스마트 변전소에서의 프리패브 광전기 하이브리드 케이블 적용 연구
현재 공정 건설 단계의 효율성과 효과성을 합리적으로 향상시키기 위해 다양한 설계 성과를 적용 단계에서 깊이 활용하고, 전체 라이프사이클 관리 개념을 촉진하며, 다양한 새로운 현대 기술을 포괄적으로 적용하고, 통합적이고 중앙 집중적인 장비 관리 인터페이스를 구축하며, 설계 및 건설 단계에서 집약적 공정의 효율성을 향상시키기 위해 중국 국가 그리드는 표준화된 분배 모드로 변전소의 설계와 건설을 시작했습니다.
주요 목표 중 하나는 장비의 파라미터와 인터페이스 표준을 표준화하여 일차 장비가 이차 장비에 연결되고, 이차 장비가 서로 표준화된 방식으로 연결되도록 하는 것입니다. 이를 통해 이차 배선이 플러그 앤 플레이가 되어, 장비 입찰, 운영 및 유지보수, 공정 설계 등의 작업에 더 편리한 서비스를 제공하며, 공사 시간을 합리적으로 줄일 수 있습니다. 이러한 기반 위에서, 지능형 변전소에서는 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블의 적용에 대한 심도 있는 연구와 분석이 수행되었으며, 현재 상황에서 매우 중요한 실용적 의미를 가집니다.
1. 적용 단계에서의 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블의 적용 범위 분석
현대적 맥락에서, 전통적인 스위치보드의 단자대와 변전소의 광섬유 분배함 간의 연결 과정에서 사용되는 배선 방법은 더 이상 프리페브 변전소의 설치 및 운영 단계에서의 새로운 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 또한, 지능형 변전소의 건설 중에는 각 캐비닛 내부의 케이블과 광케이블 연결 시 현장 케이블 및 광케이블 배선, 회로 연결, 회로 디버깅 등의 작업이 필요하므로, 공사 기간이 상대적으로 길어집니다.
이는 건설 효율이 낮고 신뢰성이 상대적으로 낮아지는 결과를 초래하며, 각 캐비닛 내부의 연결 장치의 배치, 설치, 배선 방법에도 차이가 생깁니다. 따라서 건설 단계에서의 공정 기술 적용은 극히 어려워지며, 유지보수 단계에서의 작업 비용이 무형 중 증가하여, 건설 디버깅 및 후속 유지보수 단계에서의 작업 효율이 일반적으로 낮아집니다.
이러한 상황을 고려하면, 빠른 플러그인/플러그아웃, 장수명, 저밀도, 소형, 고신뢰성 등의 장점을 가진 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블의 적용은 새 시대의 지능형 변전소 장비에서 플러그 앤 플레이 기능을 위한 새로운 요구 사항을 더 잘 충족할 수 있습니다.
지능형 변전소에서의 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블의 적용 연구
일반적으로 프리페브 케이블은 고압 일차 장비 본체와 지능형 제어 캐비닛 사이의 위치에 적합합니다. GIS(지리 정보 시스템) 장비를 사용하는 지능형 변전소의 경우, GIS 본체 내부의 차단기와 지능형 제어 캐비닛, 개폐기와 지능형 제어 캐비닛, 접지 스위치 메커니즘 박스와 지능형 제어 캐비닛, 주 변압기 단자박스와 주 변압기의 지능형 제어 캐비닛 간의 연결에 양단 프리페브 케이블을 선택할 수 있습니다.
양단의 연결 방법으로는 항공 플러그 커넥터를 선택하여 연결할 수 있으며, 양단에 프리페브 매칭 소켓을 사용할 수 있습니다. 그런 다음, 듀얼 루프 회로 분리, 강전류와 약전류 분리, 교류와 직류 분리를 원칙으로 합리적인 구성이 가능합니다.프리페브 케이블을 적용하면 장비 내부의 구성 요소 조립 시 프로세스 수준이 향상됩니다. 이렇게 함으로써 스위치보드 내부 공간을 절약할 수 있으며, 현장에서 더 편리하고 빠르고 효율적인 설치가 가능해집니다.
지능형 제어 캐비닛 장비가 네트워크 분석기, 고장 진동기, 주 변압기 보호 장치, 선로 측정 및 제어 장치, 선로 보호 장치 등 다양한 베이 수준 장치와 연결될 때, 주로 광케이블이 사용됩니다. 그러나 일반 광케이블의 설치 공정은 케이블보다 복잡하며, 광섬유 용접 시 설치 환경에 대한 요구 사항이 매우 높습니다. 따라서 공장에서 미리 제작된 커넥터가 있는 프리페브 광케이블을 선택할 수 있습니다. 현장 공사 중에는 용접 없는 연결 방법을 사용하여, 광섬유 용접 지점의 건설 중 광 손실을 최소화하고, 연결 중 광섬유 루프의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
2. 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블의 기술적 특성 분석
광-전기 하이브리드 케이블은 광케이블 구조 내부에 절연 도체를 결합한 케이블로, 전력 전송 동선과 광섬유를 하나로 통합합니다. 전력 전송과 광케이블 전송은 완전히 다른 두 가지 전송 방식이므로, 전송 과정에서 서로 간섭하지 않습니다. 광-전기 하이브리드 케이블은 일반 광케이블의 특성을 가지고 있으며, 케이블의 저전압 전력 전송 관련 표준 및 규격을 준수합니다. 이는 장비의 광 및 전기 신호 전송 문제를 동시에 해결할 수 있습니다.
광-전기 하이브리드 케이블의 장점으로는 공간 점유가 작고, 가볍고, 외경이 작다는 특성이 있습니다. 과거에는 여러 케이블과 광케이블을 함께 사용해야 했던 문제가 이제는 하나의 하이브리드 케이블로 합리적으로 해결할 수 있습니다. 또한, 광-전기 하이브리드 케이블의 적용은 다음과 같은 장점도 가지고 있습니다:
전송 과정에서 다양한 유형의 전송 기술을 동시에 제공할 수 있습니다. 장비는 확장성이 강하고, 적용 시 좋은 적응력을 가지며, 제품은 적용 가능성 측면에서 비교적 넓은 범위를 갖습니다.
응용 성능 측면에서 내부 압력 저항과 굽힘 성능이 우수하며, 건설 시 상대적으로 높은 우월성과 편의성을 가집니다.
고객은 조달 과정에서 과도한 비용을 지출하지 않아도 되며, 건설 비용이 상대적으로 낮습니다.
하이브리드 케이블이 프리페브 형태이므로, 초기 설계 단계에서는 실제 프리페브 광케이블의 놓임 길이를 정확하게 계산하고 예측하여, 가능한 한 길이가 표준을 충족하지 않거나 초과하는 상황을 방지해야 합니다. 현재 장비 제조업체는 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블을 제공하며, 광케이블의 코어 수는 대략 6~48코어로 맞춤화할 수 있으며, 멀티모드 또는 싱글 모드로 선택할 수 있습니다. 아머 타입은 대부분 구리 또는 파랑파랑 알루미늄입니다. 길이는 미리 제작할 수 있으며, 양단 커넥터로 다양한 종류의 전기 또는 광 커넥터를 선택할 수 있습니다.
분배 프레임을 선택할 때는 모듈식 광-전기 하이브리드 분배 프레임을 사용하는 것이 좋습니다. 이를 통해 사용자 장비 포트의 다양한 차이에 따라 광섬유와 구리의 비율을 유연하고 과학적으로 구성하여, 전력 분배 관리 과정에서의 다양한 요구 사항을 최대한 충족시킬 수 있습니다.
광-전기 하이브리드 케이블의 특성에 따라, 지능형 변전소에서 각 베이의 지능형 단말기는 전력 손실 경보 신호와 단위 광 신호로 통합되어 동일한 유형의 광-전기 하이브리드 케이블을 사용하여 베이 보호, 측정 및 제어 장비로 전송될 수 있습니다. 스위치기 팩토리의 교류 및 직류 분배 패널로부터 교류 및 직류 전원이 연결될 때, 서로 다른 층과 장소 간의 장비 연결을 위한 배선은 광-전기 하이브리드 케이블로 통합적으로 단순화하여, 일반적인 베이의 모든 제어 신호가 하나의 케이블로 연결되는 아이디어를 실현할 수 있습니다.
3. 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블의 적용 사례 분석
본 논문은 특정 지능형 변전소의 110kV 및 220kV 측의 전형적인 베이를 주요 사례로 삼아, 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블의 적용 상황을 비교하여, 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블의 적용 주요 특성을 구체적으로 설명합니다.
(1) 110kV 측의 광-전기 하이브리드 케이블 규격 및 수량 통계 분석
110kV 측의 이중 버스바 배선 모드와 GIS 장비를 기반으로 연구한 결과, 110kV 전력선 및 섹션화에 대한 지능형 단말기 병합 장치는 단일 세트 구성이며, 110kV 주 변압기 인입선에 대한 지능형 단말기 병합 장치는 이중 세트 구성입니다. 버스 장비의 지능형 제어 위치에는 두 개의 버스 전압 병합 장치가 설치되어 있습니다.
다음은 주로 110kV 라인 베이를 예로 들어, 지능형 제어 캐비닛과 이차 장비 간의 광케이블 및 케이블 수량을 집중적으로 분석하여, 110kV 측의 광-전기 하이브리드 케이블의 규격 및 수량을 정리하고 분석합니다.
표 1 110kV 라인 간격의 케이블 및 광케이블 계수 통계
표 1에서 보듯이, 110kV 라인 베이에서 프로세스 레이어부터 베이 레이어까지의 광섬유 코어와 케이블 코어 수를 집중적으로 세어, 최대 요구 사항과 실제 여유 코어를 종합적으로 고려하여, 12코어 광섬유와 6×1.5 크기의 구리선으로 구성된 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블을 발전선 및 섹션화 베이에 선택하였습니다. 주 변전소의 이중 구성에 따라, 110kV 측의 주 지능형 제어 캐비닛에는 12코어 광섬유와 6×1.5 크기의 구리선으로 구성된 두 개의 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블을 선택하였습니다.
(2) 220kV 측의 광-전기 하이브리드 케이블 규격 및 수량 통계 분석
220kV 측의 이중 버스바 배선 모드와 GIS(지리 정보 시스템) 장비를 기반으로, 지능형 단말기와 병합 장치는 지능형 제어 캐비닛에 통합적으로 배치되었습니다. 프로세스 레이어와 베이 레이어의 구성은 이중 구성 방법을 사용하여 연구되었습니다.
다음은 주로 220kV 라인 베이를 구체적인 예로, 지능형 제어 캐비닛에서 이차 장비실까지의 광케이블 및 케이블 수량을 통계적으로 분석하여, 220kV 광-전기 하이브리드 케이블의 실제 규격 및 수량을 정리하고 요약하였습니다.
220kV 측의 이중 구성을 고려하여, 두 번째 케이블의 케이블 코어와 광섬유 코어 수 및 구성은 첫 번째 케이블과 동일합니다. 구체적인 내용은 표 2에 나와 있습니다. 220kV 라인 베이에서 프로세스 레이어부터 베이 레이어까지의 케이블 코어와 광섬유 코어 수를 통계적으로 분석하고, 최대 요구 사항과 여유 코어를 체계적으로 고려하여, 각 지능형 제어 캐비닛은 24코어 광섬유와 6×1.5 크기의 구리선으로 구성된 두 개의 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블을 사용할 수 있습니다.
(3) 지능형 변전소에서의 광-전기 하이브리드 케이블 적용 데이터 집계 및 분석
위에서 언급한 통계 과정의 데이터를 기반으로, 분석 결과 지능형 변전소 내부에서 사용되는 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블은 24코어 광케이블 + 6코어 케이블과 12코어 광케이블 + 6코어 케이블로 최적화될 수 있습니다.
220kV 및 주 변전소의 각 측면에서의 지능형 제어 캐비닛에서 이차 장비실까지의 케이블 수는 두 개로 최소화할 수 있으며, 110kV 측의 지능형 제어 캐비닛에서 이차 장비실까지의 케이블 수는 하나로 최소화할 수 있습니다.
투자 과정에서 장비 재료 비용이 지속적으로 감소함에 따라, 다음과 같은 일련의 간접적인 경제적 이익이 발생합니다:
케이블 구성 요소 조립의 프로세스 지향적이고 간소화된 수준이 높아지고, 건설 과정에서의 작업 효율이 높아집니다. 이를 통해 노동력과 공사 시간을 최대한 절약하고, 현장 설치 및 건설 비용을 줄일 수 있습니다.
프리페브 케이블을 사용하면, 사용자의 표준화 수준을 구체적으로 향상시키고, 재료의 종류와 수량을 줄여, 사용자의 원래 재고 점유를 합리적으로 해제하고, 관리 비용을 줄일 수 있습니다.
후속 운영 및 유지보수 과정에서의 작업량을 줄이고, 더 나은 친환경 성능을 가지며, "두 유형과 한 표준화" 변전소 건설의 전체 요구 사항과 더 부합합니다.
표 2 220kV 라인 간격의 케이블 코어 및 광케이블 코어 통계
4. 결론
결론적으로, 지능형 변전소에서 프리페브 케이블의 적용은 일차 및 이차 장비 간, 그리고 이차 장비 간의 광케이블 및 케이블 연결을 표준화하고 규제하는 것을 목표로 합니다. 이를 통해 건설 단계에서 이차 장비의 건설 효율과 공정 품질을 구체적으로 향상시킬 수 있습니다.
본 논문은 주로 프리페브 광-전기 하이브리드 케이블의 적용 범위와 기술적 특성에 대해 논의하였으며, 220kV 지능형 변전소에서의 광-전기 하이브리드 케이블의 구체적인 적용을 연구하고 분석하였습니다. 또한, 220kV 변전소에서 사용되는 몇 가지 일반적인 하이브리드 케이블 표준 인터페이스를 요약하고 분석하였습니다.
프리페브 광-전기 하이브리드 케이블의 사용은 케이블과 광케이블을 유기적으로 통합할 수 있으며, 현장에서의 놓임 작업량을 구체적으로 줄이고, 케이블 트렌치의 단면적과 실제 점유 면적을 줄이며, 지능형 변전소의 전체 프로젝트 주기 동안의 프로젝트 비용을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
본 논문의 연구 내용은 주로 어떻게 광-전기 하이브리드 케이블을 사용하여 서로 다른 장소와 방을 가로지르는 스위치보드 간의 이차 장비 연결을 위한 프리페브 광케이블을 대체할 수 있는지에 중점을 둡니다.
