過高的成本，施工期間的成本開銷相對較少。

由于混合纜屬于預(yù)制類型，在初期設(shè)計時期，需要對預(yù)制光纜的實際敷設(shè)長度進行精準的推算和預(yù)測，盡可能防止出現(xiàn)長度不符合標準或者長度超過標準的狀況。

現(xiàn)階段，設(shè)備廠家已經(jīng)可以提供預(yù)制式的光電混合纜，其中光纜中的芯數(shù)定制范圍在6芯到48芯左右，并且可以選擇多?；蛘邌文＃z甲種類多為銅或波紋鋁，長度可以事先完成預(yù)制，兩端接頭也可以選擇多種不同類型的電連接頭或者光連接頭。在挑選配線架的時候，建議選擇應(yīng)用模塊化的光電混合式配線架，可以按照用戶設(shè)備端口存在的不同差異，針對光和銅的比例，實現(xiàn)靈活科學(xué)的配置，最大限度地滿足配電管理環(huán)節(jié)的各種要求。

按照光電混合纜的特征，可以在智能變電站中，將每個間隔智能化終端統(tǒng)一合并成失電報警信號、單元光信號，應(yīng)用同一形式的光電混合纜傳輸?shù)介g隔保護測控裝備當中，在交流直流電源從開關(guān)廠的交流直流分電屏中完成接入的狀態(tài)下，將跨場地的隔層設(shè)備在連接時應(yīng)用到的接線，統(tǒng)一簡化成光電混合纜，讓典型間隔全部控制信號使用一根線纜完成連接的設(shè)想能夠真正的達成[2]。

三、預(yù)制式光電混合纜在應(yīng)用環(huán)節(jié)的具體案例分析

文章以某座智能變電站中的110千伏、220千伏側(cè)典型間隔為主要案例，通過比對預(yù)制式光電混合纜在應(yīng)用環(huán)節(jié)的具體狀況，具體闡述了預(yù)制式光電混合纜在應(yīng)用環(huán)節(jié)的主要特征，具體如下：

（一）110千伏側(cè)光電混合纜的規(guī)格和數(shù)量統(tǒng)計分析

按照110千伏側(cè)的接線方式為雙母線，應(yīng)用GIS設(shè)備展開研究，110千伏電力線路、分段智能化終端合并單元的集成裝置中的單套配置；110千伏主變進線智能化終端合并單元的集成裝置中的雙套配置，母線設(shè)備的智能化控制位當中安裝兩臺母線電壓合并單元。下面主要以110千伏的線路間隔為主要示例，通過集中分析智能化控制柜到二次設(shè)備中間的光纜和電纜數(shù)量，整理分析出了110千伏側(cè)光電混合纜的規(guī)格和數(shù)量。

如表1所示，通過集中統(tǒng)計110千伏線路間隔當中過程層一直到間隔層的光纜芯數(shù)和電纜芯數(shù)，整體思考最大需求以及實際備用芯，出線、分段間隔選擇應(yīng)用一根12芯外加6×1.5規(guī)格的銅線共同組成的預(yù)制光電混合纜，主變電站按照雙重化的配置，110千伏側(cè)的主智能化控制柜選擇應(yīng)用兩根12芯外加6×1.5規(guī)格的銅線共同組成的預(yù)制光電混合纜[3]。

（二）220千伏側(cè)光電混合纜的規(guī)格和數(shù)量統(tǒng)計分析

按照220千伏側(cè)的接線方式為雙母線，選擇應(yīng)用GIS地理信息設(shè)備，將智能化終端與合并單元統(tǒng)一布設(shè)在智能化控制柜當中，對于過程層和間隔層在配置環(huán)節(jié)全部選擇應(yīng)用雙套配置的方式展開研究。下面主要以220千伏線路的間隔為具體示例，通過對智能化控制柜到二次設(shè)備室中的光纜和電纜數(shù)量進行統(tǒng)計分析，整理歸納出了220千伏特光電混合纜的實際規(guī)格和數(shù)量。

220千伏側(cè)在配置環(huán)節(jié)按照雙重化的配置思考，第2根電纜芯數(shù)和光纜芯數(shù)加配置環(huán)節(jié)與第1根相同，具體內(nèi)容如表2所示，針對220千伏線路間隔過程層一直到間隔層當中的電纜芯數(shù)和光纜芯數(shù)進行統(tǒng)計分析，再系統(tǒng)性的思考最大化需求以及備用芯，每一面智能化控制柜可以選擇應(yīng)用兩根24芯外加6×1.5銅線規(guī)格的預(yù)制式光電混合纜[4]。

（三）智能化變電站中光電混合纜在應(yīng)用環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)匯總分析

以上述統(tǒng)計環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)展開分析，就智能化變電站內(nèi)部應(yīng)用的預(yù)制式光電混合纜就規(guī)格來講，可以優(yōu)化成24芯光纜+6芯電纜、12芯光纜+6芯電纜。220千伏與主變電站各側(cè)的智能化控制柜一直到二次設(shè)備室中的電纜數(shù)量最低可以簡化成兩根，110千伏側(cè)的智能化控制柜一直到二次設(shè)備室中的線纜數(shù)量最少能夠簡化成一根。由于設(shè)備材料在投資環(huán)節(jié)的成本開銷不斷降低，形成了一系列間接經(jīng)濟收益，具體如下：

①線纜組件在裝配環(huán)節(jié)的工序化和流水化水平更高，施工建設(shè)環(huán)節(jié)的工作效率更高，可以最大限度地節(jié)省人員勞動力、工程時間，減少現(xiàn)場安裝施工環(huán)節(jié)的成本開銷。

②在應(yīng)用預(yù)制線纜后，能夠有針對性地提升用戶的標準化水平，降低物料品種數(shù)量，合理釋放用戶原有庫存的占有量，可以減少管理環(huán)節(jié)的成本開銷。

③降低后期運行維護環(huán)節(jié)的工作量，綠色性能環(huán)保性能更好，更加契合兩型一化變電站在建設(shè)環(huán)節(jié)的整體要求[5]。

四、結(jié)束語

綜上所述，智能化變電站中選擇應(yīng)用預(yù)制線纜，主要是為了對一次設(shè)備和二次設(shè)備、二次設(shè)備相互之間的光纜和電纜實現(xiàn)標準規(guī)范的連接，能夠有針對性地提升二次設(shè)備在施工環(huán)節(jié)的施工效率以及工藝質(zhì)量。文章主要論述了預(yù)制式光電混合纜在應(yīng)用環(huán)節(jié)的范圍以及技術(shù)特征，研究分析了220千伏智能化變電站內(nèi)部光電混合纜的具體應(yīng)用狀況，同時總結(jié)分析了220千伏變電站中應(yīng)用較為常見的幾種混合纜標準接口。應(yīng)用預(yù)制式的光電混合纜，能夠?qū)﹄娎|和光纜實現(xiàn)有機整合，有針對性地減少施工現(xiàn)場的敷設(shè)作業(yè)量，也能夠減少電纜溝截面尺寸以及實際占地面積，有效削減智能化變電站在整個工程周期內(nèi)部的工程造價。

作者單位：朱顯峰 趙海龍 龍清鈞 沙和鳴 黃成深圳市特發(fā)信息光網(wǎng)科技股份有限公司

參? 考? 文? 獻

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[2]張潔，蔡然.預(yù)制式光纜和電纜的選型及整合優(yōu)化[J].江西電力，2021，45（02）：4-9.

[3]陸朝陽，吳俊輝.智能變電站二次艙一體化設(shè)計研究[J].電氣應(yīng)用， 2021，40（01）： 49-54.

[4]金晶，鄭紫堯.智能變電站預(yù)制艙二次設(shè)備布置及走線方案優(yōu)化研究[J].機電信息，2020（29）：56-57.

[5]張馨月，張崇.基于三維設(shè)計下的智能變電站二次系統(tǒng)探究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（28）：84-85.