Investigación sobre la Aplicación de Cables Híbridos Eléctricos y Ópticos Prefabricados en Subestaciones Inteligentes
Actualmente, para mejorar de manera racional la eficiencia y efectividad de la fase de construcción de ingeniería, aplicar profundamente diversos logros de diseño en la fase de aplicación, promover el concepto de gestión del ciclo de vida completo, aplicar integralmente diversas nuevas tecnologías modernas, establecer una interfaz de gestión de equipos unificada y centralizada, y mejorar la eficiencia de la ingeniería intensiva en las etapas de diseño y construcción, la Corporación Estatal de Red Eléctrica de China ha comenzado a implementar el diseño y construcción de subestaciones en un modo de distribución estandarizado.
Uno de los principales objetivos es estandarizar los parámetros y estándares de interfaz del equipo, permitiendo que el equipo primario se conecte al secundario, y que el equipo secundario se conecte entre sí de manera estandarizada. Esto asegura que el cableado secundario sea de tipo "plug and play", proporcionando servicios más convenientes para tareas como la licitación de equipos, operación y mantenimiento, y diseño de ingeniería, mientras también reduce razonablemente el tiempo de construcción de la ingeniería. Basándose en esto, en las subestaciones inteligentes, se han llevado a cabo investigaciones y análisis en profundidad sobre la aplicación de cables híbridos óptico-eléctricos prefabricados, lo cual tiene una importancia práctica extremadamente importante en la situación actual.
1. Análisis del Alcance Aplicable de los Cables Híbridos Óptico-Eléctricos Prefabricados en la Fase de Aplicación
En el contexto moderno, los métodos de cableado utilizados para los bornes terminales en los cuadros de conmutación tradicionales y las cajas de distribución de fibra óptica en las subestaciones durante el proceso de conexión ya no pueden satisfacer los nuevos requisitos de las subestaciones prefabricadas en las etapas de instalación y operación. Al mismo tiempo, durante la construcción de subestaciones inteligentes, ya que se requieren tareas como el cableado de cables y fibras ópticas en el sitio, la conexión de circuitos y la depuración de circuitos al conectar los cables y fibras ópticas dentro de los gabinetes, el período de construcción de la ingeniería es relativamente largo.
Esto no solo conduce a una baja eficiencia de construcción y una confiabilidad relativamente baja, sino que también resulta en ciertas diferencias en la colocación, instalación y métodos de cableado de los dispositivos de conexión dentro de cada gabinete. Por lo tanto, la aplicación de tecnologías de procesamiento durante la fase de construcción es extremadamente difícil, lo que aumenta invisiblemente el costo de trabajo en la fase de mantenimiento y conduce a una eficiencia generalmente baja en las fases de depuración de construcción y mantenimiento posterior.
Dada esta situación, considerando de manera integral, la aplicación de cables híbridos óptico-eléctricos prefabricados, que tienen las ventajas de un rápido enchufe y desenchufe, larga vida útil, baja densidad, pequeño tamaño y alta confiabilidad, puede satisfacer mejor los nuevos requisitos de los equipos en subestaciones inteligentes para la funcionalidad de "plug and play" en la nueva era.
Investigación sobre la Aplicación de Cables Híbridos Óptico-Eléctricos Prefabricados en Subestaciones Inteligentes
Generalmente, los cables prefabricados son adecuados para las posiciones entre el cuerpo principal del equipo primario de alta tensión y los gabinetes de control inteligente. Para subestaciones inteligentes que utilizan equipos GIS (Sistema de Información Geográfica), se pueden seleccionar cables prefabricados de doble extremo para las conexiones entre los interruptores dentro del cuerpo principal del GIS y los gabinetes de control inteligente, entre los interruptores de desconexión y los gabinetes de control inteligente, entre las cajas de mecanismo de interruptor de tierra y los gabinetes de control inteligente, y entre las cajas terminales del transformador principal y los gabinetes de control inteligente del transformador principal.
En cuanto al método de conexión en ambos extremos, se pueden seleccionar conectores de enchufe de aviación para la conexión, y se pueden utilizar zócalos prefabricados compatibles en ambos extremos. Luego, según los principios de separación de circuitos de doble bucle, separación de corrientes fuertes y débiles, y separación de corrientes AC y DC, se puede realizar una configuración razonable.Después de la aplicación de cables prefabricados, el nivel de proceso de los componentes dentro del equipo durante el ensamblaje se verá mejorado. Esto no solo puede ahorrar espacio dentro de los cuadros de conmutación, sino que también permite una instalación más conveniente, rápida y eficiente en el sitio de construcción.
Cuando el equipo de gabinetes de control inteligente se conecta a diversos dispositivos de nivel de bahía, como instrumentos de análisis de red, dispositivos de oscilograma de falla, dispositivos de protección de transformadores principales, dispositivos de medición y control de líneas, y dispositivos de protección de líneas, se utilizan principalmente cables ópticos. Sin embargo, el proceso de construcción utilizado para la instalación de cables ópticos comunes es más complejo que el de los cables, y los requisitos para el entorno de instalación durante la fusión de fibras ópticas son extremadamente altos. Por lo tanto, se pueden seleccionar cables ópticos prefabricados con conectores prefabricados en la fábrica. Durante la construcción en el sitio, se puede utilizar un método de conexión sin fusión, lo que puede minimizar la atenuación y pérdida óptica durante la construcción de los puntos de fusión de fibras ópticas y mejorar la confiabilidad y estabilidad del bucle de fibra óptica durante la conexión.
2. Análisis de las Características Técnicas de los Cables Híbridos Óptico-Eléctricos Prefabricados
Los cables híbridos óptico-eléctricos son cables que incorporan conductores aislados dentro de la estructura de los cables ópticos, integrando hilos de cobre para transmisión de energía y fibras ópticas en uno. Dado que la transmisión de energía y la transmisión de cables ópticos pertenecen a dos tipos completamente diferentes de métodos de transmisión, no habrá interferencia entre ellos durante el proceso de transmisión. Los cables híbridos óptico-eléctricos no solo poseen las características de los cables ópticos comunes, sino que también cumplen con las normas y especificaciones relevantes para la transmisión de energía de baja tensión de los cables. Pueden abordar simultáneamente los problemas existentes en la transmisión de señales ópticas y eléctricas del equipo.
En términos de las ventajas de los cables híbridos óptico-eléctricos, tienen las características de ocupar un espacio pequeño, ser ligeros y tener un diámetro exterior pequeño. En la mayoría de los casos en el pasado, problemas que requerían la utilización de múltiples cables y fibras ópticas para resolver juntos, ahora pueden resolverse razonablemente utilizando solo un cable híbrido. Al mismo tiempo, la aplicación de cables híbridos óptico-eléctricos también tiene las siguientes ventajas:
Durante el proceso de transmisión, puede proporcionar simultáneamente múltiples tipos diferentes de tecnologías de transmisión. El equipo tiene una fuerte expansibilidad y buena adaptabilidad durante la aplicación, y el producto tiene una cobertura relativamente amplia en términos de aplicabilidad.
En términos de rendimiento de aplicación, tiene una excelente resistencia a la presión interna y flexibilidad, con una superioridad y un nivel de conveniencia relativamente altos durante la construcción.
Los clientes no necesitan gastar costos excesivos durante el proceso de adquisición, y el costo durante la construcción es relativamente bajo.
Dado que el cable híbrido es del tipo prefabricado, durante la etapa de diseño inicial, es necesario calcular y predecir con precisión la longitud real de tendido del cable óptico prefabricado para evitar, en la medida de lo posible, situaciones donde la longitud no cumple con el estándar o excede el estándar. Actualmente, los fabricantes de equipos pueden proporcionar cables híbridos óptico-eléctricos prefabricados. El rango de personalización del número de núcleos en el cable óptico es aproximadamente de 6 a 48 núcleos, y se puede seleccionar como multimodo o monomodo. Los tipos de armaduras son en su mayoría de cobre o aluminio corrugado. La longitud se puede prefabricar con anticipación, y se pueden seleccionar varios tipos diferentes de conectores eléctricos u ópticos para los conectores en ambos extremos.
Al seleccionar un rack de distribución, se recomienda utilizar un rack de distribución híbrido óptico-eléctrico modular, que puede configurar de manera flexible y científica la proporción de fibras ópticas a cobre según las diferentes diferencias de los puertos de los equipos de los usuarios, maximizando la satisfacción de diversos requisitos en el proceso de gestión de la distribución de energía.
Según las características de los cables híbridos óptico-eléctricos, en una subestación inteligente, las terminales inteligentes de cada bahía pueden combinarse de manera uniforme en señales de alarma de pérdida de energía y señales ópticas de unidad, y transmitirse al equipo de protección, medición y control de la bahía utilizando el mismo tipo de cable híbrido óptico-eléctrico. Cuando las fuentes de alimentación AC y DC se conectan desde los paneles de distribución AC y DC de la fábrica de tableros, el cableado utilizado para conectar el equipo a través de diferentes pisos y sitios puede simplificarse de manera uniforme en cables híbridos óptico-eléctricos, permitiendo la realización de la idea de que todas las señales de control de una bahía típica se conectan utilizando un solo cable.
3. Análisis Específico de Casos de la Aplicación de Cables Híbridos Óptico-Eléctricos Prefabricados
Este artículo toma como casos principales las bahías típicas en los lados de 110 kV y 220 kV de una subestación inteligente determinada. Al comparar las situaciones específicas de la aplicación de cables híbridos óptico-eléctricos prefabricados, se elabora específicamente sobre las principales características de la aplicación de cables híbridos óptico-eléctricos prefabricados de la siguiente manera:
(1) Análisis Estadístico de las Especificaciones y Cantidades de Cables Híbridos Óptico-Eléctricos en el Lado de 110 kV
Basado en el modo de cableado de doble bus en el lado de 110 kV y el uso de equipos GIS para la investigación, hay una configuración de un solo conjunto en el dispositivo integrado de la unidad de fusión del terminal inteligente para la línea de alimentación de 110 kV y la seccionadora; hay una configuración de doble conjunto en el dispositivo integrado de la unidad de fusión del terminal inteligente para la línea de entrada del transformador principal de 110 kV. Se instalan dos unidades de fusión de voltaje de bus en las posiciones de control inteligente del equipo de bus.
Lo siguiente se centra principalmente en la bahía de la línea de 110 kV. Al analizar de manera centralizada las cantidades de cables ópticos y cables entre el gabinete de control inteligente y el equipo secundario, se ordenan y analizan las especificaciones y cantidades de los cables híbridos óptico-eléctricos en el lado de 110 kV.
Tabla 1 Estadísticas de coeficientes de cables y fibras ópticas en intervalos de línea de 110 kilovatios
Como se muestra en la Tabla 1, al contar de manera centralizada el número de núcleos de fibra óptica y núcleos de cable desde la capa de proceso hasta la capa de bahía en la bahía de la línea de 110 kV, y considerar de manera integral la demanda máxima y los núcleos de repuesto reales, se selecciona un cable híbrido óptico-eléctrico prefabricado compuesto por una fibra óptica de 12 núcleos más cables de cobre de 6×1.5 mm para las bahías de salida y seccionadora. Según la doble configuración de la subestación principal, se seleccionan dos cables híbridos óptico-eléctricos prefabricados, cada uno compuesto por 12 núcleos de fibra óptica más cables de cobre de 6×1.5 mm, para el gabinete de control inteligente principal en el lado de 110 kV.
(2) Análisis Estadístico de las Especificaciones y Cantidades de Cables Híbridos Óptico-Eléctricos en el Lado de 220 kV
Basado en el modo de cableado de doble bus en el lado de 220 kV y el uso de equipos GIS (Sistema de Información Geográfica), los terminales inteligentes y las unidades de fusión se organizan de manera uniforme en el gabinete de control inteligente. La investigación sobre la configuración de la capa de proceso y la capa de bahía se lleva a cabo utilizando un método de doble configuración.
Lo siguiente se centra principalmente en la bahía de la línea de 220 kV como un ejemplo específico. Al analizar estadísticamente las cantidades de cables ópticos y cables desde el gabinete de control inteligente hasta la sala de equipos secundarios, se ordenan y resumen las especificaciones y cantidades reales de los cables híbridos óptico-eléctricos de 220 kV.
Considerando la doble configuración en el lado de 220 kV, el número de núcleos de cable y núcleos de fibra óptica del segundo cable y su configuración son los mismos que los del primer cable. El contenido específico se muestra en la Tabla 2. Al analizar estadísticamente el número de núcleos de cable y núcleos de fibra óptica desde la capa de proceso hasta la capa de bahía en la bahía de la línea de 220 kV, y considerar sistemáticamente la demanda máxima y los núcleos de repuesto, cada gabinete de control inteligente puede utilizar dos cables híbridos óptico-eléctricos prefabricados con una especificación de 24 núcleos de fibra óptica más cables de cobre de 6×1.5 mm.
(3) Agregación y Análisis de Datos de la Aplicación de Cables Híbridos Óptico-Eléctricos en Subestaciones Inteligentes
Basado en los datos del proceso estadístico mencionado anteriormente, el análisis muestra que, en términos de especificaciones, los cables híbridos óptico-eléctricos prefabricados utilizados dentro de las subestaciones inteligentes pueden optimizarse en cables ópticos de 24 núcleos + cables de 6 núcleos y cables ópticos de 12 núcleos + cables de 6 núcleos.
El número de cables desde los gabinetes de control inteligente en cada lado de 220 kV y la subestación principal hasta la sala de equipos secundarios puede reducirse a dos, y el número de cables desde el gabinete de control inteligente en el lado de 110 kV hasta la sala de equipos secundarios puede reducirse a uno.
A medida que el costo de los materiales de equipos en el proceso de inversión continúa disminuyendo, se generan una serie de beneficios económicos indirectos, como sigue:
Los niveles orientados al proceso y de flujo de trabajo de los componentes de cableado son más altos, y la eficiencia de trabajo en el proceso de construcción es mayor. Esto puede maximizar el ahorro en mano de obra y tiempo de ingeniería, y reducir el costo de instalación y construcción en el sitio.
Después de usar cables prefabricados, se puede mejorar específicamente el nivel de estandarización de los usuarios, reducir la variedad y cantidad de materiales, liberar razonablemente la ocupación del inventario original de los usuarios y reducir el costo de gestión.
Reduce la carga de trabajo en el proceso de operación y mantenimiento posterior, tiene un mejor rendimiento de sostenibilidad y protección ambiental, y está más en línea con los requisitos generales de la construcción de subestaciones "de dos tipos y una estandarización".
Tabla 2 Estadísticas de Núcleos de Cable y Fibras Ópticas en Intervalos de Línea de 220 Kilovatios
4. Conclusión
En resumen, la aplicación de cables prefabricados en subestaciones inteligentes tiene como objetivo lograr conexiones estandarizadas y reguladas para cables ópticos y cables entre el equipo primario y secundario, así como entre el equipo secundario. Esto puede mejorar específicamente la eficiencia de construcción y la calidad del proceso del equipo secundario durante la fase de construcción.
Este artículo ha discutido principalmente el alcance de aplicación y las características técnicas de los cables híbridos óptico-eléctricos prefabricados. Ha estudiado y analizado la aplicación específica de los cables híbridos óptico-eléctricos en subestaciones inteligentes de 220 kV, y ha resumido y analizado varias interfaces estándar comunes de cables híbridos utilizados en subestaciones de 220 kV.
El uso de cables híbridos óptico-eléctricos prefabricados puede integrar orgánicamente cables y fibras ópticas. Puede reducir específicamente la carga de trabajo de tendido en el sitio de construcción, disminuir la sección transversal de las zanjas de cable y el área real ocupada, y reducir eficazmente el costo del proyecto a lo largo de todo el ciclo de proyecto de subestaciones inteligentes.
El contenido de la investigación en este artículo se centra principalmente en cómo utilizar cables híbridos óptico-eléctricos para reemplazar cables ópticos prefabricados para conectar equipos secundarios entre cuadros de conmutación en diferentes sitios y áreas, como entre habitaciones.
