智能变电站光缆选择及配线优化探讨

刘士品 张雷

【摘要】光缆在智能变电站中大量应用，根数多、布置混乱，本文针对以上问题提出了简化光缆规格，优化光缆数量、美化盘柜内配线方案，以达到节省光缆数量，减少施工工作量。

【关键词】智能变电站;光缆;数量;优化;美化

1.概述

智能变电站目前已经进入全面建设的阶段，其特点之一是由高速光纤以太网替代传统的以太网及二次电缆，高速光纤以太网的通信介质是光缆，用它代替传统的二次电缆。智能变电站信息交互中光缆的大量使用，与控制电缆相比，其抗干扰性能有所提高，但是物理强度有所降低。传统的光配单元通常针对通信专业定制，适用于光缆较少的场合，智能变电站的电气专业使用的光缆数量较多，而且往往对可靠性要求极高，因此有必要制定适合于智能变电站光缆规格、参数以及敷设措施，提高后期可运行维护性。

2.光缆配线优化方案

2.1 简化光缆规格

2.1.1 光纤选择

光纤按光传输模式分：单模光纤和多模光纤。多模光纤传输的距离比较近，一般只有几千米;单模光纤适用于远程通讯。由于变电站内光纤通信距离较短.均不会超过500m，多模光纤足以满足要求，同时考虑多模光缆及其接口价格便宜，因此智能变电站除保护采用单模光纤外，其余均采用多模光纤连接。

2.1.2 光缆选择

智能变电站光缆选择应考虑环境温度、敷设环境、防鼠咬、防火等因素。为减少户外光缆穿管.减少槽盒敷设：变电站内统一采用铠装多模无金属加强芯阻燃光缆。光缆芯数选择.除考虑芯数满足要求外，还应考虑预留足够的备用芯.以避免光缆某芯断开后重新熔接，而是通过更换尾纤跳线接头，因此每根光缆要求至少预留2芯备用芯.备用芯数宜为10%。全站光缆的种类不宜过多，因此建议110kV站主要采用4芯光缆。

2.1.3 尾缆选择

为减少光纤的熔接量。同一设备室柜柜之间统一采用尾缆联接，方便更换。可以有效避免光缆熔点损坏熔接困难等问题。考虑铠装尾缆与普通尾缆价格相当，尾缆采用小型的铠装尾缆，以避免鼠咬、抗拉等引起光缆断裂。

2.1.4 光纤接口类型

在智能变电站中一般常用的光纤接口类型有ST、LC及SC3种。ST接口用于变电站内可方便现场制作，使尾缆整体布线美观;而LC接口体积小，发热量小，同一装置上可布置的接口数量更多，对于多间隔的保护如母线保护等具备一定的优势。因此建议智能变电站全站宜统一采用ST接口，而对于多间隔保护也可采用LC接口。

2.2 优化光缆数量

2.2.1 光缆常规联接方式

目前智能变电站内的光缆联接模式依然沿用传统变电站的光缆熔接联接方式，将光缆接入户外智能终端柜，在柜内安装光缆配线单元，通过熔接的方式将光缆的纤芯与尾纤联接，再通过法兰盘与设备引出的尾纤互联。

若按光缆不同的用途、去向分别引l根独立光缆.采用传统的光缆联接方式，存在以下弊端：1）以大量光缆取代传统电缆，智能变电站简化连接的节约材料设备的优势无法体现。2）大量光缆分散敷设，需要大量的电缆沟，土建工程量及光缆敷设工作量均较大。3）光缆通过熔接联接，熔接工作在现场进行，现场工作增大，影响施工进度。4）光缆熔接使连接的接点增多，故障安全隐患增多。5）光配架上光缆密度高、尾纤混乱，维护检修很不方便。6）就地放置的智能单元等使用的尾纤在环境温度较高时会变软，且由于衰减变化会造成通讯不稳定。

2.2.2 光缆数量优化整合方案

针对智能变电站光缆用量大、根数多的问题，提出了以下减少现场敷设根数及长度，确保节约、有效利用的优化方案：

1）除双重化保护的电流、电压，以及 GOOSE 跳闸控制回路等需要增强可靠性的两套系统，应采用各自独立的光缆外，光缆起点、终点在同一智能控制柜内并且同属于继电保护的同一套保护测控装置、合并单元、智能终端等多个装置，合用同一根光缆（见图3）。

2）采用智能终端合并单元采用合一装置、110kV线路保护测控合一装置、桥保护测控备自投合一装置，在源端实现GOOSE 或SV 共端口，可有效减少装置端口数量，减少连接光缆，节约部分费用。

下面就高压侧为内桥接线的110kV变电站按常规布置方式：主变保护测控柜、内桥保护测控柜于二次设备室集中组柜，合并单元、智能终端就地布置于GIS汇控柜，对以上光缆优化整合方案分四种情况加以具体说明。

方案1：110kV内桥合并单元与智能终端采用分开装置，内桥充电保护、测控、备自投亦采用分开装置。则从110kV内桥第一套合并单元、智能终端至各保护测控装置共需用9根4芯光缆（见图1）。

图1

方案2：110kV内桥合并单元与智能终端采用分开装置，内桥充电保护、测控、备自投亦采用分开装置。从合并单元智能终端合一装置至各保护测控采用各自独立的光缆。则从110kV内桥第一套合并单元智能终端合一装置至各保护测控装置共需用5根4芯光缆（见图2），比方案1节省4根光缆。

图2

图3

方案3：110kV内桥合并单元与智能终端采用合一装置，内桥充电保护、测控、备自投采用分开装置。光缆起点、终点在同一智能控制柜内并且同属于继电保护的同一套保护测控装置用同一根光缆，如图4所示，110kV内桥保护、测控、备自投在同一面柜内，其至110kV内桥合并单元智能终端合一装置可合用1根12芯光缆，则共需3根光缆即可，比方案二节省2根光缆。

方案4：110kV内桥合并单元与智能终端采用合一装置，内桥充电保护、测控、备自投亦采用合一装置。则共需3根4芯光缆即可。

图4

3）将110kV、主变间隔层保护测控等装置全部就地下放。如110kV桥保护测控装置、110kV进线光纤差动保护测控装置、110kV进线数字电能表、主变测控、主变保护分别安装于各自的智能组件柜内。这样这些间隔层装置与本间隔的智能组件的连接就直接用尾纤就可以，同时间隔层装置下放布置于110kVGIS室比布置于二次设备室，与110kV间隔层各智能组件的距离大大缩短。

4）将间隔层交换机全部就地下放。如将110kV、主变、10kV间隔层的交换机布置在110kV母线PT智能组件柜和10kV母线PT柜内，这样可以减少各间隔的保护测控装置与交换机之间的距离，减少光缆的长度，同时避免了光缆的过度集中，清晰了网络结构便于故障排查。

总之，优化整合后，大幅减少了光缆数量和长度，光缆由可研的5km缩短至3km，减少长光缆40%，经济性优。同时减少了光缆敷设的工作量，减少了光纤配线架和光纤熔接点，光缆布线更加清晰有序，便于管理和维护，缩短了安装和调试周期，提高了工作效率，提升了整个二次光缆系统的集成度及经济合理性。

2.3 美化盘柜内接线

针对光缆用量大、布置混乱的问题，本文提出了以下减少现场熔接，确保柜内布置简洁的优化方案：

1）跨房间、跨场地不同柜间二次装置之间连接采用预制光缆，现场即插即用，如图5所示。预制光缆结构简单、施工方便、整体美观、整洁，可取消光纤配线架，节省柜内安装空间。

图5

2）同一室内不同柜间二次装置连接采用尾缆，方便更换。

3）应准确测算预制光缆敷设长度，避免出现光缆长度不足或过长情况。可利用柜体底部或特制槽盒两种方式进行光缆余长收纳;室外光缆、尾缆宜从柜底部两侧或中间开孔进入，合理分配开孔数量，在柜两侧布线。

3.结论

本文通过对各种类型的光缆进行比较，110kV智能变电站应按以下原则进行光缆选择：1）光缆统一采用铠装多模无金属加强芯阻燃光缆，光缆芯数宜选取4芯，每根光缆或尾缆应留有足够的备用芯。2）室内光缆采用铠装尾缆。3）光缆起点、终点在同一智能控制柜内并且同属于继电保护的同一套保护测控装置、合并单元、智能终端等多个装置，合用同一根光缆。4）为提高二次线缆施工的工艺质量和建设效率，减少施工周期，减少光缆熔接，减少故障节点，提高可靠性，美化盘柜内接线，采用预制光缆实现不同设备间二次装置的标准化连接。

参考文献

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