防護與通信光纜在電力系統中的優化應用

王國新 任寶海 張甲遠 王振潮

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防護與通信光纜在電力系統中的優化應用

王國新1任寶海2張甲遠1王振潮1

1.青島特銳德設計院有限公司，山東 青島 266000 2.青島納格西斯商標有限公司，山東 青島 266000

針對目前防護與通信光纜在電力系統中的應用問題進行了分析、研究，提出了優化的方法及新型光纜連接組件的應用，實現光纜的“模塊化、標準化”應用設計。

防護與通信；熔接；光纜組件

引言

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

1 目前應用中的主要問題

1.1 缺乏規范，選型較為隨意

目前，在電力系統中防護與通信光纜系統的構建中并沒有統一的技術及相關規范。光纜一般委托施工單位或設備廠家自行提供，設計只給出芯數和長度。即便在同一工程中，不同廠家提供的光纜性能指標也常常各異，如果在光纜敷設過程中，忽視不同廠家光纜的最大拉伸力、最小彎曲半徑等指標差異，采用相同的敷設及線纜整理工藝，就有可能對光纜形成損傷，影響系統長期工作可靠性。

1.2 目前常用光纜工藝落后

傳統的光纜熔接工藝工序煩瑣，費時費力，工作量大。熔接對環境要求較高，溫度、濕度、粉塵及人員水平等都會對熔接質量及進度產生影響，并易形成安全隱患。

1.3 施工和檢驗標準不完備

目前由于光纜技術規范的缺乏，相應的施工工藝也缺乏明確標準，各參建方往往自行其是，由于機械折彎、踩踏、生拉硬拽等不當施工造成的光纜損壞屢見不鮮。

1.4 缺乏光纜系統管理體系

由于當前電力計算機通信光纜系統建設的從屬地位，光纜系統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，設計、制造、施工、維護等部門各自為政，只滿足自身需要即可，對后續環節考慮不周[2]。例如設計經常調整，光纜的生產及施工方無所適從；而施工方又不規范敷設，標識不清、光纜相互糾纏，甚至有很多安全隱患，給后期運維造成很大困難。

2 防護與通信光纜優化整合

智能變電站中防護與通信光纜的用途：主要用于合并單元智能終端與保護裝置之間GOOSE、SV組網及故障錄波、網絡分析、對時等信號的傳輸以及通信裝置與保護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化整合。

220?kV線路過程層設備配置：2臺合并單元、2臺智能終端。對應的間隔層設備有：雙套線路保護、雙套母線保護、測控裝置、電能表、故障錄波、網絡分析儀、時間同步對時裝置等。

測控裝置、故障錄波、網絡分析儀連接于SV網+GOOSE網絡；電能表連接于SV網；保護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。時間對時通過網絡同步。根據上述設備配置和設備連接關系對連接光纜進行選擇。

每臺合并單元應連接至SV網、母線保護、線路保護，每個連接占用1根光纖芯，共需6芯；每臺智能終端應連接至GOOSE網、母線保護、線路保護，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。根據以上的統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，按終期規模（8個220?kV線路間隔計算）敷設的光纜由原來的96根減少為16根，節省室外鎧裝光纜護套材料及光纜敷設施工量5.6?km，節省電纜纜護套材料及電纜敷設施工量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、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，需要專用設備（熔接機）和專業人員進行操作，而且連接點也需要專用容器保護起來。

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，多用在建筑物內的計算機網絡布線中。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常使用。

3.2 光纜連接優化方案

智能變電站中數據的采集、通信、跳閘等都通過光纜實現。與常規變電站相比，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，也由此產生了一些新的問題。

（1）常規方案具體連接順序。“智能裝置+光纖跳線+光配架+光纜+光配架+光纖跳線+智能保護測控裝置”，需要經過六級轉接，相對光損較大；光配架上光纜密度高，尾纖混亂，維護檢修很不方便。

（2）現場熔接工作量大，熔接質量難以保證；據統計一個典型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境溫度較高時變軟，而且由于衰減變化，造成通信不穩定。

針對智能變電站中光纜連接方案存在的上述問題，采取以下優化方案。

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

（2）二次設備屏柜間光纜連接，采用尾纜，二次設備至配電裝置區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）采用諸如彎管保護等多種手段合理管理尾纜、尾纖，保證柜內整潔、美觀，維護方便。

（4）采用智能連接器，使用的尾纖采用特殊材質，保證在高溫條件下穩定可靠，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）工作環境溫度范圍：﹣40℃～+70℃。

（2）可靠的分支設計，方便安裝。

（3）分支器IP67防護，防塵防水滿足室外惡劣環境的應用。

（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，節省安裝時間。

（6）標準化產品類別，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向的光纜連接。

3.3.2 光纜組件連接系統組成

圖1為預制光纜組件資料圖。

圖1 預制光纜組件資料圖

4 結語

采用工廠預制光纜組件方案，取消現場熔接，現場即插即用，實現施工的無熔接過程，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，保證施工質量。采用先進成熟工藝，充分體現工廠化加工、集約化施工、模塊化，符合“兩型一化”精神。

[1]孫學康. 光纖通信技術[M]. 北京：人民郵電出版社，2008.

[2]宋庭會. 智能變電站運行與維護[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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