スマート変電所におけるプリファブ光電複合ケーブルの応用に関する研究

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フィールド: 変圧器解析

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現在、工事建設段階の効率と効果を合理的に向上させ、応用段階で様々な設計成果を深く適用し、ライフサイクル全体の管理概念を推進し、各種新しい現代技術を総合的に適用し、統一的かつ集中的な設備管理インターフェースを確立し、設計および建設段階での集約的な工事の効率を向上させるため、国家電網公司は標準化された配布モードでの変電所の設計と建設を実施し始めています。

主な目的の一つは、設備のパラメータとインターフェース標準を標準化することで、一次設備が二次設備に接続され、二次設備同士が標準的な方法で接続されることです。これにより、二次配線がプラグアンドプレイとなり、設備入札、運用保守、工事設計などのタスクに対してより便利なサービスを提供し、同時に合理的に工事建設時間を短縮します。この基礎に基づいて、スマート変電所では、プレファブ光電混合ケーブルの応用に関する深遠な研究と分析が行われており、現在の状況において非常に重要な実践的意義を持っています。

1. 応用段階におけるプレファブ光電混合ケーブルの適用範囲の分析

現代において、伝統的な盤面や光ファイバ分配箱の端子台の接続過程で使用される配線方法は、プレファブ変電所の設置および運用段階での新たな要件を満たすことができません。また、スマート変電所の建設中に、キャビネット内のケーブルや光ファイバの接続時に現場でのケーブル・光ファイバ配線、回路接続、回路デバッグなどの作業が必要となるため、工事建設期間が比較的長くなります。

これは、建設効率が低く、信頼性も相対的に低いだけでなく、各キャビネット内の接続装置の配置、設置、配線方法にも一定の違いが生じます。そのため、建設段階でのプロセス技術の応用は非常に困難であり、維持管理段階での作業コストが見えない形で増加し、建設デバッグおよびその後の維持管理段階での作業効率が一般的に低くなります。

このような状況を考慮して、速い挿抜、長寿命、低密度、小型、高信頼性といった利点を持つプレファブ光電混合ケーブルの応用は、新時代のスマート変電所の設備におけるプラグアンドプレイ機能に対する新たな要件をより良く満たすことができます。

スマート変電所におけるプレファブ光電混合ケーブルの応用に関する研究

一般的に、プレファブケーブルは高圧一次設備の本体とスマート制御キャビネットの間の位置に適しています。GIS（地理情報システム）設備を使用するスマート変電所では、GIS本体内部の遮断器とスマート制御キャビネットの間、開閉器とスマート制御キャビネットの間、接地スイッチ機構箱とスマート制御キャビネットの間、主変圧器端子箱と主変圧器のスマート制御キャビネットの間の接続には両端プレファブケーブルを選択することができます。

両端の接続方法としては、航空プラグコネクタを選択して接続し、両端にプレファブマッチングソケットを使用することができます。その後、双方向回路の分離、強弱電流の分離、交流直流電流の分離という原則に基づいて合理的な構成を行うことができます。プレファブケーブルの応用後、設備内部の部品の組み立てレベルが向上します。これにより、盤面内のスペースを節約するとともに、建設現場でのより便利で迅速かつ効率的な設置が可能になります。

スマート制御キャビネット設備がネットワーク分析機器、故障記録装置、主変圧器保護装置、ライン測定制御装置、ライン保護装置などの各種ベイレベル装置に接続される際には、主に光ファイバケーブルが使用されます。しかし、通常の光ファイバケーブルの設置に使用される施工プロセスは、ケーブルよりも複雑であり、光ファイバの溶接接続時の設置環境の要求が非常に高いです。したがって、工場でプレファブコネクタを備えたプレファブ光ファイバケーブルを選択することができます。現場での施工時には、無溶接接続方式を使用することで、光ファイバの溶接ポイントの建設中の光減衰と損失を最小限に抑えることができ、接続時の光ファイバループの信頼性と安定性を向上させることができます。

2. プレファブ光電混合ケーブルの技術的特性の分析

光電混合ケーブルは、光ファイバケーブルの構造内に絶縁導体を組み込んだケーブルであり、電力伝送用の銅線と光ファイバを一体化しています。電力伝送と光ファイバ伝送は全く異なる伝送方法であるため、伝送過程で相互干渉はありません。光電混合ケーブルは、普通の光ファイバケーブルの特性を持つだけでなく、ケーブルの低電圧伝送に関する関連規格と適合しており、設備の光信号と電気信号の伝送に存在する問題を同時に解決することができます。

光電混合ケーブルの利点としては、占有空間が小さく、軽量で外径が小さいことが挙げられます。過去には多くの場合、複数のケーブルと光ファイバを併用して解決する必要があった問題が、単一のハイブリッドケーブルを使用することで合理的に対処することができます。また、光電混合ケーブルの応用には以下の利点があります：

伝送過程で、同時に複数の異なる種類の伝送技術を提供することができます。設備は応用時に拡張性が高く、適応性がよく、製品の適用範囲が比較的広いです。
応用性能面では、優れた内部圧力耐性と曲げ性を持ち、施工時の優位性と利便性が高いです。
顧客は調達過程で過度なコストをかけずに済み、施工時のコストが比較的低いです。

プレファブタイプのハイブリッドケーブルであるため、初期設計段階では、プレファブ光ファイバケーブルの実際の敷設長を正確に計算し予測する必要があります。可能な限り、長さが基準に満たないまたは超過する状況を防ぐ必要があります。現在、設備メーカーはプレファブ光電混合ケーブルを提供しています。光ファイバの芯数のカスタマイズ範囲は約6〜48芯で、マルチモードまたはシングルモードを選択できます。アーマーの種類は主に銅または波型アルミニウムです。長さは事前にプレファブでき、両端のコネクタには様々な異なる種類の電気コネクタまたは光コネクタを選択できます。

配線盤を選択する際は、モジュラー式の光電混合配線盤を使用することをお勧めします。これにより、ユーザーエクイップメントポートの異なる差異に応じて、光ファイバと銅の比率を柔軟かつ科学的に構成し、電力配線管理プロセスにおけるさまざまな要件を最大限に満たすことができます。

光電混合ケーブルの特性に基づいて、スマート変電所では、各ベイのスマート端末を統一的に組み合わせて、電力ロス警告信号とユニット光信号を生成し、同じ種類の光電混合ケーブルを使用してベイ保護、測定、制御装置に送信することができます。スイッチギア工場の交流直流配電盤から交流直流電源を接続する際に、異なるフロアやサイト間の設備を接続するために使用される配線は、光電混合ケーブルに統一的に簡略化することができます。これにより、典型的なベイのすべての制御信号が1つのケーブルで接続されるという考えを実現することができます。

3. プレファブ光電混合ケーブルの応用に関する具体的な事例分析

本記事では、あるスマート変電所の110 kV側と220 kV側の典型的なベイを主な事例として取り上げ、プレファブ光電混合ケーブルの応用について具体的に述べます。

(1) 110 kV側の光電混合ケーブルの仕様と数量の統計分析

110 kV側の二重母線配線方式とGIS設備を使用した研究に基づいて、110 kV電力線とセクショナライザのスマート端末マージングユニットの統合装置には単一セットの構成があり、110 kV主変圧器入線のスマート端末マージングユニットの統合装置には二重セットの構成があります。バスバー設備のスマート制御位置には2つのバス電圧マージングユニットが設置されています。

以下では、主に110 kV線ベイを例に、スマート制御キャビネットと二次設備間の光ファイバケーブルとケーブルの数量を集中して分析し、110 kV側の光電混合ケーブルの仕様と数量を整理し分析します。

表1 110キロボルト線間隔でのケーブルと光ファイバ係数の統計

表1に示すように、110 kV線ベイのプロセス層からベイ層までの光ファイバコア数とケーブルコア数を集中して数え、最大需要と実際の余剰コアを総合的に考慮して、出線とセクショナライザベイには12コアの光ファイバと6×1.5サイズの銅線で構成されるプレファブ光電混合ケーブルを選択します。主変圧所の二重構成に基づいて、110 kV側の主スマート制御キャビネットには、12コアの光ファイバと6×1.5サイズの銅線で構成されるプレファブ光電混合ケーブルを2つ選択します。

(2) 220 kV側の光電混合ケーブルの仕様と数量の統計分析

220 kV側の二重母線配線方式とGIS（地理情報システム）設備を使用して、スマート端末とマージングユニットをスマート制御キャビネットに統一的に配置し、プロセス層とベイ層の構成を二重構成方式で研究します。

以下では、主に220 kV線ベイを具体的な例として、スマート制御キャビネットから二次設備室までの光ファイバケーブルとケーブルの数量を統計的に分析し、220 kV光電混合ケーブルの実際の仕様と数量を整理しまとめます。

220 kV側の二重構成を考慮して、第二ケーブルのケーブルコア数と光ファイバコア数とその構成は第一ケーブルと同じです。具体的な内容は表2に示します。220 kV線ベイのプロセス層からベイ層までのケーブルコア数と光ファイバコア数を統計的に分析し、最大需要と余剰コアを系統的に考慮して、各スマート制御キャビネットは24コアの光ファイバと6×1.5の銅線で構成されるプレファブ光電混合ケーブルを2つ使用することができます。

(3) スマート変電所における光電混合ケーブルの応用に関するデータの集約と分析

上記の統計プロセスのデータに基づき、分析結果によると、スマート変電所内で使用されるプレファブ光電混合ケーブルの仕様は、24コアの光ファイバ＋6コアのケーブルと12コアの光ファイバ＋6コアのケーブルに最適化することができます。

220 kVと主変圧所の各側のスマート制御キャビネットから二次設備室までのケーブル数は2つに最小化され、110 kV側のスマート制御キャビネットから二次設備室までのケーブル数は1つに最小化することができます。

投資プロセスにおける設備材料費が継続的に減少するにつれて、以下のような一連の間接的な経済的利益が生まれます：

ケーブル部品の組み立てのプロセス指向性と効率化が高まり、建設プロセスでの作業効率が高まります。これにより、労働力と工事時間の最大化された節約ができ、現場での設置と建設コストを削減することができます。
プレファブケーブルを使用することで、ユーザーの標準化レベルが具体的に向上し、材料の種類と数量が減少し、ユーザーの在庫の占有を合理的に解放し、管理コストを削減することができます。
後々の運用保守プロセスでの作業負荷が減少し、より良いグリーンと環境保護性能を持ち、「二型一標準化」変電所の建設の全体的な要件にさらに合致します。