پژوهش در مورد کاربرد کابل‌های هیبرید نوری و الکتریکی پیش ساخته در زیرстанسیون‌های هوشمند

در حال حاضر، به منظور افزایش منطقی کارایی و اثربخشی مرحله ساخت و ساز مهندسی، کاربرد عمیق همه دستاوردهای طراحی در مرحله کاربرد، ترویج مفهوم مدیریت چرخه حیات کامل، استفاده جامع از همه فناوری‌های نوین مدرن، برقراری رابط مدیریت تجهیزات یکپارچه و متمرکز و بهبود کارایی مهندسی متمرکز در مراحل طراحی و ساخت، شرکت برق آزاد سینا (State Grid Corporation of China) شروع به اجرای طراحی و ساخت زیرстанسیون‌ها به صورت استاندارد شده است.

یکی از اهداف اصلی استانداردسازی پارامترها و استانداردهای رابط تجهیزات است تا بتوان تجهیزات اصلی را به تجهیزات ثانویه و تجهیزات ثانویه را به یکدیگر به صورت استاندارد متصل کرد. این امر اطمینان می‌دهد که سیم‌کشی ثانویه قابل اتصال و جدا شدن باشد و خدمات بیشتری برای کارهایی مانند پیشنهاد تجهیزات، عملیات و نگهداری و طراحی مهندسی فراهم کند، در حالی که به طور منطقی زمان ساخت و ساز را کاهش می‌دهد. بر اساس این، در زیرستانسیون‌های هوشمند، تحقیقات و تجزیه و تحلیل عمیقی درباره کاربرد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته انجام شده است که در شرایط فعلی اهمیت عملی بسیار بالایی دارد.

1. تحلیل محدوده کاربرد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته در مرحله کاربرد

در زمینه مدرن، روش‌های سیم‌کشی استفاده شده برای ترمینال‌های پلت‌های سوئیچ معمولی و جعبه‌های توزیع نوری در زیرستانسیون‌ها در فرآیند اتصال دیگر نمی‌توانند نیازهای جدید زیرستانسیون‌های پیش‌ساخته در مراحل نصب و عملیات را برآورده کنند. علاوه بر این، در طی ساخت زیرستانسیون‌های هوشمند، چون کارهایی مانند سیم‌کشی و اتصال کابل‌ها و نوری‌ها در محل، اتصال مدار و تست مدار در هنگام اتصال کابل‌ها و نوری‌های داخل کابینت‌ها لازم است، دوره ساخت و ساز نسبتاً طولانی است.

این موضوع منجر به کارایی ساخت و ساز پایین و قابلیت اعتماد نسبتاً پایین می‌شود و همچنین تفاوت‌هایی در موقعیت، نصب و روش‌های سیم‌کشی دستگاه‌های اتصال داخل هر کابینت ایجاد می‌کند. بنابراین، کاربرد فناوری‌های فرآیند در مرحله ساخت و ساز بسیار دشوار است که به طور نامرئی هزینه کاری در مرحله نگهداری را افزایش می‌دهد و منجر به کارایی کاری کم در مراحل تست ساخت و ساز و نگهداری بعدی می‌شود.

با توجه به این وضعیت، در نظر گرفتن کامل، کاربرد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته که مزایایی مانند اتصال و جدا شدن سریع، عمر طولانی، چگالی کم، اندازه کوچک و قابلیت اعتماد بالا دارند، می‌تواند بهتر نیازهای جدید تجهیزات در زیرستانسیون‌های هوشمند برای قابلیت اتصال و جدا شدن در عصر جدید را برآورده کند.

تحقیق درباره کاربرد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته در زیرستانسیون‌های هوشمند

به طور کلی، کابل‌های پیش‌ساخته برای موقعیت‌های بین بدنه تجهیزات اصلی فشار بالا و کابینت‌های کنترل هوشمند مناسب هستند. برای زیرستانسیون‌های هوشمند که از تجهیزات GIS (سیستم اطلاعات جغرافیایی) استفاده می‌کنند، می‌توان کابل‌های پیش‌ساخته دو طرفه را برای اتصالات بین دستگاه‌های قطع‌کننده در بدنه اصلی GIS و کابینت‌های کنترل هوشمند، بین دستگاه‌های جداکننده و کابینت‌های کنترل هوشمند، بین جعبه‌های مکانیزم قطع‌کننده زمین و کابینت‌های کنترل هوشمند، و بین جعبه‌های انتهایی ترانسفورماتور اصلی و کابینت‌های کنترل هوشمند ترانسفورماتور اصلی انتخاب کرد.

برای روش اتصال در هر دو سمت، می‌توان اتصال‌دهنده‌های پلاگ هوایی را انتخاب کرد و در هر دو سمت از پلاگ‌های متناسب پیش‌ساخته استفاده کرد. سپس، بر اساس اصول جدا کردن مدارهای دو حلقه‌ای، جدا کردن جریان‌های قوی و ضعیف، و جدا کردن جریان‌های متناوب و مستقیم، می‌توان تنظیمات مناسب انجام داد.پس از کاربرد کابل‌های پیش‌ساخته، سطح فرآیندی اجزای داخل تجهیزات در زمان مونتاژ افزایش خواهد یافت. این امر نه تنها می‌تواند فضای داخل پلت‌های سوئیچ را صرفه‌جویی کند بلکه نصب سریع‌تر و کارآمدتر در محل ساخت و ساز را نیز ممکن می‌کند.

هنگامی که تجهیزات کابینت کنترل هوشمند به دستگاه‌های مختلف سطح بیان مانند دستگاه‌های تجزیه شبکه، دستگاه‌های رسم نوسان خطایی، دستگاه‌های محافظت ترانسفورماتور اصلی، دستگاه‌های اندازه‌گیری و کنترل خط و دستگاه‌های محافظت خط متصل می‌شوند، عمدتاً از کابل‌های نوری استفاده می‌شود. اما فرآیند ساخت و ساز استفاده شده برای نصب کابل‌های نوری معمولی پیچیده‌تر از کابل‌ها است و الزامات محیط نصب در زمان اتصال لیزری الیاف نوری بسیار بالا است. بنابراین، می‌توان کابل‌های نوری پیش‌ساخته با اتصال‌دهنده‌های پیش‌ساخته در کارخانه را انتخاب کرد. در زمان ساخت و ساز در محل، می‌توان از روش اتصال بدون لیزر استفاده کرد که می‌تواند کاهش نوری و ضرر در نقاط اتصال لیزری الیاف نوری را به حداقل برساند و قابلیت اعتماد و پایداری حلقه نوری در هنگام اتصال را افزایش دهد.

2. تحلیل ویژگی‌های فنی کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته

کابل‌های هیبریدی نوری-برقی کابل‌هایی هستند که رسانه‌های عایق‌دار را در ساختار کابل‌های نوری جاسازی می‌کنند و سیم‌های برنز انتقال برق و الیاف نوری را در یک واحد ترکیب می‌کنند. چون انتقال برق و انتقال کابل نوری به دو روش انتقال کاملاً متفاوت تعلق دارند، در فرآیند انتقال هیچ تداخلی بین آنها وجود ندارد. کابل‌های هیبریدی نوری-برقی نه تنها ویژگی‌های کابل‌های نوری معمولی را دارند بلکه با استانداردها و مشخصات مرتبط با انتقال برق کم‌ولتاژ کابل‌ها سازگار هستند. آنها می‌توانند همزمان مشکلات موجود در انتقال سیگنال‌های نوری و برقی تجهیزات را حل کنند.

از نظر مزایای کابل‌های هیبریدی نوری-برقی، آنها دارای ویژگی‌های اشغال فضا کم، وزن کم و قطر خارجی کوچک هستند. در بیشتر موارد در گذشته، مشکلاتی که نیاز به استفاده از چندین کابل و کابل نوری برای حل آنها داشتند، اکنون می‌توانند با استفاده از یک کابل هیبریدی به طور منطقی حل شوند. همچنین، کاربرد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی مزایای زیر را نیز دارد:

•  در طی فرآیند انتقال، می‌تواند به طور همزمان چندین نوع فناوری انتقال مختلف را فراهم کند. تجهیزات قابلیت توسعه بالا و انطباق خوب در زمان کاربرد دارند و محصول دامنه کاربرد نسبتاً گسترده‌ای دارد.

•  از نظر عملکرد کاربردی، مقاومت داخلی بالا و انحنای خوبی دارد و در زمان ساخت و ساز مزایای نسبتاً بالایی دارد.

• مشتریان نیاز به هزینه‌های بیش از حد در زمان خرید ندارند و هزینه در زمان ساخت و ساز نسبتاً کم است.

چون کابل هیبریدی از نوع پیش‌ساخته است، در مرحله طراحی اولیه، لازم است طول واقعی کابل نوری پیش‌ساخته را دقیق محاسبه و پیش‌بینی کنیم تا به حد امکان از وضعیت‌هایی که طول به استاندارد نمی‌رسد یا از استاندارد بیشتر می‌شود جلوگیری کنیم. در حال حاضر، سازندگان تجهیزات می‌توانند کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته فراهم کنند. محدوده سفارشی‌سازی تعداد هسته‌های کابل نوری از حدود 6 تا 48 هسته است و می‌توان آن را به عنوان چند حالت یا تک حالت انتخاب کرد. انواع زره‌ها بیشتر مس یا آلومینیوم موج‌دار هستند. طول می‌تواند پیش‌ساخته شود و انواع مختلف اتصال‌دهنده‌های برقی یا نوری می‌توانند برای اتصال‌دهنده‌های هر دو سمت انتخاب شوند.

در زمان انتخاب پلت توزیع، توصیه می‌شود از پلت توزیع هیبریدی نوری-برقی مدولار استفاده شود که می‌تواند نسبت الیاف نوری به مس را به طور انعطاف‌پذیر و علمی بر اساس تفاوت‌های مختلف در پورت‌های تجهیزات کاربر تعیین کند و به حداکثر رضایت از همه نیازها در فرآیند مدیریت توزیع برق کمک کند.

بر اساس ویژگی‌های کابل‌های هیبریدی نوری-برقی، در یک زیرستانسیون هوشمند، انتهای هوشمند هر بیان می‌تواند به طور یکپارچه سیگنال‌های هشدار از تلف برق و سیگنال‌های نوری واحد را ترکیب کند و با استفاده از یک نوع کابل هیبریدی نوری-برقی به دستگاه‌های محافظت، اندازه‌گیری و کنترل بیان منتقل شود. هنگامی که تأمین‌کنندگان برق متناوب و مستقیم از پلت‌های توزیع برق متناوب و مستقیم کارخانه سوئیچ متصل می‌شوند، سیم‌کشی استفاده شده برای اتصال تجهیزات در سطوح و مکان‌های مختلف می‌تواند به طور یکپارچه به کابل‌های هیبریدی نوری-برقی ساده شود و ایده‌ای را که تمام سیگنال‌های کنترلی یک بیان معمولی با یک کابل متصل شوند، محقق کند.

3. تحلیل موردی خاص کاربرد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته

این مقاله از بیان‌های معمولی در سمت 110 کیلوولت و 220 کیلوولت یک زیرستانسیون هوشمند به عنوان موارد اصلی استفاده می‌کند. با مقایسه وضعیت‌های خاص کاربرد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته، به طور خاص ویژگی‌های اصلی کاربرد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته را به شرح زیر بیان می‌کند:

(1) تحلیل آماری مشخصات و تعداد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی در سمت 110 کیلوولت

بر اساس مدل سیم‌کشی دو مادره در سمت 110 کیلوولت و استفاده از تجهیزات GIS برای تحقیق، یک مجموعه تکی در دستگاه یکپارچه واحد ترکیبی انتهای هوشمند برای خط برق 110 کیلوولت و تقسیم‌بندی وجود دارد؛ یک مجموعه دوگانه در دستگاه یکپارچه واحد ترکیبی انتهای هوشمند برای خط ورودی ترانسفورماتور اصلی 110 کیلوولت وجود دارد. دو واحد ترکیبی ولتاژ مادر در موقعیت‌های کنترل هوشمند تجهیزات مادر نصب شده‌اند.

در ادامه به طور اصلی از بیان خط 110 کیلوولت به عنوان مثال استفاده می‌شود. با تجزیه و تحلیل متمرکز تعداد کابل‌ها و کابل‌های نوری بین کابینت کنترل هوشمند و تجهیزات ثانویه، مشخصات و تعداد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی در سمت 110 کیلوولت مرتب و تحلیل می‌شوند.

جدول 1 آمار ضرایب کابل و کابل نوری در فواصل خط 110 کیلوولت

همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است، با شمارش متمرکز تعداد هسته‌های نوری و کابل از لایه فرآیند به لایه بیان در بیان خط 110 کیلوولت و در نظر گرفتن به طور جامع تقاضای ماکزیمم و هسته‌های ذخیره واقعی، یک کابل هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته تشکیل شده از یک کابل نوری 12 هسته‌ای به اضافه سیم‌های مسی 6×1.5 برای بیان‌های خروجی و تقسیم‌بندی انتخاب شده است. بر اساس دوگانه‌سازی زیرستانسیون اصلی، دو کابل هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته هر کدام تشکیل شده از یک کابل نوری 12 هسته‌ای به اضافه سیم‌های مسی 6×1.5 برای کابینت کنترل هوشمند اصلی در سمت 110 کیلوولت انتخاب شده‌اند.

(2) تحلیل آماری مشخصات و تعداد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی در سمت 220 کیلوولت

بر اساس مدل سیم‌کشی دو مادره در سمت 220 کیلوولت و استفاده از تجهیزات GIS (سیستم اطلاعات جغرافیایی)، انتهای‌های هوشمند و واحدهای ترکیبی به طور یکپارچه در کابینت کنترل هوشمند تنظیم شده‌اند. تحقیق درباره تنظیم لایه فرآیند و لایه بیان با استفاده از روش دوگانه‌سازی انجام شده است.

در ادامه به طور اصلی از بیان خط 220 کیلوولت به عنوان مثال خاص استفاده می‌شود. با تجزیه و تحلیل آماری تعداد کابل‌ها و کابل‌های نوری از کابینت کنترل هوشمند به اتاق تجهیزات ثانویه، مشخصات و تعداد واقعی کابل‌های هیبریدی نوری-برقی 220 کیلوولت مرتب و خلاصه می‌شوند.

با توجه به دوگانه‌سازی در سمت 220 کیلوولت، تعداد هسته‌های کابل و نوری کابل دوم و تنظیم آن مشابه کابل اول است. محتوای خاص در جدول 2 نشان داده شده است. با تجزیه و تحلیل آماری تعداد هسته‌های کابل و نوری از لایه فرآیند به لایه بیان در بیان خط 220 کیلوولت و در نظر گرفتن به طور جامع تقاضای ماکزیمم و هسته‌های ذخیره، هر کابینت کنترل هوشمند می‌تواند از دو کابل هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته با مشخصات 24 هسته نوری به اضافه سیم‌های مسی 6×1.5 استفاده کند.

(3) تجمیع و تحلیل داده‌های کاربرد کابل‌های هیبریدی نوری-برقی در زیرستانسیون‌های هوشمند

بر اساس داده‌های فرآیند آماری ذکر شده، تجزیه و تحلیل نشان می‌دهد که از نظر مشخصات، کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته استفاده شده در داخل زیرستانسیون‌های هوشمند می‌توانند به 24 هسته نوری + 6 هسته کابل و 12 هسته نوری + 6 هسته کابل بهینه شوند.

تعداد کابل‌ها از کابینت‌های کنترل هوشمند در هر سمت 220 کیلوولت و زیرستانسیون اصلی به اتاق تجهیزات ثانویه می‌تواند به دو عدد کاهش یابد و تعداد کابل‌ها از کابینت کنترل هوشمند در سمت 110 کیلوولت به اتاق تجهیزات ثانویه می‌تواند به یک عدد کاهش یابد.

با توجه به کاهش هزینه مواد تجهیزات در فرآیند سرمایه‌گذاری، مجموعه‌ای از مزایای اقتصادی غیرمستقیم تولید می‌شود، به شرح زیر:

• سطح فرآیندی و ساده‌سازی اجزای کابل به طور بالاتر است و کارایی کاری در فرآیند ساخت و ساز بالاتر است. این می‌تواند به حداکثر صرفه‌جویی در نیروی کار و زمان مهندسی و کاهش هزینه نصب و ساخت و ساز در محل کمک کند.

• پس از استفاده از کابل‌های پیش‌ساخته، می‌توان به طور خاص سطح استانداردسازی کاربران را افزایش داد، مقدار و تعداد مواد را کاهش داد، اشغال انبار اصلی کاربران را به طور منطقی آزاد کرد و هزینه مدیریت را کاهش داد.

• این کار کارکرد بیشتر سبز و حفاظت از محیط زیست را دارد و بیشتر با نیازهای کلی ساخت "زیرستانسیون‌های دو نوع و یک استاندارد" سازگار است.

جدول 2 آمار هسته‌های کابل و کابل نوری در فواصل خط 220 کیلوولت

4. نتیجه‌گیری

به طور خلاصه، کاربرد کابل‌های پیش‌ساخته در زیرستانسیون‌های هوشمند هدف آن است که اتصالات استاندارد و منظم کابل‌های نوری و برقی بین تجهیزات اصلی و ثانویه و بین تجهیزات ثانویه را به دست آورد. این می‌تواند به طور خاص کارایی ساخت و ساز و کیفیت فرآیند تجهیزات ثانویه در مرحله ساخت و ساز را افزایش دهد.

این مقاله به طور اصلی درباره محدوده کاربرد و ویژگی‌های فنی کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته بحث کرده است. در آن مطالعه و تجزیه و تحلیل کاربرد خاص کابل‌های هیبریدی نوری-برقی در زیرستانسیون‌های هوشمند 220 کیلوولت انجام شده و چندین رابط استاندارد رایج کابل‌های هیبریدی استفاده شده در زیرستانسیون‌های 220 کیلوولت خلاصه و تحلیل شده‌اند.

استفاده از کابل‌های هیبریدی نوری-برقی پیش‌ساخته می‌تواند کابل‌ها و کابل‌های نوری را به طور organically ترکیب