王國新 任寶海 張甲遠(yuǎn) 王振潮

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防護(hù)與通信光纜在電力系統(tǒng)中的優(yōu)化應(yīng)用

王國新1任寶海2張甲遠(yuǎn)1王振潮1

1.青島特銳德設(shè)計院有限公司，山東 青島 266000 2.青島納格西斯商標(biāo)有限公司，山東 青島 266000

針對目前防護(hù)與通信光纜在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用問題進(jìn)行了分析、研究，提出了優(yōu)化的方法及新型光纜連接組件的應(yīng)用，實現(xiàn)光纜的“模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化”應(yīng)用設(shè)計。

防護(hù)與通信；熔接；光纜組件

引言

電力系統(tǒng)中常用光纜芯數(shù)多選用4芯、8芯、12芯、24芯等。光纖類型主要為多模62.5μm。在同一房間內(nèi)通常采用兩端預(yù)制的尾纜，場地上或出小室則采用室外光纜，敷設(shè)完畢后由施工方或廠家組織現(xiàn)場熔接。由于經(jīng)驗、工期等條件限制，部分監(jiān)控用電纜采用在橋架或地面上直接敷設(shè)、捆扎光纜方式施工[1]。借鑒其他行業(yè)如通信行業(yè)的成熟經(jīng)驗，采用光纜槽盒對光纜進(jìn)行保護(hù)的設(shè)計。

1 目前應(yīng)用中的主要問題

1.1 缺乏規(guī)范，選型較為隨意

目前，在電力系統(tǒng)中防護(hù)與通信光纜系統(tǒng)的構(gòu)建中并沒有統(tǒng)一的技術(shù)及相關(guān)規(guī)范。光纜一般委托施工單位或設(shè)備廠家自行提供，設(shè)計只給出芯數(shù)和長度。即便在同一工程中，不同廠家提供的光纜性能指標(biāo)也常常各異，如果在光纜敷設(shè)過程中，忽視不同廠家光纜的最大拉伸力、最小彎曲半徑等指標(biāo)差異，采用相同的敷設(shè)及線纜整理工藝，就有可能對光纜形成損傷，影響系統(tǒng)長期工作可靠性。

1.2 目前常用光纜工藝落后

傳統(tǒng)的光纜熔接工藝工序煩瑣，費(fèi)時費(fèi)力，工作量大。熔接對環(huán)境要求較高，溫度、濕度、粉塵及人員水平等都會對熔接質(zhì)量及進(jìn)度產(chǎn)生影響，并易形成安全隱患。

1.3 施工和檢驗標(biāo)準(zhǔn)不完備

目前由于光纜技術(shù)規(guī)范的缺乏，相應(yīng)的施工工藝也缺乏明確標(biāo)準(zhǔn)，各參建方往往自行其是，由于機(jī)械折彎、踩踏、生拉硬拽等不當(dāng)施工造成的光纜損壞屢見不鮮。

1.4 缺乏光纜系統(tǒng)管理體系

由于當(dāng)前電力計算機(jī)通信光纜系統(tǒng)建設(shè)的從屬地位，光纜系統(tǒng)本身沒有像智能變電站的主要裝置那樣被納入智能變電站的全生命周期管理體系，設(shè)計、制造、施工、維護(hù)等部門各自為政，只滿足自身需要即可，對后續(xù)環(huán)節(jié)考慮不周[2]。例如設(shè)計經(jīng)常調(diào)整，光纜的生產(chǎn)及施工方無所適從；而施工方又不規(guī)范敷設(shè)，標(biāo)識不清、光纜相互糾纏，甚至有很多安全隱患，給后期運(yùn)維造成很大困難。

2 防護(hù)與通信光纜優(yōu)化整合

智能變電站中防護(hù)與通信光纜的用途：主要用于合并單元智能終端與保護(hù)裝置之間GOOSE、SV組網(wǎng)及故障錄波、網(wǎng)絡(luò)分析、對時等信號的傳輸以及通信裝置與保護(hù)裝置之間信號的傳輸。

以220?kV智能變電站220?kV線路間隔為例解釋光纜的優(yōu)化整合。

220?kV線路過程層設(shè)備配置：2臺合并單元、2臺智能終端。對應(yīng)的間隔層設(shè)備有：雙套線路保護(hù)、雙套母線保護(hù)、測控裝置、電能表、故障錄波、網(wǎng)絡(luò)分析儀、時間同步對時裝置等。

測控裝置、故障錄波、網(wǎng)絡(luò)分析儀連接于SV網(wǎng)+GOOSE網(wǎng)絡(luò)；電能表連接于SV網(wǎng)；保護(hù)裝置采用點對點方式連接于過程層的合并單元和智能終端。時間對時通過網(wǎng)絡(luò)同步。根據(jù)上述設(shè)備配置和設(shè)備連接關(guān)系對連接光纜進(jìn)行選擇。

每臺合并單元應(yīng)連接至SV網(wǎng)、母線保護(hù)、線路保護(hù)，每個連接占用1根光纖芯，共需6芯；每臺智能終端應(yīng)連接至GOOSE網(wǎng)、母線保護(hù)、線路保護(hù)，每個連接占用2根光纖芯，共需6芯；由于起點都為220?kV GIS智能控制柜，終點都為二次主控室，故可共用一根光纜。

雙套系統(tǒng)采用不同的光纜傳輸。第一根光纜需使用12芯，第二根光纜需使用12芯。根據(jù)以上的統(tǒng)計并考慮一定量的備用芯，第一根光纜采用16芯光纜，第二根光纜也采用16芯光纜。

每個220?kV線路部分由12根4芯光纜減少為2根16芯光纜，按終期規(guī)模（8個220?kV線路間隔計算）敷設(shè)的光纜由原來的96根減少為16根，節(jié)省室外鎧裝光纜護(hù)套材料及光纜敷設(shè)施工量5.6?km，節(jié)省電纜纜護(hù)套材料及電纜敷設(shè)施工量5.6?km。

3 光纜連接及光纜組件

3.1 光纜連接種類

光纜的連接方法主要有永久性連接、光纜組件活動連接。

3.1.1 永久性光纜連接（熱熔）

這種連接是用放電的方法將兩根光纖的連接點熔化并連接在一起。一般用在長途接續(xù)、永久或半永久固定連接。其主要特點是連接衰減在所有的連接方法中最低，典型值為0.01～0.03?dB/點。但連接時，需要專用設(shè)備（熔接機(jī)）和專業(yè)人員進(jìn)行操作，而且連接點也需要專用容器保護(hù)起來。

3.1.2 光纜組件活動連接

活動連接是利用各種光纖連接器件（插頭和插座），將光纜連接起來的一種方法。這種方法靈活、簡單、方便、可靠，多用在建筑物內(nèi)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線中。其典型衰減為0.3?dB/接頭。

常見的連接器類型有ST、LC、SC、FC等。不同裝置廠家配備的連接器各不相同，上述連接器在智能變電站中都經(jīng)常使用。

3.2 光纜連接優(yōu)化方案

智能變電站中數(shù)據(jù)的采集、通信、跳閘等都通過光纜實現(xiàn)。與常規(guī)變電站相比，其控制電纜的用量大大減少，但隨之而來的是對光纜的需求量巨增，也由此產(chǎn)生了一些新的問題。

（1）常規(guī)方案具體連接順序?！爸悄苎b置+光纖跳線+光配架+光纜+光配架+光纖跳線+智能保護(hù)測控裝置”，需要經(jīng)過六級轉(zhuǎn)接，相對光損較大；光配架上光纜密度高，尾纖混亂，維護(hù)檢修很不方便。

（2）現(xiàn)場熔接工作量大，熔接質(zhì)量難以保證；據(jù)統(tǒng)計一個典型220?kV智能變電站中熔接點約為6?000個，工作量非常大。

（3）就地放置的智能單元、電子互感器等使用的尾纖在環(huán)境溫度較高時變軟，而且由于衰減變化，造成通信不穩(wěn)定。

針對智能變電站中光纜連接方案存在的上述問題，采取以下優(yōu)化方案。

（1）采用工廠預(yù)制光纜組件，具體連接順序“智能裝置+帶預(yù)制組件的尾纜+智能保護(hù)測控裝置”，兩級轉(zhuǎn)接就完成了，現(xiàn)場即插即用，取消現(xiàn)場熔接，避免了人為的不可控性，可靠性大大提高。

（2）二次設(shè)備屏柜間光纜連接，采用尾纜，二次設(shè)備至配電裝置區(qū)智能控制柜的光纜連接全部為點對點的光纜組件，中間不需熔接。

（3）采用諸如彎管保護(hù)等多種手段合理管理尾纜、尾纖，保證柜內(nèi)整潔、美觀，維護(hù)方便。

（4）采用智能連接器，使用的尾纖采用特殊材質(zhì)，保證在高溫條件下穩(wěn)定可靠，提高通信可靠性。

3.3 光纜組件

3.3.1 光纜組件連接的主要特點

（1）工作環(huán)境溫度范圍：﹣40℃～+70℃。

（2）可靠的分支設(shè)計，方便安裝。

（3）分支器IP67防護(hù)，防塵防水滿足室外惡劣環(huán)境的應(yīng)用。

（4）所有的連接器均可以安裝，可以與不同形式光纜連接。

（5）免熔接，減少施工成本，提高安裝可靠性，節(jié)省安裝時間。

（6）標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品類別，靈活多樣的組合安裝方式。

（7）采用光纖余長管理托盤及其附件，可以整理多余的光纜和滿足不同進(jìn)向的光纜連接。

3.3.2 光纜組件連接系統(tǒng)組成

圖1為預(yù)制光纜組件資料圖。

圖1 預(yù)制光纜組件資料圖

4 結(jié)語

采用工廠預(yù)制光纜組件方案，取消現(xiàn)場熔接，現(xiàn)場即插即用，實現(xiàn)施工的無熔接過程，施工效率提高80%，縮短施工周期，減少施工過程中人為因素影響，保證施工質(zhì)量。采用先進(jìn)成熟工藝，充分體現(xiàn)工廠化加工、集約化施工、模塊化，符合“兩型一化”精神。

[1]孫學(xué)康. 光纖通信技術(shù)[M]. 北京：人民郵電出版社，2008.

[2]宋庭會. 智能變電站運(yùn)行與維護(hù)[M]. 北京：中國電力出版社，2013.

Optimization and Application of Protection and Communication Cables in Power Systems

Wang Guoxin1Ren Baohai2Zhang Jiayuan1Wang Zhenchao1

1. Qingdao Tgood Design Institute Co., Ltd., Shandong Qingdao 266000 2. Qingdao Naxis Trademark Co., Ltd., Shandong Qingdao 266000

The paper analyzes and studies the application problems of current protection and communication optical cables in power systems, and proposes an optimized method and application of new optical cable connection components to realize the “modular, standardized” application design of optical cables.

protection and communication; welding; optical cable assembly

TM734

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