預(yù)制式光電混合纜在智能變電站中的應(yīng)用研究

楊威

（重慶電力設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 重慶市渝北區(qū) 401121）

1 引言

為提高工程建設(shè)效率和效益，深化應(yīng)用通用設(shè)計(jì)成果，推廣全壽命周期管理理念，集成應(yīng)用新技術(shù)，形成統(tǒng)一設(shè)備接口，便于集約化工程設(shè)計(jì)和建設(shè)，國家電網(wǎng)公司開展了標(biāo)準(zhǔn)配送式變電站的設(shè)計(jì)和建設(shè)，其中一個(gè)重要的目的是進(jìn)一步統(tǒng)一設(shè)備參數(shù)和接口標(biāo)準(zhǔn)，一次設(shè)備與二次設(shè)備、二次設(shè)備間采用標(biāo)準(zhǔn)化連接，實(shí)現(xiàn)二次接線“即插即用”，方便設(shè)備的招標(biāo)、工程設(shè)計(jì)、和運(yùn)行維護(hù)、縮短工程建設(shè)工期。

基于以上要求，傳統(tǒng)屏柜中“端子排和光纖配線箱”的連接布線模式已經(jīng)不再適合新一代裝配式變電站需要，而具備可靠性高、體積小、密度高、壽命長、快速插拔等優(yōu)點(diǎn)的預(yù)制光電混合纜能更好的滿足新一代智能變電站設(shè)備“即插即用”的要求。

本文明確了預(yù)制式光電混合纜在智能變電站中的應(yīng)用范圍，討論了光電混合纜的技術(shù)特性及連接方式，對混合纜的應(yīng)用進(jìn)行了具體分析的同時(shí)，總結(jié)出220kV智能變電站常用混合纜的標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)配置選型的標(biāo)準(zhǔn)化。

2 預(yù)制式光電混合纜的應(yīng)用范圍

在智能變電站建設(shè)過程中，由于柜內(nèi)電、光纜連接需現(xiàn)場做線、連接、調(diào)試，導(dǎo)致工期長，效率低，可靠性差，且各柜內(nèi)連接器件安裝、放置及接線方式不一致，導(dǎo)致施工工藝難度增加，提高了維護(hù)成本，降低了施工調(diào)試及后續(xù)維護(hù)效率，可考慮采用預(yù)制電纜及預(yù)制光纜技術(shù)[1]。

預(yù)制電纜一般用于高壓一次設(shè)備本體至智能控制柜之間，對于采用GIS設(shè)備的智能變電站，GIS本體內(nèi)斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)機(jī)構(gòu)箱至智能控制柜之間、主變本體端子箱至主變本體智能控制柜之間可以采用雙端預(yù)制電纜，兩端采用航空插頭連接器及預(yù)制配套的插座，并按滿足交直流分開、強(qiáng)弱電分開、雙重化回路分開等原則配置。采用預(yù)制電纜后，設(shè)備組件裝配工序化、流水化，在節(jié)省了屏柜內(nèi)空間的同時(shí)，也使現(xiàn)場安裝更加方便快捷。

對于智能控制柜與線路保護(hù)、線路測控、主變保護(hù)、故障錄波裝置及網(wǎng)絡(luò)分析儀等間隔層設(shè)備的連接，主要采用光纜，但普通光纜安裝工藝較電纜復(fù)雜，光纖熔接對安裝環(huán)境要求較高，現(xiàn)可采用工廠預(yù)制好接頭的預(yù)制光纜，現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)免熔接的插接施工，降低光纖熔接點(diǎn)的光衰耗，提高光纖連接回路的可靠性[2]。本文考慮用光電混合纜代替預(yù)制光纜應(yīng)用于跨房間、跨場地屏柜間的二次設(shè)備連接。

3 預(yù)制式光電混合纜的技術(shù)特性

光電混合纜為在光纜結(jié)構(gòu)中增加絕緣導(dǎo)體，集光纖、輸電銅線于一體的線纜。由于光傳輸和電能傳輸是屬于兩種不同類型的傳輸方式，在傳輸過程中并不會發(fā)生相互干擾，光電混合纜在保留了普通光纜特性的同時(shí)還滿足低壓輸電電纜的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可同時(shí)解決設(shè)備電信號及光信號的傳輸問題[3]。

光電混合纜具有外徑小、重量輕、占用空間小的優(yōu)點(diǎn)，多數(shù)情況下用多根光纜、電纜才能解決的問題，如今可以用一根混合纜來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，光電混合纜還具有如下優(yōu)勢：

（1）同時(shí)提供多種傳輸技術(shù)，設(shè)備的適應(yīng)性高，可擴(kuò)展性強(qiáng)，產(chǎn)品適用面廣；

（2）具有優(yōu)越的彎曲性能和良好耐側(cè)壓性能，施工方便；

（3）客戶采購成本低，施工費(fèi)用低。

但同時(shí)，由于混合纜為預(yù)制式，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)較為準(zhǔn)確的測算預(yù)制光纜敷設(shè)長度，避免出現(xiàn)長度不足或過長情況。

目前設(shè)備廠家已可提供預(yù)制式光電混合纜，其中光纜芯數(shù)可定制為6～48芯（單模或者多模可選），鎧甲類型為波紋鋁或者銅，可預(yù)制長度且兩端頭可選多種光連接頭、電連接頭。同時(shí)，建議配合使用模塊化光電混合式配線架，根據(jù)用戶設(shè)備端口的不同靈活配置光、銅比例，從而更好的適應(yīng)配線管理要求[4]。

根據(jù)光電混合纜特點(diǎn)，可將智能變電站中每個(gè)間隔智能終端合并單元光信號及失電告警信號通過統(tǒng)一的光電混合纜發(fā)到該間隔保護(hù)測控裝置，在交直流電源從開關(guān)場交直流分電屏接入的前提下，將跨場地間隔層設(shè)備的接線簡化為光電混合纜，使典型間隔所有控制信號通過一根線纜完成連接成為可能。

4 預(yù)制式光電混合纜應(yīng)用分析

本文就一座智能變電站220kV、110kV側(cè)典型間隔為例，通過對比預(yù)制光纜和預(yù)制式光電混合纜的應(yīng)用，對預(yù)制式光電混合纜應(yīng)用的特點(diǎn)進(jìn)行說明。

4.1 220kV側(cè)光電混合纜的數(shù)量及規(guī)格統(tǒng)計(jì)

按220kV側(cè)為雙母線接線，采用GIS設(shè)備（常規(guī)互感器）且合并單元、智能終端下放布置于智能控制柜，間隔層、過程層均為雙套配置考慮。下面以220kV線路間隔為例，通過統(tǒng)計(jì)智能控制柜至二次設(shè)備室的光、電纜數(shù)量，整理出220kV側(cè)光電混合纜的數(shù)量及規(guī)格。

220kV側(cè)按雙重化配置考慮，第二根光纜及電纜的芯數(shù)配置同第一根，如表1所示，通過統(tǒng)計(jì)220kV線路間隔過程層至間隔層光、電纜芯數(shù)，再綜合考慮最大需求及備用芯，每面智能控制柜可以采用2根24芯+6×1.5銅線的預(yù)制光電混合纜。

表1 220kV線路間隔光纜、電纜芯數(shù)統(tǒng)計(jì)

4.2 110kV側(cè)光電混合纜的數(shù)量及規(guī)格統(tǒng)計(jì)

按110kV側(cè)為雙母線接線，采用GIS設(shè)備（常規(guī)互感器）考慮，110kV線路、分段智能終端合并單元集成裝置單套配置；110kV主變進(jìn)線智能終端合并單元集成裝置雙套配置，母線設(shè)備智能控制柜安裝2臺母線電壓合并單元。下面以110kV線路間隔為例，通過統(tǒng)計(jì)智能控制柜至二次設(shè)備室的光、電纜數(shù)量，整理出110kV側(cè)光電混合纜的數(shù)量及規(guī)格。

表2 110kV線路間隔光纜、電纜芯數(shù)統(tǒng)計(jì)

如表2所示，通過統(tǒng)計(jì)110kV線路間隔過程層至間隔層光、電纜芯數(shù)，再綜合考慮最大需求及備用芯，出線及分段間隔采用1根12芯+6×1.5銅線的預(yù)制光電混合纜，主變按雙重化配置考慮，110kV側(cè)主變智能控制柜采用2根12芯+6×1.5銅線的預(yù)制光電混合纜。

4.3 智能變電站光電混合纜應(yīng)用數(shù)據(jù)匯總分析

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)分析，智能變電站內(nèi)的預(yù)制式光電混合纜規(guī)格可優(yōu)化為12芯光纜6芯電纜、24芯光纜6芯電纜；220kV、主變各側(cè)智能控制柜至二次設(shè)備室的線纜數(shù)量簡化為2根，110kV側(cè)智能控制柜至二次設(shè)備室的線纜數(shù)量簡化為1根。設(shè)備材料投資的減少，帶來如下間接額經(jīng)濟(jì)效益[5]：

（1）線纜組件裝配工序化、流水化，效率高，節(jié)省了時(shí)間、勞動(dòng)力，降低現(xiàn)場安裝費(fèi)用。

（2）采用預(yù)制線纜后可以提高用戶的標(biāo)準(zhǔn)化程度，減少物料品種，減小了用戶庫存占有，節(jié)約了管理成本。

（3）后期運(yùn)行維護(hù)量減少，更加綠色環(huán)保，更符合“兩型一化”變電站建設(shè)要求。

5 結(jié)論

智能變電站采用預(yù)制線纜以實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備與二次設(shè)備、二次設(shè)備間的光纜、電纜標(biāo)準(zhǔn)化連接，可以有效提高二次線纜施工的工藝質(zhì)量和建設(shè)效率。本文介紹了預(yù)制式光電混合纜的應(yīng)用范圍及技術(shù)特性，探討了220kV智能變電站內(nèi)光電混合纜的應(yīng)用，并總結(jié)出220kV變電站常用混合纜標(biāo)準(zhǔn)接口，即12芯光纖+6芯銅線混合雙端預(yù)制纜、24芯多模光纖+6芯銅線混合雙端預(yù)制纜。通過使用預(yù)制式光電混合纜，實(shí)現(xiàn)光纜、電纜的整合，在減少現(xiàn)場敷設(shè)施工量的同時(shí)，減小了電纜溝截面及占地，降低了智能變電站全壽命周期造價(jià)。