10kV智能光纖復(fù)合電纜技術(shù)研究與測(cè)試驗(yàn)證

徐傳鵬

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)在迅猛發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的背景下，采用分布式光纖測(cè)溫技術(shù)、光纖復(fù)合電纜技術(shù)、電纜載流量動(dòng)態(tài)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)10kV智能光纖復(fù)合電纜設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的智能化、測(cè)溫實(shí)時(shí)化和電纜溫度狀態(tài)可視化，實(shí)現(xiàn)電纜狀態(tài)的自主快速感知和故障預(yù)警。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);光纖傳感;復(fù)合電纜

引言

光纖復(fù)合電纜的引入有利于解決通信網(wǎng)接入時(shí)面臨的通道問題。光纖復(fù)合電纜是電力系統(tǒng)中正在興起運(yùn)用的一種新型特種電纜，它將光纖通信單元與常規(guī)電纜復(fù)合形成一根光纖復(fù)合電纜，能夠同時(shí)傳輸電力和通信信息。此外，光纖復(fù)合電纜還可以運(yùn)用拉曼散射效應(yīng)測(cè)溫，同時(shí)進(jìn)行溫度異常位置的定位，用于電纜保護(hù)，使電纜運(yùn)行在額定溫度，確保電力電纜安全運(yùn)行。

1、光纖復(fù)合電纜用于智能電網(wǎng)

電力光纖到戶是智能電網(wǎng)建設(shè)中引人注目的內(nèi)容之一，在智能建筑中實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻和電力線路的同步接入，達(dá)到資源共享，支撐智能雙向信息交互業(yè)務(wù)，符合節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展理念。光纖復(fù)合電纜可以運(yùn)用于“三網(wǎng)融合”或“四網(wǎng)融合”工程中。多網(wǎng)融合面臨的問題如下：1）各運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)資源差異明顯。中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通分別在南、北方地區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率占有優(yōu)勢(shì);中國(guó)移動(dòng)在基站覆蓋和相關(guān)移動(dòng)業(yè)務(wù)方面占有優(yōu)勢(shì)，但其固網(wǎng)資源缺乏，沒有自己的骨干網(wǎng)和用戶接入網(wǎng);廣電方面，全國(guó)的有線電視網(wǎng)因不同區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)屬不同的產(chǎn)權(quán)單位，造成網(wǎng)絡(luò)區(qū)域分割嚴(yán)重，同時(shí)有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向化比例不高。因此要形成支撐“三網(wǎng)融合”的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，需要大規(guī)模的建設(shè)和改造，難度巨大。2）光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)比較落后?；A(chǔ)電信運(yùn)營(yíng)商都開展了建設(shè)光纖到樓、光纖到戶、光纖到桌面的建設(shè)規(guī)劃。但受資金等條件限制，目前電信全網(wǎng)FTTH用戶僅有幾十萬(wàn)戶。

2、 10kV智能光纖復(fù)合電纜技術(shù)研究與測(cè)試驗(yàn)證

2.1主站軟件架構(gòu)

主站軟件采用分布式多層技術(shù)，分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用服務(wù)層、業(yè)務(wù)處理層、表示層。數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、訪問，通過大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用服務(wù)層提供全局通用的消息、安全、通信等組件支持，并實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)專用的業(yè)務(wù)服務(wù)子層，為業(yè)務(wù)處理層提供通用技術(shù)支撐：一是可靠高效的通信能力，滿足應(yīng)用需要的并發(fā)訪問要求;二是統(tǒng)一的安全管理;三是標(biāo)準(zhǔn)的消息機(jī)制，滿足組件間的可靠交互;四是易于擴(kuò)展的接口支持。業(yè)務(wù)處理層實(shí)現(xiàn)具體業(yè)務(wù)邏輯，是本系統(tǒng)的核心層，根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)，業(yè)務(wù)處理層可分為采集子層與業(yè)務(wù)子層。采集子層以各種通信方式接入各類采集設(shè)備，執(zhí)行業(yè)務(wù)子層的召測(cè)任務(wù)和控制命令，直接與遠(yuǎn)程設(shè)備通信，負(fù)責(zé)讀取、設(shè)置終端參數(shù)，采集終端數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、處理，監(jiān)測(cè)通信質(zhì)量，管理通信資源。

2.2氣吹式光纖復(fù)合電纜

氣吹式光纖復(fù)合電纜由預(yù)埋光單元管的電力電纜和后期引入的傳輸光纖單元兩部分組成。待預(yù)埋光單元管的電力電纜敷設(shè)安裝后導(dǎo)入光纖單元，實(shí)現(xiàn)OPMC電纜的功能。該電纜結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)光傳輸單元沿著電纜路徑無接續(xù)傳輸，也可實(shí)現(xiàn)光傳輸單元的更換操作。這種預(yù)埋光單元型光纖復(fù)合電纜，在生產(chǎn)時(shí)考慮了光纜在配線、交接時(shí)浪費(fèi)的長(zhǎng)度，在光纖復(fù)合電纜兩端預(yù)留了20m左右的光單元，避免了因光纜交接引起的銅電纜的損耗和浪費(fèi)。采用電纜安裝后光纖氣動(dòng)吹入方式復(fù)合，節(jié)省了早期復(fù)合電纜由于測(cè)試、敷設(shè)、安裝（中間、終端接頭）光纖處理而造成的電纜整體長(zhǎng)度損耗和電纜的采購(gòu)成本。此類氣吹式OPMC可以做到，對(duì)2km電纜敷設(shè)整個(gè)線路路徑采用一整根光纖單元引入傳輸光通信，中間無接頭，降低了整條線路的光衰減特性，提高了通信質(zhì)量。在電纜安裝敷設(shè)、交接合格、運(yùn)行后，若因某種原因造成光纖通信質(zhì)量問題，則可采用更換光纖單元的方式進(jìn)行后期維護(hù)。

2.3智能光纖復(fù)合電纜設(shè)計(jì)

10kV智能光纖復(fù)合電纜采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其外護(hù)套、繞包層、填充層絕緣層和導(dǎo)體均和普通電纜相同，不同的是在其中心嵌入一根內(nèi)置測(cè)溫光纜，測(cè)溫光纜的纖芯可以使用測(cè)溫光纖實(shí)現(xiàn)電纜內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè);也可以使用振動(dòng)光纖實(shí)現(xiàn)電纜周界環(huán)境挖掘監(jiān)測(cè)。通過10kV智能光纖復(fù)合電纜嵌入測(cè)溫光纜，實(shí)現(xiàn)了電纜運(yùn)行的本體溫度狀態(tài)監(jiān)測(cè)、溫升變化監(jiān)測(cè)、溫度異常狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障定位;由此使電纜具有了自我感知和自我診斷的功能，同時(shí)提供故障定位，減少運(yùn)維工作量，實(shí)現(xiàn)電纜的智能化。

2.4光纖復(fù)合電纜分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）更加經(jīng)濟(jì)。傳統(tǒng)的分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)采用在電纜護(hù)套外部并列敷設(shè)一條感溫光纖以監(jiān)測(cè)電纜溫度變化，耗費(fèi)更多資源。2）纜芯溫度準(zhǔn)確度更高。傳統(tǒng)的光纖并列電纜的測(cè)溫方法測(cè)量的是電纜表面溫度，需要在建立電纜表面溫度與線芯溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，才能獲得線芯溫度。受多種因素影響，推算出的線芯溫度存在一定誤差。采用光纖復(fù)合電纜則可解決這一問題，光纖安置在電纜內(nèi)部，感應(yīng)溫度受外界環(huán)境干擾小，而且感應(yīng)出的溫度即纜芯溫度，精度高，實(shí)時(shí)性更好。3）靈敏感應(yīng)外圍護(hù)套變化，降低外力破壞或鼠害的危害程度。光纖復(fù)合電纜布置在電纜纜芯、導(dǎo)體與電纜護(hù)套間，既可以監(jiān)測(cè)纜芯溫度，又可以靈敏感應(yīng)外圍護(hù)套溫度變化，應(yīng)對(duì)外力破壞或老鼠啃咬電纜問題。外力破壞或老鼠啃咬，導(dǎo)致電纜斷裂引發(fā)短路故障，造成重大事故的案例屢見不鮮。將光纖復(fù)合電纜取代傳統(tǒng)電纜，并結(jié)合分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，當(dāng)外力破壞或老鼠啃咬電纜護(hù)套后，會(huì)引起局部溫度變化，由分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)組成的新型繼電保護(hù)裝置會(huì)進(jìn)行報(bào)警信號(hào)提示，以便派出人員檢查或采取其他措施，在未導(dǎo)致電纜嚴(yán)重破損前解決問題。

結(jié)語(yǔ)

（1）通過高精度分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)溫，該復(fù)合電纜的溫度測(cè)量精度可以保證在±0.5℃范圍內(nèi);（2）在不同負(fù)載電流情況下，可以得出相同的結(jié)論，即不同施工工況情況，溫度傳導(dǎo)介質(zhì)不同，不同工況下的電纜溫度就不同。但所測(cè)溫度趨勢(shì)基本相同，溫度由高到低為穿管、架空（或隧道）、直埋和電纜溝;（3）在同一施工工況下，電纜運(yùn)行在1.1倍的額定電流情況下，穿管工況敷設(shè)的電纜纜芯溫度為92.83℃，短時(shí)情況下可以正常工作，為搶修、迎峰度夏、負(fù)荷切換和載流量分析提供實(shí)時(shí)在線技術(shù)支撐和保障;（4）該10kV智能光纖復(fù)合電纜的故障定位精度為±0.2m。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉波.10kV智能光纖復(fù)合電纜技術(shù)研究[J].科技與創(chuàng)新，2018（18）.

[2]鄧瑞.10kV光纖復(fù)合電纜技術(shù)探究[J].電子世界，2019（18）.

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