1、 34 智能变电站光缆选型及优化设计 2014年 4月摘 要 无人值守智能变电站以信息的畅通传送为基础，光缆是无人值守智能变电站信息的高速公路。光缆构建起全站通信的主干网络，承担了大部分的重要数据传输任务，影响全局。如果因为光缆使用不当而引起系统拒动或误动等故障，造成的直接、间接经济及社会效益损失将无法估量，甚至远超光缆系统造价本身。基于光缆的重要性，本专题的研究的主要内容包括： 1） 光缆的选型 结合 无人值守标准配送 式 智能变电站应用实际，对光纤、光缆 、连接器等常规光纤组件 的 主要性能指标，提出技术 要求 规范。 2） 预制光缆的敷设 遵循 “ 精确测量、适当裕度、余长收纳 ” 原则
2、，分析 光缆布线的类型，规范柜内、柜外光缆的布线敷设标准 。 3）本工程的应用 推荐本工程户内屏柜之间的连接采用尾缆 。针对二次屏柜及智能控制柜“前接线前显示”方式，创新性的提出了一种利用 “预制光缆+预制光缆接线箱”来实现光纤接线模块化的设计理念。与常规 ODC 预制光缆相比，该方案更适用于采用前接线的二次设备。 光缆经优化整合，全站本期光缆仅为 1.5km。 1 1 0 k V 线 路 智 能 柜 - 正 面 图1 - 2 n保 护 测 控 装 置 集 成（ 含 非 关 口 计 量 功 能 ）1 - 1 n合 并 单 元 智 能 终 端 装 置 集 成1 1 0 k V 线 路 智 能 柜
3、 - 正 面 图 ( 装 置 液 晶 翻 开 、 挡 板 打 开 后 )1 - 3 n预 制 光 缆 接 线 模 块 箱1 - 1 n1 - 2 n预 制 光 缆 接 线 箱至 预 制 光 缆 航 插 头经 L C - L C 或 L C - S T 跳线 至 智 能 设 备L C - L C 跳 线L C - L C 跳 线保 护 测 控 计 量 集 成 装 置G / S 共 口组 网 光 口合 并 单 元 智 能 终 端 集 成 装 置G / S 共 口L P 直 采 直 跳光 口G / S 共 口B P 直 采 直 跳光 口G / S 共 口组 网 光 口G / S 共 口L P 直 采
4、 直 跳光 口L C - L C 跳 线对 时I R I G - B 光 口L C - S T 跳 线对 时I R I G - B 光 口L C - L C 跳 线L C - S T 跳 线图 例 ： L P - 线 路 保 护B P - 母 线 保 护I R I G - B 预 留 B 码 对 时 口预 制 光 缆 - 至 母 差 柜 预 制 光 缆 接 线 模 块 箱模 块 化 预 制 光 缆 接 线 箱虚 线 框 内 接 线 均 在 设 备 厂 家 内 完 成 ， 现 场 只 需 完 成 与 预 制 光 缆 航 插 头 的 对 接目录 1 前言 . 1 2 智能变电站光缆应用现状及发展趋
5、势 . 2 2.1 智能变电站光缆应用现状 . 2 2.2 应用中存在的问题 . 4 2.3 光缆技术发展趋势 . 5 3 普通光缆与预制光缆比选 . 7 3.1 施工方式 . 7 3.2 安装方式 . 8 4 预制光缆优化选型研究 . 10 4.1 预制光缆的基本类型 . 10 4.2 预制光缆的主要技术指标 . 11 4.3 光缆连接器主要技术指标 . 15 4.4 标准配送式智能变电站预制光缆选型 . 17 5 专题结论 . 22 1 1 前言 随着电力负荷快速持续增长，超大容量、超大系统电网的逐渐形成，对电网安全、稳定、可靠、控制、信息交互等方面的要求不断提高，建设智能化电网成为电力系
6、统发展的必然方向。变电站作为电力系统的核心组成部分，从基于模拟信号 、电缆连接、数据繁杂的传统变电站转变到基于光信号、光纤连接、数据统一共享的智能化变电站，这是整个电力系统的必然发展趋势。在当前国民经济快速发展的大环境下，国家电网公司智能输变电工程的建设速度明显加快、智能变电站的建设全面铺开。 智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。 智能化变电站采用网络化 光通信手段来替代原
7、有的控制电缆。由于采样值 SV 网取代了用于交流采样的控制电缆， GOOSE 网取代了用于开关量采样、设备间联闭锁二次控制电缆， MMS 网取代了用于采集遥信、中央信号等控制电缆，智能化变电站与常站相比，其控制电缆的用量大大减少，但随之而来的是由于 MMS 网、 GOOSE 网和 SV 网组网、 MU 合并单元和电子式互感器等通信需要，对光缆的需求量增幅巨大。 与传统控制电缆相比，光缆一方面具有高带宽、抗电磁干扰、传输距离远等优点，另一方面又具有物理强度低、纤芯易损坏、接续工艺复杂，且其工作稳定性会受到材质、施工工艺 及环境因素等多方面2 影响等特征。光缆系统负担全站的信息通信任务，影响全局，
8、如果因为光缆使用不当而引起系统拒动或误动等故障，造成的直接、间接经济及社会效益损失将无法估量，甚至远超光缆系统造价本身，因此有必要选择适合于智能变电站的光缆型号、参数，并对其敷设方式进行优化整合，便于运行维护管理。 本报告从预制光缆选型、敷设、布线等方面，通过对现有技术的详细分析比较，结合工程实施经验，提出标准配送式智能变电站预制光缆优化整合及 “即插即用 ”实施方案。 2 智能变电站光缆应用现状及发展趋势 2.1 智能变电站光缆应用现 状 光缆广泛应用于智能变电站中 GOOSE、 SV 组网及故障录波、网络分析、对时等重要信号的传输。根据不同的设计思路，光缆芯数通常选用 2 芯、 4 芯、
9、8 芯、 12 芯、 24 芯等，光纤类型主要为多模62.5m。光缆主要用于机柜间装置的连接。在同一房间内通常采用室内尾缆，场地上或出室外则采用室外光缆，敷设完毕后由施工方或厂家组织现场熔接。由于经验、工期等条件限制，部分变电站采用在桥架或地面上直接敷设、捆扎光缆等施工方式。而借鉴其它行业如通信行业的成熟经验，采用光缆槽盒对光缆进行保护的设计也越来越普遍。 3 图 1 光缆现 场熔接 图 2 桥架敷设 4 图 3 光缆槽盒 2.2 应用中存在的问题 2.2.1 缺乏规范，选型较随意 目前，在变电站光缆系统的构建中并没有统一的技术及相关规范。光缆通常委托施工单位或设备厂家自行提供，设计只给出芯数
10、和长度，在性能指标上没有根据变电站特定运行环境作特别规定。即便在同一变电站中，不同厂家提供的光缆性能指标也常常各异，如果在光缆敷设过程中，忽视不同厂家光缆的最大拉伸力、最小弯曲半径等指标差异，采用相同的敷设及线缆整理工艺，就有可能对光缆形成损伤，影响系统长期工作可靠性。此外，作为光路 的一部分，智能变电站中经常采用的光纤连接器如 ST， LC 等，以及尾纤、跳线等，其光学、机械和物理性也都是常常被忽视的内容。 5 2.2.2 工艺落后，建设周期长 智能变电站中光缆用量巨大，传统的光缆熔接工艺工序繁琐，费时费力，工作量大。而智能变电站建设周期短，各环节衔接紧凑，光缆系统建设受到土建、电气安装、调
11、试等诸多环节限制，常常成为整个变电站建设的瓶颈。并且熔接对环境要求较高，温度、湿度、粉尘及人员水平等都会对熔接质量及进度产生影响，较难控制并易形成安全隐患。 2.3 光缆技术发展趋势 当前光缆通信技术快速 发展，各项新技术、新装备层出不穷。积极利用新型技术装备，借鉴其它行业的成功经验，是提升智能变电站光缆系统建造水平和运行质量的有效手段，并可带来大量直接、间接收益。 2.3.1 光纤光缆技术发展方向 光缆的主要性能可以分为光学性能、机械性能、环境性能等方面。 在光学性能上，通过新型光导材料、结构的采用，光纤通信的逐步向低损耗、低色散、高带宽的全光通信方向发展，光缆的传输性能大大加强。 而从光缆
12、的机械性能和结构上看，小型化、轻量化已经成为一种趋势。通过新型涂层和高分子材料的选用，非金属铠装或轻型铠装光缆在防护 能力上已经大幅提高，具有良好的拉伸、耐冲击和弯曲能力，同时又具有更小的外形尺寸和重量，既可以降低光缆成本，又可以降低施工难度，节约施工费用。 6 在灾害下如火灾等情况下，光缆燃烧时产生的烟雾可能会对智能变电站中的工作人员和环境造成显著伤害。随着公众环保意识的增强，对光缆毒性、燃烧性能的要求也日益增强。新型的低烟无卤型环保光缆，可以在最大限度上规范和控制光缆系统对环境的负面影响。并且通过新型阻燃材料的选用，可以延长光缆在燃烧工况下的工作时间，为故障排查争取时间。 2.3.2 预制
13、光缆技术 智能变电站中光缆用量巨 大。如果采用传统熔接方式，不但工艺复杂、费时费力、影响项目排期，而且还易受人员操作水平、环境温度及粉尘影响，造成各熔点的质量良莠不齐，在环境条件急剧变化或长期运行中留下安全隐患。 随着光缆制造水平的提高，出厂前就在光缆单端或双端预制连接器的预制光缆技术，近年来也逐渐取得了长足发展。预制光缆摒弃了传统的熔接方法，而是把在剥离出的光芯上直接安装连接器，并以可靠方式加以固定保护。由此得到的预制光缆消除了熔接断点，可以直接插接或跳接设备，在消除繁冗熔接工作量的同时，又降低光路损耗，提高了系统通信可靠性。 2.3.3 新型连接器技术 目前，光纤连接器逐步向高性能、高密度、小型化的方向发展。一方面，通过新材料的选用，增强连接器强度、提升连接器对纤芯的防护性能、延长使用寿命和插拔次数。另一方面，通过多芯连接器的研制，在占用空间较小的情况下满足多芯光缆的连接需要，减小装置体积、简化柜内布线。
