Pesquisa sobre a Aplicação de Cabos Híbridos Pré-fabricados de Fibra Óptica e Elétrica em Subestações Inteligentes
Atualmente, para melhorar de forma racional a eficiência e a eficácia da fase de construção de engenharia, aplicar profundamente várias realizações de design na fase de aplicação, promover o conceito de gerenciamento de ciclo de vida completo, aplicar integralmente várias novas tecnologias modernas, estabelecer uma interface unificada e centralizada de gerenciamento de equipamentos e melhorar a eficiência da engenharia intensiva nas fases de projeto e construção, a State Grid Corporation of China começou a implementar o projeto e a construção de subestações em um modo de distribuição padronizado.
Um dos principais objetivos é padronizar os parâmetros e padrões de interface do equipamento, permitindo que o equipamento primário seja conectado ao secundário, e o equipamento secundário seja conectado entre si de maneira padronizada. Isso garante que a fiação secundária seja plug-and-play, fornecendo serviços mais convenientes para tarefas como licitação de equipamentos, operação e manutenção, e projeto de engenharia, enquanto também reduz razoavelmente o tempo de construção da engenharia. Com base nisso, em subestações inteligentes, pesquisas e análises aprofundadas foram realizadas sobre a aplicação de cabos híbridos óptico-elétricos pré-fabricados, o que tem uma importância prática extremamente importante na situação atual.
1. Análise do Escopo Aplicável de Cabos Híbridos Óptico-Elétricos Pré-Fabricados na Fase de Aplicação
No contexto moderno, os métodos de fiação utilizados para as barras terminais em painéis de comutação tradicionais e caixas de distribuição de fibras ópticas em subestações durante o processo de conexão já não atendem aos novos requisitos das subestações pré-fabricadas nas fases de instalação e operação. Ao mesmo tempo, durante a construção de subestações inteligentes, já que são necessárias tarefas como fiação de cabos e fibras ópticas no local, conexão de circuitos e depuração de circuitos ao conectar os cabos e fibras ópticas dentro dos gabinetes, o período de construção da engenharia é relativamente longo.
Isso não só leva a uma baixa eficiência de construção e confiabilidade relativamente baixa, mas também resulta em certas diferenças no posicionamento, instalação e métodos de fiação dos dispositivos de conexão dentro de cada gabinete. Portanto, a aplicação de tecnologias de processo durante a fase de construção é extremamente difícil, o que aumenta invisivelmente o custo de trabalho na fase de manutenção e leva a uma eficiência geralmente baixa nas fases de depuração de construção e manutenção subsequente.
Diante dessa situação, considerando de forma abrangente, a aplicação de cabos híbridos óptico-elétricos pré-fabricados, que têm as vantagens de encaixe rápido, longa vida útil, baixa densidade, pequeno tamanho e alta confiabilidade, pode atender melhor aos novos requisitos de equipamentos em subestações inteligentes para funcionalidade plug-and-play na nova era.
Pesquisa sobre a Aplicação de Cabos Híbridos Óptico-Elétricos Pré-Fabricados em Subestações Inteligentes
Geralmente, cabos pré-fabricados são adequados para as posições entre o corpo principal do equipamento primário de alta tensão e os gabinetes de controle inteligente. Para subestações inteligentes que usam equipamentos GIS (Sistema de Informações Geográficas), cabos pré-fabricados de dupla extremidade podem ser selecionados para as conexões entre os disjuntores dentro do corpo principal do GIS e os gabinetes de controle inteligente, entre os seccionadores e os gabinetes de controle inteligente, entre as caixas de mecanismo de chave de terra e os gabinetes de controle inteligente, e entre as caixas terminais do transformador principal e os gabinetes de controle inteligente do transformador principal.
Quanto ao método de conexão em ambas as extremidades, conectores de tomada aeronáutica podem ser selecionados para conexão, e soquetes pré-fabricados compatíveis podem ser usados em ambas as extremidades. Em seguida, de acordo com os princípios de separação de circuitos de duplo loop, separação de correntes fortes e fracas, e separação de correntes AC e DC, uma configuração razoável pode ser realizada.Após a aplicação de cabos pré-fabricados, o nível de processo dos componentes internos do equipamento durante a montagem será aprimorado. Isso não só economiza espaço dentro dos painéis de comutação, mas também permite uma instalação mais conveniente, rápida e eficiente no local de construção.
Quando o equipamento do gabinete de controle inteligente é conectado a vários dispositivos de nível de bay, como instrumentos de análise de rede, dispositivos de oscilografia de falhas, dispositivos de proteção do transformador principal, dispositivos de medição e controle de linha e dispositivos de proteção de linha, fibras ópticas são principalmente utilizadas. No entanto, o processo de construção usado para a instalação de fibras ópticas comuns é mais complexo do que o de cabos, e os requisitos para o ambiente de instalação durante a fusão de fibras ópticas são extremamente altos. Portanto, podem ser selecionadas fibras ópticas pré-fabricadas com conectores pré-fabricados na fábrica. Durante a construção no local, pode-se usar um método de conexão sem fusão, que pode minimizar a atenuação e perda óptica durante a construção dos pontos de fusão de fibras ópticas e melhorar a confiabilidade e estabilidade do loop de fibra óptica durante a conexão.
2. Análise das Características Técnicas dos Cabos Híbridos Óptico-Elétricos Pré-Fabricados
Os cabos híbridos óptico-elétricos são cabos que incorporam condutores isolados na estrutura dos cabos ópticos, integrando fios de cobre de transmissão de energia e fibras ópticas em um único. Como a transmissão de energia e a transmissão de cabos ópticos pertencem a dois tipos completamente diferentes de métodos de transmissão, não haverá interferência entre eles durante o processo de transmissão. Os cabos híbridos óptico-elétricos não apenas possuem as características dos cabos ópticos comuns, mas também atendem às normas e especificações relevantes para a transmissão de energia de baixa tensão de cabos. Eles podem resolver simultaneamente os problemas existentes na transmissão de sinais ópticos e elétricos do equipamento.
Em termos das vantagens dos cabos híbridos óptico-elétricos, eles têm as características de ocupar pouco espaço, serem leves e terem um diâmetro externo pequeno. Em muitos casos no passado, problemas que exigiam o uso de múltiplos cabos e fibras ópticas para serem resolvidos juntos agora podem ser razoavelmente resolvidos usando apenas um cabo híbrido. Ao mesmo tempo, a aplicação de cabos híbridos óptico-elétricos também tem as seguintes vantagens:
Durante o processo de transmissão, ele pode fornecer simultaneamente diversos tipos diferentes de tecnologias de transmissão. O equipamento tem forte expansibilidade e boa adaptabilidade durante a aplicação, e o produto tem uma cobertura relativamente ampla em termos de aplicabilidade.
Em termos de desempenho de aplicação, possui excelente resistência à pressão interna e flexibilidade, com superioridade relativamente alta e um alto nível de conveniência durante a construção.
Os clientes não precisam gastar custos excessivos durante o processo de aquisição, e o custo durante a construção é relativamente baixo.
Como o cabo híbrido é do tipo pré-fabricado, na etapa inicial de design, é necessário calcular e prever com precisão o comprimento real de instalação do cabo óptico pré-fabricado para evitar, tanto quanto possível, situações em que o comprimento não atenda ao padrão ou exceda o padrão. Atualmente, os fabricantes de equipamentos podem fornecer cabos híbridos óptico-elétricos pré-fabricados. A faixa de personalização do número de fibras ópticas é de aproximadamente 6 a 48 fibras, e pode ser selecionado como multimodo ou monomodo. Os tipos de armaduras são, na maioria, de cobre ou alumínio corrugado. O comprimento pode ser pré-fabricado antecipadamente, e vários tipos diferentes de conectores elétricos ou ópticos podem ser selecionados para os conectores em ambas as extremidades.
Ao selecionar uma distribuidora, recomenda-se usar uma distribuidora modular híbrida óptico-elétrica, que pode configurar de forma flexível e científica a proporção de fibras ópticas e cobre de acordo com as diferentes diferenças das portas do equipamento do usuário, maximizando a satisfação de vários requisitos no processo de gerenciamento de distribuição de energia.
De acordo com as características dos cabos híbridos óptico-elétricos, em uma subestação inteligente, os terminais inteligentes de cada bay podem ser uniformemente combinados em sinais de alarme de perda de energia e sinais ópticos unitários, e transmitidos para o equipamento de proteção, medição e controle de bay usando o mesmo tipo de cabo híbrido óptico-elétrico. Quando as fontes de alimentação CA e CC são conectadas dos painéis de distribuição CA e CC da fábrica de painéis de comutação, a fiação usada para conectar o equipamento em andares e locais diferentes pode ser uniformemente simplificada em cabos híbridos óptico-elétricos, possibilitando a realização da ideia de que todos os sinais de controle de um bay típico sejam conectados usando um cabo.
3. Análise Específica de Casos de Aplicação de Cabos Híbridos Óptico-Elétricos Pré-Fabricados
Este artigo toma como principais casos as bays típicas nos lados de 110 kV e 220 kV de uma certa subestação inteligente. Comparando as situações específicas da aplicação de cabos híbridos óptico-elétricos pré-fabricados, elabora-se especificamente sobre as principais características da aplicação de cabos híbridos óptico-elétricos pré-fabricados, conforme segue:
(1) Análise Estatística das Especificações e Quantidades de Cabos Híbridos Óptico-Elétricos no Lado de 110 kV
Com base no modo de fiação de dupla barra no lado de 110 kV e no uso de equipamentos GIS para pesquisa, há uma configuração única no dispositivo integrado da unidade de fusão do terminal inteligente para a linha de energia de 110 kV e a seccionamento; há uma configuração dupla no dispositivo integrado da unidade de fusão do terminal inteligente para a linha de entrada do transformador principal de 110 kV. Duas unidades de fusão de tensão de barra são instaladas nas posições de controle inteligente do equipamento de barra.
O seguinte toma principalmente a bay de linha de 110 kV como exemplo. Analisando centralmente as quantidades de fibras ópticas e cabos entre o gabinete de controle inteligente e o equipamento secundário, as especificações e quantidades dos cabos híbridos óptico-elétricos no lado de 110 kV são organizadas e analisadas.
Tabela 1 Estatísticas dos coeficientes de cabos e fibras ópticas em intervalos de linha de 110 quilovolts
Como mostrado na Tabela 1, contando centralmente o número de núcleos de fibras ópticas e núcleos de cabos do nível de processo para o nível de bay na bay de linha de 110 kV, e considerando de forma abrangente a demanda máxima e os núcleos de reserva reais, um cabo híbrido óptico-elétrico pré-fabricado composto por uma fibra óptica de 12 núcleos mais fios de cobre de 6×1,5 mm é selecionado para as bays de saída e seccionamento. De acordo com a configuração dupla da subestação principal, dois cabos híbridos óptico-elétricos pré-fabricados, cada um composto por 12 fibras ópticas mais fios de cobre de 6×1,5 mm, são selecionados para o gabinete de controle inteligente principal no lado de 110 kV.
(2) Análise Estatística das Especificações e Quantidades de Cabos Híbridos Óptico-Elétricos no Lado de 220 kV
Com base no modo de fiação de dupla barra no lado de 220 kV e no uso de equipamentos GIS (Sistema de Informações Geográficas), os terminais inteligentes e as unidades de fusão são uniformemente organizados no gabinete de controle inteligente. A pesquisa sobre a configuração do nível de processo e do nível de bay é realizada usando um método de configuração dupla.
O seguinte toma principalmente a bay de linha de 220 kV como um exemplo específico. Analisando estatisticamente as quantidades de fibras ópticas e cabos do gabinete de controle inteligente para o sala de equipamento secundário, as especificações e quantidades reais dos cabos híbridos óptico-elétricos de 220 kV são organizadas e resumidas.
Considerando a configuração dupla no lado de 220 kV, o número de núcleos de cabos e núcleos de fibras ópticas do segundo cabo e sua configuração são os mesmos do primeiro cabo. O conteúdo específico é mostrado na Tabela 2. Analisando estatisticamente o número de núcleos de cabos e núcleos de fibras ópticas do nível de processo para o nível de bay na bay de linha de 220 kV, e considerando sistematicamente a demanda máxima e os núcleos de reserva, cada gabinete de controle inteligente pode usar dois cabos híbridos óptico-elétricos pré-fabricados com especificação de 24 fibras ópticas mais fios de cobre de 6×1,5 mm.
(3) Agregação e Análise de Dados da Aplicação de Cabos Híbridos Óptico-Elétricos em Subestações Inteligentes
Com base nos dados do processo estatístico mencionado acima, a análise mostra que, em termos de especificações, os cabos híbridos óptico-elétricos pré-fabricados usados dentro das subestações inteligentes podem ser otimizados em 24 fibras ópticas + 6 cabos e 12 fibras ópticas + 6 cabos.
O número de cabos dos gabinetes de controle inteligente de cada lado de 220 kV e subestações principais para a sala de equipamento secundário pode ser minimizado para dois, e o número de cabos do gabinete de controle inteligente do lado de 110 kV para a sala de equipamento secundário pode ser minimizado para um.
À medida que o custo de materiais de equipamento no processo de investimento continua a diminuir, uma série de benefícios econômicos indiretos são gerados, conforme segue:
Os níveis orientados a processos e enxutos da montagem de componentes de cabos são maiores, e a eficiência do trabalho no processo de construção é maior. Isso pode maximizar a economia de mão de obra e tempo de engenharia e reduzir o custo de instalação e construção no local.
Após o uso de cabos pré-fabricados, pode-se especificamente melhorar o nível de padronização dos usuários, reduzir a variedade e quantidade de materiais, liberar razoavelmente a ocupação do estoque original dos usuários e reduzir o custo de gestão.
Reduz a carga de trabalho no processo de operação e manutenção posterior, tem melhor desempenho ambiental e ecológico, e está mais alinhado com os requisitos gerais da construção de subestações "de dois tipos e uma padronização".
Tabela 2 Estatísticas de Núcleos de Cabos e Núcleos de Fibras Ópticas em Intervalos de Linha de 220 Quilovolts
4. Conclusão
Em resumo, a aplicação de cabos pré-fabricados em subestações inteligentes visa alcançar conexões padronizadas e regulamentadas para fibras ópticas e cabos entre equipamentos primários e secundários, bem como entre equipamentos secundários. Isso pode especificamente melhorar a eficiência de construção e a qualidade do processo de equipamentos secundários durante a fase de construção.
Este artigo discutiu principalmente o escopo de aplicação e as características técnicas dos cabos híbridos óptico-elétricos pré-fabricados. Estudou e analisou a aplicação específica de cabos híbridos óptico-elétricos em subestações inteligentes de 220 kV, e resumiu e analisou algumas interfaces padrão comuns de cabos híbridos usados em subestações de 220 kV.
O uso de cabos híbridos óptico-elétricos pré-fabricados pode integrar organicamente cabos e fibras ópticas. Pode especificamente reduzir a carga de trabalho de instalação no local, diminuir a seção transversal dos canais de cabos e a área ocupada real, e cortar efetivamente o custo do projeto durante todo o ciclo de projeto de subestações inteligentes.
O conteúdo de pesquisa neste artigo foca principalmente em como usar cabos híbridos óptico-elétricos para substituir cabos ópticos pré-fabricados para conectar equipamentos secundários entre painéis de comutação em diferentes locais e áreas, como em salas diferentes.
