Nghiên cứu về Ứng dụng của Dây cáp Hybrid Quang và Điện Chế tạo sẵn trong Trạm biến áp Thông minh
Hiện nay, nhằm tăng cường hiệu quả và hiệu suất của giai đoạn xây dựng công trình một cách hợp lý, áp dụng sâu rộng các thành tựu thiết kế trong giai đoạn ứng dụng, thúc đẩy khái niệm quản lý toàn bộ chu kỳ sống, áp dụng toàn diện các công nghệ hiện đại mới, thiết lập giao diện quản lý thiết bị thống nhất và tập trung, và cải thiện hiệu suất công trình tập trung ở giai đoạn thiết kế và xây dựng, Công ty Điện lực Quốc gia Trung Quốc đã bắt đầu triển khai thiết kế và xây dựng các trạm biến áp theo phương thức phân phối chuẩn hóa.
Một trong những mục tiêu chính là chuẩn hóa các tham số và tiêu chuẩn giao diện của thiết bị, cho phép thiết bị chính kết nối với thiết bị phụ trợ, và thiết bị phụ trợ kết nối với nhau theo cách chuẩn hóa. Điều này đảm bảo rằng dây điện thứ cấp có thể cắm và sử dụng ngay, cung cấp dịch vụ thuận tiện hơn cho các nhiệm vụ như đấu thầu thiết bị, vận hành và bảo trì, và thiết kế công trình, đồng thời giảm hợp lý thời gian xây dựng công trình. Dựa trên điều này, trong các trạm biến áp thông minh, đã được nghiên cứu và phân tích sâu về việc áp dụng cáp quang-điện lai chế tạo sẵn, điều này có ý nghĩa thực tiễn cực kỳ quan trọng trong tình hình hiện nay.
1. Phân tích phạm vi áp dụng của cáp quang-điện lai chế tạo sẵn trong giai đoạn ứng dụng
Trong bối cảnh hiện đại, các phương pháp đấu dây được sử dụng cho các thanh đấu cuối trong tủ chuyển mạch truyền thống và hộp phân phối sợi quang trong trạm biến áp trong quá trình kết nối không còn đáp ứng được yêu cầu mới của trạm biến áp chế tạo sẵn trong giai đoạn lắp đặt và vận hành. Đồng thời, trong quá trình xây dựng trạm biến áp thông minh, do cần phải thực hiện các tác vụ như đấu dây cáp và cáp quang tại chỗ, kết nối mạch và kiểm tra mạch khi kết nối cáp và cáp quang bên trong tủ, thời gian xây dựng công trình tương đối dài.
Điều này không chỉ dẫn đến hiệu suất xây dựng thấp và độ tin cậy tương đối thấp mà còn gây ra sự khác biệt nhất định trong vị trí, lắp đặt và phương pháp đấu dây của các thiết bị kết nối bên trong mỗi tủ. Do đó, việc áp dụng công nghệ quy trình trong giai đoạn xây dựng cực kỳ khó khăn, làm tăng gián tiếp chi phí làm việc trong giai đoạn bảo dưỡng và dẫn đến hiệu suất làm việc chung thấp trong giai đoạn kiểm tra xây dựng và bảo dưỡng sau này.
Trước tình hình này, xem xét tổng thể, việc áp dụng cáp quang-điện lai chế tạo sẵn, có ưu điểm là cắm và rút nhanh, tuổi thọ dài, mật độ thấp, kích thước nhỏ, và độ tin cậy cao, có thể đáp ứng tốt hơn yêu cầu mới của thiết bị trong trạm biến áp thông minh về khả năng cắm và sử dụng ngay trong kỷ nguyên mới.
Nghiên cứu về việc áp dụng cáp quang-điện lai chế tạo sẵn trong trạm biến áp thông minh
Nhìn chung, cáp chế tạo sẵn phù hợp với vị trí giữa thân thiết bị chính điện áp cao và tủ điều khiển thông minh. Đối với trạm biến áp thông minh sử dụng thiết bị GIS (Hệ thống Thông tin Địa lý), có thể chọn cáp chế tạo sẵn hai đầu để kết nối giữa các cầu chì bên trong thân GIS và tủ điều khiển thông minh, giữa các công tắc cách ly và tủ điều khiển thông minh, giữa các hộp cơ cấu công tắc nối đất và tủ điều khiển thông minh, và giữa các hộp đầu cuối máy biến áp chính và tủ điều khiển thông minh của máy biến áp chính.
Về phương pháp kết nối ở cả hai đầu, có thể chọn kết nối bằng các đầu nối cắm hàng không, và sử dụng ổ cắm chế tạo sẵn phù hợp ở cả hai đầu. Sau đó, theo các nguyên tắc tách mạch kép, tách dòng mạnh và yếu, và tách dòng AC và DC, có thể thực hiện cấu hình hợp lý.Sau khi áp dụng cáp chế tạo sẵn, mức độ quy trình hóa của các thành phần bên trong thiết bị trong quá trình lắp ráp sẽ được nâng cao. Điều này không chỉ tiết kiệm không gian bên trong tủ chuyển mạch mà còn cho phép lắp đặt thuận tiện, nhanh chóng và hiệu quả hơn tại công trường.
Khi thiết bị tủ điều khiển thông minh được kết nối với các thiết bị cấp bay khác nhau như thiết bị phân tích mạng, thiết bị ghi sóng lỗi, thiết bị bảo vệ máy biến áp chính, thiết bị đo lường và điều khiển đường dây, và thiết bị bảo vệ đường dây, chủ yếu sử dụng cáp quang. Tuy nhiên, quy trình xây dựng được sử dụng cho việc lắp đặt cáp quang thông thường phức tạp hơn so với cáp, và yêu cầu về môi trường lắp đặt trong quá trình hàn sợi quang cực kỳ cao. Do đó, có thể chọn cáp quang chế tạo sẵn với các đầu nối chế tạo sẵn trong nhà máy. Trong quá trình xây dựng tại chỗ, có thể sử dụng phương pháp kết nối không cần hàn, giúp tối thiểu hóa sự suy giảm và mất mát quang trong quá trình xây dựng các điểm hàn sợi quang và cải thiện độ tin cậy và ổn định của mạch quang trong quá trình kết nối.
2. Phân tích đặc điểm kỹ thuật của cáp quang-điện lai chế tạo sẵn
Cáp quang-điện lai là loại cáp kết hợp dây dẫn cách điện trong cấu trúc của cáp quang, tích hợp dây đồng truyền điện và sợi quang vào một. Do truyền điện và truyền cáp quang thuộc hai phương thức truyền hoàn toàn khác nhau, nên trong quá trình truyền không có sự can thiệp lẫn nhau. Cáp quang-điện lai không chỉ có các đặc tính của cáp quang thông thường mà còn tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định liên quan đến truyền điện áp thấp của cáp. Chúng có thể giải quyết đồng thời các vấn đề tồn tại trong việc truyền tín hiệu quang và điện của thiết bị.
Về ưu điểm của cáp quang-điện lai, chúng có đặc điểm chiếm ít không gian, nhẹ, và đường kính ngoài nhỏ. Trong hầu hết các trường hợp trước đây, các vấn đề cần sử dụng nhiều cáp và cáp quang để giải quyết cùng nhau, nay có thể giải quyết hợp lý chỉ bằng một cáp lai. Đồng thời, việc áp dụng cáp quang-điện lai cũng có các ưu điểm sau:
Trong quá trình truyền, có thể cung cấp nhiều công nghệ truyền khác nhau cùng một lúc. Thiết bị có khả năng mở rộng mạnh mẽ và khả năng thích ứng tốt trong quá trình ứng dụng, và sản phẩm có phạm vi áp dụng tương đối rộng.
Về hiệu suất ứng dụng, nó có khả năng chịu áp lực nội bộ và khả năng uốn cong tốt, với mức độ vượt trội và tiện lợi tương đối cao trong quá trình xây dựng.
Khách hàng không cần phải chi trả quá nhiều chi phí trong quá trình mua sắm, và chi phí trong quá trình xây dựng tương đối thấp.
Do cáp lai là loại chế tạo sẵn, trong giai đoạn thiết kế ban đầu, cần tính toán và dự đoán chính xác chiều dài thực tế của cáp quang chế tạo sẵn để tránh, càng nhiều càng tốt, các trường hợp chiều dài không đạt tiêu chuẩn hoặc vượt tiêu chuẩn. Hiện nay, các nhà sản xuất thiết bị có thể cung cấp cáp quang-điện lai chế tạo sẵn. Phạm vi tùy chỉnh số lõi trong cáp quang khoảng từ 6 đến 48 lõi, và có thể chọn đa chế độ hoặc đơn chế độ. Các loại vỏ chủ yếu là đồng hoặc nhôm gợn sóng. Chiều dài có thể chế tạo sẵn trước, và có thể chọn các đầu nối điện hoặc quang khác nhau cho các đầu nối ở cả hai đầu.
Khi chọn giá phân phối, khuyến nghị sử dụng giá phân phối quang-điện lai mô-đun, có thể linh hoạt và khoa học cấu hình tỷ lệ sợi quang và đồng theo các khác biệt khác nhau của các cổng thiết bị người dùng, tối đa hóa sự hài lòng của các yêu cầu khác nhau trong quá trình quản lý phân phối điện.
Theo đặc điểm của cáp quang-điện lai, trong trạm biến áp thông minh, các đầu cuối thông minh của từng bay có thể được kết hợp đồng nhất thành tín hiệu báo mất điện và tín hiệu quang đơn vị, và truyền đến thiết bị bảo vệ, đo lường và điều khiển bay bằng cùng một loại cáp quang-điện lai. Khi nguồn điện AC và DC được kết nối từ bảng phân phối AC và DC của nhà máy tủ chuyển mạch, dây nối được sử dụng để kết nối thiết bị qua các tầng và địa điểm khác nhau có thể được đơn giản hóa thành cáp quang-điện lai, cho phép thực hiện ý tưởng kết nối tất cả các tín hiệu điều khiển của một bay điển hình bằng một cáp.
3. Phân tích cụ thể về việc áp dụng cáp quang-điện lai chế tạo sẵn
Bài viết này lấy các bay điển hình ở phía 110 kV và 220 kV của một trạm biến áp thông minh cụ thể làm ví dụ chính. Bằng cách so sánh các tình huống cụ thể về việc áp dụng cáp quang-điện lai chế tạo sẵn, bài viết cụ thể hóa các đặc điểm chính của việc áp dụng cáp quang-điện lai chế tạo sẵn như sau:
(1) Phân tích thống kê về quy cách và số lượng cáp quang-điện lai ở phía 110 kV
Dựa trên chế độ đấu dây hai busbar ở phía 110 kV và việc sử dụng thiết bị GIS để nghiên cứu, có cấu hình đơn bộ trong thiết bị tích hợp của đơn vị hợp nhất đầu cuối thông minh cho đường dây điện 110 kV và phân đoạn; có cấu hình đôi bộ trong thiết bị tích hợp của đơn vị hợp nhất đầu cuối thông minh cho đường dây điện 110 kV chính. Hai đơn vị hợp nhất điện áp bus được lắp đặt ở vị trí điều khiển thông minh của thiết bị busbar.
Chủ yếu lấy bay đường dây 110 kV làm ví dụ. Bằng cách phân tích tập trung số lượng cáp và cáp quang giữa tủ điều khiển thông minh và thiết bị thứ cấp, sắp xếp và phân tích quy cách và số lượng của cáp quang-điện lai ở phía 110 kV.
Bảng 1 Thống kê hệ số cáp và cáp quang trong các khoảng đường dây 110-kilovolt
Như được hiển thị trong Bảng 1, bằng cách đếm tập trung số lõi sợi quang và lõi cáp từ lớp quy trình đến lớp bay trong bay đường dây 110 kV, và xem xét toàn diện nhu cầu tối đa và lõi dự phòng thực tế, đã chọn cáp quang-điện lai chế tạo sẵn bao gồm 12 lõi sợi quang cộng 6×1.5 dây đồng cho các bay xuất tuyến và phân đoạn. Theo cấu hình đôi của trạm chính, đã chọn hai cáp quang-điện lai chế tạo sẵn, mỗi cái bao gồm 12 lõi sợi quang cộng 6×1.5 dây đồng, cho tủ điều khiển thông minh chính ở phía 110 kV.
(2) Phân tích thống kê về quy cách và số lượng cáp quang-điện lai ở phía 220 kV
Dựa trên chế độ đấu dây hai busbar ở phía 220 kV và việc sử dụng thiết bị GIS (Hệ thống Thông tin Địa lý), các đầu cuối thông minh và đơn vị hợp nhất được bố trí đồng nhất trong tủ điều khiển thông minh. Nghiên cứu về cấu hình của lớp quy trình và lớp bay được thực hiện theo phương pháp cấu hình đôi.
Chủ yếu lấy bay đường dây 220 kV làm ví dụ cụ thể. Bằng cách thống kê số lượng cáp và cáp quang từ tủ điều khiển thông minh đến phòng thiết bị thứ cấp, sắp xếp và tổng hợp quy cách và số lượng thực tế của cáp quang-điện lai 220 kV.
Xem xét cấu hình đôi ở phía 220 kV, số lõi cáp và lõi sợi quang của cáp thứ hai và cấu hình của nó giống như cáp thứ nhất. Nội dung cụ thể được hiển thị trong Bảng 2. Bằng cách thống kê số lõi cáp và lõi sợi quang từ lớp quy trình đến lớp bay trong bay đường dây 220 kV, và xem xét hệ thống nhu cầu tối đa và lõi dự phòng, mỗi tủ điều khiển thông minh có thể sử dụng hai cáp quang-điện lai chế tạo sẵn với quy cách 24 lõi sợi quang cộng 6×1.5 dây đồng.
(3) Tổng hợp và phân tích dữ liệu về việc áp dụng cáp quang-điện lai trong trạm biến áp thông minh
Dựa trên dữ liệu từ quá trình thống kê được đề cập ở trên, phân tích cho thấy về quy cách, cáp quang-điện lai chế tạo sẵn được sử dụng bên trong trạm biến áp thông minh có thể được tối ưu hóa thành 24 lõi sợi quang + 6 lõi cáp và 12 lõi sợi quang + 6 lõi cáp.
Số lượng cáp từ tủ điều khiển thông minh ở mỗi phía của 220 kV và trạm chính đến phòng thiết bị thứ cấp có thể được giảm thiểu xuống còn hai, và số lượng cáp từ tủ điều khiển thông minh ở phía 110 kV đến phòng thiết bị thứ cấp có thể được giảm thiểu xuống còn một.
Khi chi phí vật liệu thiết bị trong quá trình đầu tư tiếp tục giảm, một loạt lợi ích kinh tế gián tiếp được tạo ra, như sau:
Mức độ quy trình hóa và tối ưu hóa của việc lắp ráp các thành phần cáp cao hơn, và hiệu suất làm việc trong quá trình xây dựng cao hơn. Điều này có thể tối đa hóa việc tiết kiệm lao động và thời gian công trình, và giảm chi phí lắp đặt và xây dựng tại chỗ.
Sau khi sử dụng cáp chế tạo sẵn, có thể cụ thể hóa mức độ chuẩn hóa của người dùng, giảm số lượng và số lượng vật liệu, giải phóng hợp lý sự chiếm dụng của kho lưu trữ ban đầu của người dùng, và giảm chi phí quản lý.
Nó giảm khối lượng công việc trong quá trình vận hành và bảo dưỡng sau này, có hiệu suất bảo vệ môi trường tốt hơn, và phù hợp hơn với yêu cầu tổng thể của việc xây dựng các trạm "hai loại và một chuẩn hóa".
Bảng 2 Thống kê lõi cáp và lõi sợi quang trong các khoảng đường dây 220-kilovolt
4. Kết luận
Tóm lại, việc áp dụng cáp chế tạo sẵn trong trạm biến áp thông minh nhằm đạt được kết nối chuẩn hóa và quy định cho cáp quang và cáp giữa thiết bị chính và thiết bị phụ trợ, cũng như giữa các thiết bị phụ trợ. Điều này có thể cụ thể hóa việc tăng cường hiệu suất xây dựng và chất lượng quy trình của thiết bị phụ trợ trong giai đoạn xây dựng.
Bài viết này đã chủ yếu thảo luận về phạm vi áp dụng và đặc điểm kỹ thuật của cáp quang-điện lai chế tạo sẵn. Nó đã nghiên cứu và phân tích việc áp dụng cụ thể của cáp quang-điện lai trong trạm biến áp thông minh 220 kV, và tổng hợp và phân tích một số giao diện chuẩn phổ biến của cáp lai được sử dụng trong trạm biến áp 220 kV.
Việc sử dụng cáp quang-điện lai chế tạo sẵn có thể tích hợp hữu cơ cáp và cáp quang. Nó có thể cụ thể hóa việc giảm khối lượng công việc đặt tại công trường, giảm kích thước mặt cắt của hào cáp và diện tích thực tế được chiếm, và hiệu quả cắt giảm chi phí dự án trong toàn bộ chu kỳ dự án của trạm biến áp thông minh.
Nội dung nghiên cứu trong bài viết này chủ yếu tập trung vào cách sử dụng cáp quang-điện lai để thay thế cáp quang chế tạo sẵn cho việc kết nối thiết bị thứ cấp giữa các tủ chuyển mạch ở các địa điểm khác nhau và trong các khu vực như giữa các phòng.
