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智能电网中如何正确选择光纤复合中压电缆?

智能电网、配网自动化等现代配网技术的发展对电力通信提出了更高的要求,通过光缆组建电力通信网能够满足这一要求,但光缆占用电力通道资源的问题也不容忽视。

本文介绍的光纤复合中压电缆是一种将光纤与电缆进行复合的新型电缆,能够节省电力通道,兼具通信与测温功能。而气吹式OPMC将光单元进行预埋,节省了投资,具有更多的优势。已将OPMC应用在配网中,并取得了良好的效果。

近年来,随着配网自动化技术的飞速发展,配网建设中对电力通信的要求也在逐年提高。光纤通信具有高速、稳定、可靠、抗干扰能力强等优点,但大量光缆的敷设也出现了规划滞后、侵占电缆通道等问题。光纤复合电缆的引入有利于解决通信网接入时面临的通道问题。

光纤复合电缆是电力系统中正在兴起运用的一种新型特种电缆,它将光纤通信单元与常规电缆复合形成一根光纤复合电缆,能够同时传输电力和通信信息。此外,光纤复合电缆还可以运用拉曼散射效应测温,同时进行温度异常位置的定位,用于电缆保护,使电缆运行在额定温度,确保电力电缆安全运行。

本文介绍了光纤复合中压电缆(optical fiber com- posite medium-voltage cable, OPMC)的结构和作用,以及一种新型气动吹入式光纤复合电缆,可节省成本,并可实现光传输单元的更换操作。在无锡中压配网设计中进行了尝试应用,取得了较好的效果。

1  光纤复合中压电缆的结构

10kV中压光纤复合电缆结构如图1所示。从图中可以看出,OPMC主要由外护套、绕包层、填充层、通信光缆、绝缘层、导体和测温光缆7部分组成。其中通信光缆为非金属材料,可以降低运行危险性,还能在电缆运行时产生的高温下正常运行,减少功率损耗,避免油膏融化,方便运行维护。该光缆主要用于通信业务,可以提供诸如光纤到用户的宽带业务、电缆测温数据以及载流量数据的上传。

智能电网中如何正确选择光纤复合中压电缆?
图1  光纤复合中压电缆结构

测温光缆为高温敏探测光缆,温度灵敏度高。对传统电缆进行光缆测温时,往往将测温光缆绑扎在电缆外护套外,测得的温度为电缆外温而非缆芯温度。OPMC电缆的测温光缆位于电缆中心,比传统测温手段具有更高的精确度,而且几乎不受外界环境变化的影响,能够实时分析电缆负荷情况,为迎峰度夏、负荷调度提供依据。

2  光纤复合中压电缆的应用

2.1  中压配网通信

近年来,智能电网、配网自动化等建设全面展开,中压配网对通信的要求也一步步提高。特别是近年来在国网公司的布置下,无锡地区配网自动化专项项目分批实施,目前已经基本实现全面覆盖。同时要求新建的开关站、环网柜、配电所均能够满足配网自动化要求。中压配网的通信网正在逐渐形成,而光缆抢占电力通道的问题也越来越突出。

采用光纤复合中压电缆能够同时完成电力电缆和通信光缆的敷设,综合考虑设备、施工、管道资源等因素,降低了全寿命周期成本,避免了通信光缆另外单独施工所引起的人工、机械等资源的浪费。

通过运用光纤复合中压电缆技术,能够满足中压配网自动化及保护通信的需求,实现配网数据(如测量的电流电压、开关状态等)实时上传、开关开合的指令下达以及“三遥”(遥测、遥信、遥控)功能。

2.2  光纤测温

电缆运行时都有相应的额定运行温度。监测运行中的电缆温度,可以了解电缆是否运行在额定载流量,是否有过载甚至可能引起事故的情况,并在电缆温度超过正常运行温度时发出警告,从而预防事故的发生,提高供电可靠性。

当对传统的电缆进行测温时,由于电缆线芯包裹在绝缘层、护套和铠装内,只能对外护套温度进行测量,再通过计算机软件推算出线芯温度,这样做存在一定的误差。而鉴于OPMC电缆的特殊结构,使得运用光纤即可直接测量出线芯温度,提高测量数据的准确性。

光纤测温采用基于拉曼散射效应的“线型分布式光纤温度传感技术”,这一技术能够监测不同运行环境下电缆温度的连续分布。采用测温光纤嵌入式电缆温度监测方法,在环境温度较稳定和电缆载流无突变的条件下,光纤温度探测器可在2h内完全感受到电缆导体载流温度值(误差±3℃),并实现动态跟随[8]。

2.3  气吹式光纤复合电缆

普通的OPMC光纤在出厂时就已与电缆制成一体,后期如需维护更换,需要将整段OPMC一起更换,代价较为昂贵,也造成了电缆的浪费。气吹式光纤复合电缆由预埋光单元管的电力电缆和后期引入的传输光纤单元两部分组成。待预埋光单元管的电力电缆敷设安装后导入光纤单元,实现OPMC电缆的功能。该电缆结构可实现光传输单元沿着电缆路径无接续传输,也可实现光传输单元的更换操作。

这种预埋光单元型光纤复合电缆,在生产时考虑了光缆在配线、交接时浪费的长度,在光纤复合电缆两端预留了20m左右的光单元,避免了因光缆交接引起的铜电缆的损耗和浪费。采用电缆安装后光纤气动吹入方式复合,节省了早期复合电缆由于测试、敷设、安装(中间、终端接头)光纤处理而造成的电缆整体长度损耗和电缆的采购成本。

此类气吹式OPMC可以做到,对2km电缆敷设整个线路路径采用一整根光纤单元引入传输光通信,中间无接头,降低了整条线路的光衰减特性,提高了通信质量。在电缆安装敷设、交接合格、运行后,若因某种原因造成光纤通信质量问题,则可采用更换光纤单元的方式进行后期维护。

智能电网中如何正确选择光纤复合中压电缆?
图2  气吹式OPMC功能示意图

3  OPMC在无锡配网中的应用

光纤复合中压电缆在无锡配网设计中进行了试点应用。

3.1  水曲巷配电站

水曲巷站位于无锡城区,在进行老站改造中率先试点应用了光纤复合电缆,并满足配网自动化要求。在本次改造中,从三凤变至水曲巷站共敷设OPMC电缆1660m。目前该工程已完工,能满足电力和通信要求。

3.2  商厦开闭所

商厦开闭所位于无锡中心城区,负荷密度高,对其供电可靠性提出了更高的要求。在进行该开闭所设计时,试点采用了花瓣结构接线方式,其接线方式如图3所示,并采用光纤差动保护,同时接入配网自动化。

智能电网中如何正确选择光纤复合中压电缆?
图3  花瓣结构接线方式示意图

由于城中区电力通道资源紧缺,故采用光纤复合电缆,完成电力传输的同时构建通信网络,满足光纤差动保护和配网自动化的要求。在该工程中,试用OPMC电缆,共敷设电缆OPMC-YJV22-8.7/15- 3*400+CTG -12B1+12A1A 1650m。具体接线设计如图4所示。

最终割接完成后,交行1#分支箱至商厦开闭所和110kV三凤变至商厦开闭所均被敷设了OPMC电缆,承担传输电力和自动化信息的任务。

OPMC电缆采用穿管敷设方式,施工牵引时应考虑牵引力的允许值,实施同步牵引,考虑牵引力平衡。与普通电缆不同的是,在敷设过程中应注意线芯中光缆的保护,弯曲半径不得超出规定值。

目前,该工程已完工,节省了电力通道的同时也提高了供电可靠性。配电自动化主站能够通过三凤变正确接收交行1#站和商厦开闭所各开关的遥测和遥信信息,发送遥控指令,实现“三遥”功能,满足配电自动化的要求。

总结
随着现代配网对通信要求的提高,通信网络建设成为了配网中十分重要的环节。而光缆的单独敷设占用了大量电力通道资源,与配网发展形成了矛盾。光纤复合电缆的应用解决了这个问题,同时还兼具测温功能。本文对光纤复合电缆的结构、作用进行了阐述,并介绍了一种新型气动吹入型OPMC。在无锡配网设计中应用OPMC取得了预期效果。
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