מחקר על יישום כבלים היברידיים מוכנים של אופטי ואלקטרוני במחסני חשמל חכמים

כיום, כדי להגביר באופן רציונלי את היעילות והאפקטיביות של שלב הבנייה הנדסית, ליישם בצורה מעמיקה כל מיני הישגים תכנוניים בשלבי היישום, לקדם את רעיון ניהול לכל החיים, ליישם באופן כוללני כל מיני טכנולוגיות מודרניות חדשות, להקים פנים מנהל ציוד מאוחד ומוכנס למרכז, ולייעל את היעילות של הנדסה אינטנסיבית בשלבי התכנון והבנייה, חברת סטאט גрид קורפוריישן של סין החלה ליישם את תכנון והבנייה של תחנות כוח בפורמט התפוצה הסטנדרטי.

אחד המטרות העיקריות הוא להטמיע פרמטרים ומגדרי ממשק של הציוד, לאפשר לחברת ציוד ראשונית עם ציוד משני, וציוד משני להתחבר אחד לשני באופן סטנדרטי. זה מבטיח שה布线方式已无法满足预制变电站在安装和运行阶段的新要求。同时，在智能变电站的建设过程中，由于在连接柜内电缆和光缆时需要进行现场电缆和光缆布线、回路接线及回路调试等工作，导致工程施工周期相对较长。 这不仅导致施工效率低下且可靠性相对较低，还导致每个机柜内的连接设备在放置、安装和布线方法上存在一定的差异性。因此，施工阶段的工艺技术应用极其困难，无形中增加了维护阶段的工作成本，导致施工调试和后续维护阶段的工作效率普遍较低。 鉴于这种情况，综合考虑，具有快速插拔、使用寿命长、密度低、体积小、可靠性高等优点的预制光电复合电缆，可以更好地满足新时代智能变电站设备对即插即用功能的新要求。 ### 智能变电站中预制光电复合电缆的应用研究 一般情况下，预制电缆适用于高压一次设备本体与智能控制柜之间位置。对于采用GIS（地理信息系统）设备的智能变电站，可以选择双端预制电缆用于GIS本体内断路器与智能控制柜之间、隔离开关与智能控制柜之间、接地开关机构箱与智能控制柜之间以及主变压器端子箱与主变压器智能控制柜之间的连接。 至于两端的连接方式，可以选择航空插头连接，并在两端使用预制匹配插座。然后，根据双回路分离、强弱电分离、交流直流分离的原则进行合理配置。应用了预制电缆后，设备内部组件的装配工艺水平将得到提升。这样不仅可以节省屏柜内部空间，还能使施工现场的安装更加方便、快捷、高效。 当智能控制柜设备连接到诸如网络分析仪、故障录波装置、主变压器保护装置、线路测控装置、线路保护装置等各种间隔层设备时，主要使用光缆。但普通光缆的施工工艺比电缆复杂，光纤熔接时对环境的要求极高。因此，可以选择工厂预制好连接器的预制光缆，在现场施工时采用无熔接的连接方式，可以最大限度地减少光纤熔接点处的光衰减和损耗，提高光纤回路连接的可靠性与稳定性。 ### 预制光电复合电缆的技术特性分析 光电复合电缆是在光缆结构中加入绝缘导线，将电力传输铜线和光纤集成在一起的电缆。由于电力传输和光缆传输属于两种完全不同的传输方式，在传输过程中不会相互干扰。光电复合电缆不仅具备普通光缆的特点，还符合电缆低压电力传输的相关标准和规范，可以同时解决设备光电信号传输中存在的问题。 光电复合电缆的优势在于占用空间小、重量轻、外径小。过去通常需要多根电缆和光缆共同解决的问题，现在仅用一根复合电缆就能合理解决。同时，光电复合电缆的应用还具有以下优势： - 在传输过程中，可以同时提供多种不同类型的传输技术。该设备在应用中具有较强的扩展性和良好的适应性，产品适用范围较广。 - 在应用性能方面，具有优良的抗内压性和弯曲性，施工过程中的优越性和便捷性较高。 - 客户在采购过程中不需要花费过多的成本，施工成本相对较低。 由于复合电缆是预制型的，在初始设计阶段需要准确计算和预测实际铺设长度，以尽量避免出现长度不达标或超标的情况。目前，设备制造商可以提供预制光电复合电缆，光缆芯数的定制范围大约为6至48芯，可选择多模或单模，铠装类型多为铜或波纹铝。长度可以预先预制，两端的连接器可以选择各种不同类型的电气连接器或光连接器。 在选择配线架时，建议使用模块化的光电复合配线架，可以根据用户设备端口的不同差异灵活科学地配置光纤与铜的比例，最大限度地满足配电管理过程中的各种需求。 根据光电复合电缆的特点，在智能变电站中，各间隔的智能终端可以统一组合成失电告警信号和单元光信号，使用同一种类型的光电复合电缆传输到间隔保护、测控设备。当从开关厂的交直流配电屏接入交直流电源时，跨楼层和跨场地连接设备的布线可以统一简化为光电复合电缆，实现典型间隔的所有控制信号用一根电缆连接的思想。 ### 预制光电复合电缆的具体应用案例分析 本文以某智能变电站110kV侧和220kV侧的典型间隔为主要案例，通过对比预制光电复合电缆应用的具体情况，具体阐述预制光电复合电缆应用的主要特点如下： #### (1) 110kV侧光电复合电缆规格及数量统计分析 基于110kV侧的双母线接线方式及采用GIS设备的研究，110kV线路及分段的智能终端合并单元一体化装置采用单套配置；110kV主变进线的智能终端合并单元一体化装置采用双套配置。母线设备的智能控制位置安装两个母线电压合并单元。 以下主要以110kV线路间隔为例，集中分析智能控制柜与二次设备之间的光缆和电缆的数量，整理并分析110kV侧光电复合电缆的规格及数量。  **表1 110千伏线路间隔电缆和光缆系数统计** 如表1所示，通过集中统计110kV线路间隔从过程层到间隔层的光纤芯数和电缆芯数，综合考虑最大需求和实际备用芯数，选择由12芯光纤加6×1.5规格铜线组成的预制光电复合电缆用于出线及分段间隔。根据主变电站的双套配置，110kV侧主智能控制柜选择两根由12芯光纤加6×1.5规格铜线组成的预制光电复合电缆。 #### (2) 220kV侧光电复合电缆规格及数量统计分析 基于220kV侧的双母线接线方式及采用GIS（地理信息系统）设备，智能终端和合并单元统一布置在智能控制柜中，采用双套配置方法进行过程层和间隔层的配置研究。 以下主要以220kV线路间隔为例，通过统计智能控制柜到二次设备室的光缆和电缆数量，整理并汇总220kV光电复合电缆的实际规格及数量。 考虑到220kV侧的双套配置，第二根电缆的芯数及其配置与第一根电缆相同。具体内容见表2。通过统计220kV线路间隔从过程层到间隔层的电缆芯数和光纤芯数，并系统考虑最大需求和备用芯数，每个智能控制柜可以使用两根规格为24芯光纤加6×1.5铜线的预制光电复合电缆。 #### (3) 智能变电站中光电复合电缆应用的数据汇总与分析 基于上述统计过程的数据，分析表明，在规格方面，智能变电站内部使用的预制光电复合电缆可以优化为24芯光缆+6芯电缆和12芯光缆+6芯电缆。 220kV侧及主变电站智能控制柜到二次设备室的电缆数量可以减少到两根，110kV侧智能控制柜到二次设备室的电缆数量可以减少到一根。 随着投资过程中设备材料成本的不断降低，产生了一系列间接经济效益，如下： - 电缆组件装配的流程化和精简程度更高，施工过程中的工作效率更高。这可以最大限度地节省人力和工程时间，降低现场安装和施工成本。 - 使用预制电缆后，可以具体提高用户的标准化水平，减少材料品种和数量，合理释放用户的原有库存占用，降低管理成本。 - 减少后期运维过程中的工作量，具有更好的绿色环保性能，更符合“两型一化”变电站建设的整体要求。  **表2 220千伏线路间隔电缆芯数和光缆芯数统计** ### 结论 综上所述，智能变电站中预制电缆的应用旨在实现一次设备与二次设备之间以及二次设备之间的光缆和电缆的标准化、规范化连接。这可以具体提高施工阶段二次设备的施工效率和工艺质量。 本文主要讨论了预制光电复合电缆的应用范围和技术特性，研究分析了220kV智能变电站中光电复合电缆的具体应用，总结并分析了220kV变电站中常用的几种混合电缆标准接口。 使用预制光电复合电缆可以有机地整合电缆和光缆，具体减少施工现场的敷设工作量，减小电缆沟的截面尺寸和实际占地面积，有效降低智能变电站整个项目周期的工程成本。 本文的研究内容主要集中在如何使用光电复合电缆替代预制光缆，连接不同场地屏柜间以及跨房间等区域的二次设备。