Recerca sobre l'aplicació de cables híbrids elèctrics i òptics prefabricats en subestacions intel·ligents

Actualment, per augmentar de manera raonable l'eficiència i l'eficàcia de la fase de construcció d'enginyeria, aplicar profundament diversos assoliments de disseny en la fase d'aplicació, promoure el concepte de gestió del cicle de vida complet, aplicar de manera integral diverses noves tecnologies modernes, establir una interfície d'administració d'equips unificada i centralitzada, i millorar l'eficiència de l'enginyeria intensiva en les fases de disseny i construcció, la Corporació Estatal de Xarxa Elèctrica de China ha començat a implementar el disseny i la construcció de subestacions en un mode de distribució estandarditzat.

Un dels objectius principals és estandarditzar els paràmetres i estàndards d'interfície dels equips, permetent que l'equip primari es connecti a l'equip secundari, i que l'equip secundari s'connecti entre si de manera estandarditzada. Això assegura que la cablejada secundària sigui plug-and-play, proporcionant serveis més còmodes per a tasques com la licitació d'equips, l'operació i manteniment, i el disseny d'enginyeria, alhora que també redueix de manera raonable el temps de construcció de l'enginyeria. Basant-se en això, en les subestacions intel·ligents, s'ha portat a terme una investigació i anàlisi en profunditat sobre l'aplicació de cables híbrids prefabricats òptic-elèctrics, el qual té una importància pràctica extremadament important en la situació actual.

1. Anàlisi de l'àmbit d'aplicació dels cables híbrids prefabricats òptic-elèctrics en la fase d'aplicació

En el context modern, els mètodes de cablejada utilitzats per als terminals en quadres tradicionals de commutació i caixes de distribució òptica en subestacions durant el procés de connexió ja no poden satisfer les noves exigències de les subestacions prefabricades en les fases d'instal·lació i operació. Alhora, durant la construcció de subestacions intel·ligents, ja que són necessàries tasques com la cablejada de cabls i fibra òptica in situ, la connexió de circuits i la prova de circuits quan s'connecten els cabls i fibres òptiques dins dels armari, el període de construcció de l'enginyeria és relativament llarg.

Això no només porta a una baixa eficiència de construcció i una relativa baixa fiabilitat, sinó que també resulta en certes diferències en la disposició, instal·lació i mètodes de cablejada dels dispositius de connexió dins de cada armari. Per tant, l'aplicació de tecnologies de processos durant la fase de construcció és extremadament difícil, el que incrementa invisiblement el cost de treball en la fase de manteniment i porta a una eficiència de treball generalment baixa en les fases de prova de construcció i manteniment posterior.

Davant aquesta situació, considerant-ho de manera integral, l'aplicació de cables híbrids prefabricats òptic-elèctrics, que tenen avantatges com la ràpida inserció i extirpació, llarga vida útil, baixa densitat, petita mida i alta fiabilitat, pot satisfer millor les noves exigències de l'equipament en les subestacions intel·ligents per a la funcionalitat plug-and-play en l'era nova.

Recerca sobre l'aplicació de cables híbrids prefabricats òptic-elèctrics en subestacions intel·ligents

Generalment, els cables prefabricats són adequats per a les posicions entre el cos principal de l'equipament primari d'alta tensió i els armaris de control intel·ligent. Per a les subestacions intel·ligents que utilitzen equipament GIS (Sistema d'Informació Geogràfica), es poden seleccionar cables prefabricats doble cap per a les connexions entre els interruptors dins del cos principal del GIS i els armaris de control intel·ligent, entre els interruptors desconnectadors i els armaris de control intel·ligent, entre les caixes de mecanisme de terra i els armaris de control intel·ligent, i entre les caixes terminal de transformador principal i els armaris de control intel·ligent del transformador principal.

En què es refereix al mètode de connexió a ambdós extrems, es poden seleccionar connectors de plugues d'aviació per a la connexió, i es poden utilitzar socs prefabricats compatibles a ambdós extrems. A continuació, segons els principis de separar circuits de doble bucle, separar corrents fortes i febles, i separar corrents AC i DC, es pot realitzar una configuració raonable.Després de l'aplicació de cables prefabricats, el nivell de processament de les components dins de l'equipament durant l'ensamblat es veurà reforçat. Això no només pot estalviar l'espai dins dels quadres de commutació, sinó que també permet una instal·lació més còmoda, ràpida i eficient al lloc de construcció.

Quan l'equipament dels armaris de control intel·ligent es connecta a diversos dispositius de nivell de baia com instruments d'anàlisi de xarxes, dispositius d'oscil·lograma de falles, dispositius de protecció de transformadors principals, dispositius de mesura i control de línia, i dispositius de protecció de línia, es fan servir principalment fibres òptiques. Tanmateix, el procés de construcció utilitzat per a l'instal·lació de fibres òptiques normals és més complex que el de cabls, i els requisits per a l'entorn d'instal·lació durant la fusió de fibra òptica són extremadament elevats. Per tant, es poden seleccionar fibres òptiques prefabricades amb connectors prefabricats a la fàbrica. Durant la construcció in situ, es pot utilitzar un mètode de connexió sense fusió, el qual pot minimitzar l'atenuació i pèrdua òptica durant la construcció dels punts de fusió de fibra òptica i millorar la fiabilitat i estabilitat del bucle de fibra òptica durant la connexió.

2. Anàlisi de les característiques tècniques dels cables híbrids prefabricats òptic-elèctrics

Els cables híbrids òptic-elèctrics són cables que incorporen conductors aïllats dins de l'estructura de fibres òptiques, integrant fils de cobre per a la transmissió d'energia i fibres òptiques en un sol. Com que la transmissió d'energia i la transmissió de fibres òptiques pertanyen a dos tipus totalment diferents de mètodes de transmissió, no hi haurà interferència entre ells durant el procés de transmissió. E ls cables híbrids òptic-elèctrics no només posseeixen les característiques de les fibres òptiques normals, sinó que també compleixen amb els estàndards i especificacions rellevants per a la transmissió d'energia de baixa tensió de cabls. Poden abordar simultàniament els problemes existents en la transmissió de senyals òptics i elèctrics de l'equipament.

En termes d'avançs dels cables híbrids òptic-elèctrics, tenen les característiques d'ocupar un espai petit, ser lleugers i tenir un diàmetre exterior petit. En la major part dels casos passats, els problemes que requereixen l'ús conjunt de múltiples cabls i fibres òptiques ara es poden abordar de manera raonable utilitzant simplement un cable híbrid. Alhora, l'aplicació de cables híbrids òptic-elèctrics també té els següents avantatges:

•  Durant el procés de transmissió, pot proporcionar simultàniament diversos tipus diferents de tecnologies de transmissió. L'equipament té una gran capacitat d'expansió i una bona adaptabilitat durant l'aplicació, i el producte té una cobertura relativament àmplia en termes d'aplicabilitat.

•  En termes de rendiment d'aplicació, té una excel·lent resistència a la pressió interna i flexibilitat, amb una superioritat relativament alta i un nivell relativament alt de facilitat durant la construcció.

• Els clients no necessiten gastar costos excesius durant el procés d'adquisició, i el cost durant la construcció és relativament baix.

Com que el cable híbrid és de tipus prefabricat, durant la fase inicial de disseny, cal calcular i preveure amb precisió la longitud real de la fibra òptica prefabricada per evitar, en la mesura del possible, situacions on la longitud no compleixi l'estàndard o superi l'estàndard. Actualment, els fabricants d'equipament poden proporcionar cables híbrids òptic-elèctrics prefabricats. El rang de personalització del nombre de nuclis de la fibra òptica és aproximadament de 6 a 48 nuclis, i es pot seleccionar multimode o monomode. Els tipus de blindatge són principalment cobre o allumini corrugat. La longitud es pot prefabricar amb antelació, i es poden seleccionar diversos tipus de connectors elèctrics o òptics per als connectors a ambdós extrems.

Quan es selecciona un quadre de distribució, es recomana utilitzar un quadre de distribució híbrid òptic-elèctric modular, que pot configurar de manera flexible i científica la proporció de fibres òptiques a cobre segons les diferències diferents dels ports d'equipament d'usuari, maximitzant la satisfacció de diversos requisits en el procés de gestió de la distribució d'energia.

Segons les característiques dels cables híbrids òptic-elèctrics, en una subestació intel·ligent, els terminus intel·ligents de cada baia es poden unificar uniformement en senyals d'alarma de pèrdua d'energia i senyals òptics d'unitat, i s'envien al dispositiu de protecció, mesura i control de la baia utilitzant el mateix tipus de cable híbrid òptic-elèctric. Quan la font d'energia AC i DC es connecta des dels quadres de distribució AC i DC de la fàbrica de quadres de commutació, el cablejada utilitzat per connectar l'equipament a través de diferents pisos i llocs es pot simplificar uniformement en cables híbrids òptic-elèctrics, permetent la realització de l'idea que tots els senyals de control d'una baia típica són connectats utilitzant un sol cable.

3. Anàlisi específic de casos d'aplicació de cables híbrids prefabricats òptic-elèctrics

Aquest article pren com a casos principals les baias típiques del costat de 110 kV i 220 kV d'una subestació intel·ligent específica. Comparant les situacions específiques de l'aplicació de cables híbrids prefabricats òptic-elèctrics, s'explica específicament les característiques principals de l'aplicació de cables híbrids prefabricats òptic-elèctrics com segueix:

(1) Anàlisi estadística de les especificacions i quantitats de cables híbrids òptic-elèctrics al costat de 110 kV

Basant-se en el mode de cablejada de doble busbar al costat de 110 kV i l'ús d'equipament GIS per a la recerca, hi ha una configuració única en la unitat integrada de l'unitat de fusió del terminal intel·ligent per a la línia d'energia de 110 kV i la seccionalització; hi ha una configuració doble en la unitat integrada de l'unitat de fusió del terminal intel·ligent per a la línia d'entrada principal de 110 kV. Es fan instal·lar dues unitats de fusió de tensió de bus en les posicions de control intel·ligent de l'equipament de busbar.

El següent pren com a exemple la baia de línia de 110 kV. Analitzant de manera centralitzada les quantitats de fibres òptiques i cabls entre l'armari de control intel·ligent i l'equipament secundari, es classifiquen i analitzen les especificacions i quantitats dels cables híbrids òptic-elèctrics al costat de 110 kV.

Taula 1 Estadístiques de coeficients de cabl i fibra òptica en intervals de línia de 110 quilovolts

Com es mostra a la Taula 1, comptant de manera centralitzada el nombre de nuclis de fibra òptica i de cable des de la capa de procés fins a la capa de baia en la baia de línia de 110 kV, i considerant de manera integral la demanda màxima i els nuclis de reserva reals, s'ha seleccionat un cable híbrid òptic-elèctric prefabricat compost per una fibra òptica de 12 nuclis més fils de cobre de 6×1,5 mm per a les baias de línia d'eixida i seccionalització. Segons la configuració dual de la subestació principal, s'han seleccionat dos cables híbrids òptic-elèctrics prefabricats, cadascun compost per fibres òptiques de 12 nuclis més fils de cobre de 6×1,5 mm, per a l'armari de control intel·ligent principal al costat de 110 kV.

(2) Anàlisi estadística de les especificacions i quantitats de cables híbrids òptic-elèctrics al costat de 220 kV

Basant-se en el mode de cablejada de doble busbar al costat de 220 kV i l'ús d'equipament GIS (Sistema d'Informació Geogràfica), els terminals intel·ligents i les unitats de fusió són disposats de manera uniforme en l'armari de control intel·ligent. La recerca sobre la configuració de la capa de procés i la capa de baia es duu a terme utilitzant un mètode de configuració dual.

El següent pren com a exemple específic la baia de línia de 220 kV. Analitzant estadísticament les quantitats de fibres òptiques i cabls des de l'armari de control intel·ligent fins a la sala d'equipament secundari, es classifiquen i resumen les especificacions i quantitats reals dels cables híbrids òptic-elèctrics de 220 kV.

Considerant la configuració dual al costat de 220 kV, el nombre de nuclis de cable i de fibra òptica del segon cable i la seva configuració són els mateixos que els del primer cable. El contingut específic es mostra a la Taula 2. Analitzant estadísticament el nombre de nuclis de cable i de fibra òptica des de la capa de procés fins a la capa de baia en la baia de línia de 220 kV, i considerant de manera sistemàtica la demanda màxima i els nuclis de reserva, cada armar de control intel·ligent pot utilitzar dos cables híbrids òptic-elèctrics prefabricats amb una especificació de fibres òptiques de 24 nuclis més fils de cobre de 6×1,5 mm.

(3) Agregació i anàlisi de dades de l'aplicació de cables híbrids òptic-elèctrics en subestacions intel·ligents

Basant-se en les dades del procés estadístic mencionat anteriorment, l'anàlisi mostra que, en termes d'especificacions, els cables híbrids òptic-elèctrics prefabricats utilitzats a l'interior de les subestacions intel·ligents es poden optimitzar en fibres òptiques de 24 nuclis + cabls de 6 nuclis i fibres òptiques de 12 nuclis + cabls de 6 nuclis.

El nombre de cabls des dels armari de control intel·ligent de cada costat de 220 kV i subestacions principals fins a la sala d'equipament secundari es pot reduir a dos, i el nombre de cabls des de l'armari de control intel·ligent del costat de 110 kV fins a la sala d'equipament secundari es pot reduir a un.

Com el cost dels materials d'equipament en el procés d'inversió continua disminuint, es generen una sèrie de beneficis econòmics indirectes, com segueix:

• El nivell orientat al procés i la simplificació dels components de cable són més alts, i l'eficiència de treball en el procés de construcció és més alta. Això pot maximitzar l'estalvi de man d'obra i temps d'enginyeria i reduir el cost de l'instal·lació i construcció in situ.

• Després d'utilitzar cables prefabricats, es pot millorar específicament el nivell d'estandardització dels usuaris, reduir la varietat i la quantitat de materials, alliberar de manera raonable l'ocupació de l'inventari original dels usuaris i reduir el cost de gestió.

• Redueix la càrrega de treball en el procés posterior d'operació i manteniment, té un rendiment millor en termes de sostenibilitat i protecció ambiental, i és més conforme amb els requisits generals de la construcció de subestacions "de dos tipus i una estandardització".

Taula 2 Estadístiques de nuclis de cable i fibra òptica en intervals de línia de 220 quilovolts

4. Conclusió

En resum, l'aplicació de cables prefabricats en subestacions intel·ligents busca aconseguir connexions estandarditzades i regulades per a fibres òptiques i cabls entre l'equipament primari i secundari, així com entre l'equipament secundari. Això pot millorar específicament l'eficiència de construcció i la qualitat del procés de l'equipament secundari durant la fase de construcció.

Aquest article ha discutit principalment l'àmbit d'aplicació i les característiques tècniques dels cables híbrids prefabricats òptic-elèctrics. S'ha estudiat i analitzat l'aplicació específica de cables híbrids òptic-elèctrics en subestacions intel·ligents de 220 kV, i s'ha resumat i analitzat diverses interfícies estàndard comunes de cables híbrids utilitzats en subestacions de 220 kV.

L'ús de cables híbrids prefabricats òptic-elèctrics pot integrar orgànicament cabls i fibres òptiques. Pot reduir específicament la càrrega de treball de col·locació al lloc de construcció, reduir la mida de la secció transversal dels canals de cabl i l'àrea ocupada real, i reduir eficientment el cost del projecte a lo llarg de tot el cicle de projecte de les subestacions intel·ligents.

El contingut de la recerca en aquest article es centra principalment en com utilitzar cables híbrids òptic-elèctrics per substituir cables òptics prefabricats per connectar l'equipament secundari entre quadres de commutació en diferents llocs i àrees com entre habitacions.