智能变电站光缆应用研究

王根华 韩际辉 孙超

【摘要】智能变电站的建设大量使用光缆，为了保证智能变电站的安全可靠运行，在智能电网建设初期对变电站光缆应用进行规范是非常必要的。文章通过对各种光纤、光缆、光缆活动接头类型的全面分析研究，结合智能变电站特殊的使用环境，提出了智能变电站内光缆的选型意见，文章还对光缆敷设和施工提出了一些原则性要求，对智能变电站的建设有一定的参考价值。

【关键词】智能变电站光纤光缆接头选型敷设原则施工要点

随着社会的发展，特别是在能源短缺和环境保护的双重压力下，电力工业的发展重点正从电源到电网，再到对整个电力系统进行优化控制的智能化阶段，为此国家电网公司提出了依靠信息、控制和通信技术，建设坚强智能电网的战略目标。

坚强智能电网在变电环节主要是智能化变电站的建设和改造，智能变电站与常规变电站的主要区别在于电量信息采集的光纤化、信息交换的网络化和变电站高级应用的智能化，智能变电站用大量的光缆代替了传统的电缆，减少了二次系统的电缆接线，由于传统变电站光缆应用较少，尚未形成统一的变电站光缆应用规范，为了在智能电网建设初期形成良好的应用规范，保证智能电网的安全可靠运行，开展相关研究是非常必要的。

一、光纤类型选择

1.1光纤分类

光纤是光导纤维的简称，由透明材料制成纤芯，并在其周围被覆折射率稍低的包层，通过折射率差使得进入纤芯的光通信信号经不断的全反射，而传输到对端。

光纤种类很多，一般按材料、折射率分布、传输模式和国际标准等进行分类。

按光纤的材料可分为石英光纤和全塑光纤。石英光纤是一种以高折射率的纯石英玻璃材料为芯，以低折射率的有机或无机材料为包层的光纤，石英光纤有很低的损耗和中等程度的色散，是最常用的光纤类型。全塑光纤是一种新型光纤，尚在研制试用阶段，具有损耗大、纤芯粗、数值孔径大及制造成本低等特点，适合于较短长度的应用。

按光纤剖面折射率发布特点可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。

按传输模式可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤只传输基模一种模式，不存在模间时延差，具有比多模光纤大得多的带宽和传输距离。多模光纤可传输多个模式的光信号，由于模式损耗和多模间的时延差，致使损耗和失真较大，仅适用于短距离低带宽的信号传输。

国际电信联盟（ITU-T）根据光纤特性，制定了统一的光纤标准，按照ITU-T的建议，将光纤分类如表1。

近年来为了适应新技术的发展需要，光纤又进一步进行了子类划分。国际电工委员会（IEC）将光纤分类如表2。

1.2光纤类型选择

变电站光纤类型选择主要基于光纤的性能、经济性和施工方便。光纤的传输距离与信号速率有关，多模光纤在百兆、千兆速率下通信距离在几百米到2公里之间，单模光缆传输距离一般没有限制。变电站局域网通信距离一般为几十米～四百米的距离，一般不会超过五百米，在数百米的通信距离多模光纤能传输百兆、千兆以太网信息。虽然单模光纤在性能上优于多模光纤，但在变电站范围内单模、多模皆能满足要求，而多模光纤由于纤芯较粗，多模光缆施工更加容易，接续的设备和工艺也比单模简单，在经济性上多模光缆和多模设备也比单模的便宜，此外业界在局域网内基本都采用多模光缆布线。因此，变电站内局域网通信建议采用多模光纤，变电站对外通信由于受传输距离限制，而采用单模光纤。

在通信领域常用的多模光纤有两种，为50μm型和62.5μm型，前者在欧日应用较多，后者在美国应用较多，62.5μm型一度占了上风，但随着以太网速率从百兆发展到千兆，还在向10G发展，纤芯更细的50μm型的优势就逐渐显现出来了，千兆速率62.5μm型多模光纤只能传输200米，50μm型多模光纤能传输550米。因此变电站应选用芯径为50μm的A1a型多模光纤即G.651型多模光纤。

单模光纤也有多种，但G.652具有1310nm和1550nm两个传输窗口，应用最广泛，制造最成熟，价格最便宜，能满足绝大多数的应用，因此变电站出站光纤一般应选用G.652 B1型单模光纤。

光纤选型结论：变电站站内通信选用A1a即G.651型多模光纤，变电站出站通信选用G.652 B1型单模光纤。

二、光缆类型选择

2.1光缆分类

光缆分类方法众多，也使得光缆的名称种类繁多，常见的分类方法有按光纤状态、按缆芯结构、按敷设方式、按光缆使用环境等分类方法。

按光纤状态可将光缆分为紧结构光缆、松结构光缆和半松半紧结构光缆，主要区别是光纤的二次被覆方式和光纤在光缆中的松紧自由状态不同。紧结构光缆采用紧套光纤构成，光纤在光缆中无自由移动的空间，外力作用于光缆时光纤上承受一定的张力。松结构光缆采用松套光纤构成，光纤在光缆中有一定的自由移动空间，这样可减少外界机械应力对光纤的影响。半松半紧结构光缆，光纤在光缆中的自由度介于两者之间。目前使用的光缆多为松结构光缆。按缆芯结构不同可将光缆分为中心束管式、层绞式和骨架式光缆。中心束管式光纜将松套光纤无绞合直接放在光缆的中心位置，加强构件放置在中心管外面。层绞式光缆将光纤螺旋绞合在中心加强构件上，缆中的光纤余长易控制。骨架式光缆是将紧套光纤放入骨架槽中构成。层绞式光缆和中心束管式光缆生产相对简单，光缆中光纤不受力或受力较小，从而得到广泛应用，而尤以层绞式光缆应用最多。

按敷设方式光缆可分为架空光缆、管道光缆、直埋光缆和水底光缆。

按光缆使用环境可分为室外光缆和室内光缆。

2.2光缆类型选择

变电站光缆应用特点为，变电站电磁环境复杂，站区内设电缆沟或埋管敷设光缆，变电站内光缆可靠性要求高。

为了保证变电站内光缆的可靠性，并且方便施工，减少电缆沟空间，变电站应采用铠装管道光缆。考虑到中心加强件不易接地，且可能与铠装层形成感应压差，引起感应击穿，中心加强件应选用非金属材料。为避免铠装层感应电流危害人身和设备安全，铠装光缆两端均需接地。因此，建议变电站内光缆选用GYFTZY53型光缆，其含义为室外通信用非金属加强件松套层绞式全填充聚乙烯护套、皱纹钢带铠装聚乙烯外护层阻燃光缆，铠装光缆可直接敷设于电缆沟内。此外，变电站与外部联系的光缆不得有金属构件，以避免地电位升高危害人身和设备安全，建议站外光缆进站时统一更换为非金属光缆，光缆进站后统一选用GYFTZY型光缆，其含义为室外通信用非金属加强件松套层绞式全填充聚乙烯护套阻燃光缆，非金属光缆敷设时需穿护管保护。

光缆选型结论：变电站内部通信用光缆选用非金属中心加强件铠装阻燃光缆GYFTZY53型光缆，外部光缆引入变电站，在变电站内需选用非金属阻燃光缆GYFTZY型光缆。

三、光纤接头类型选择

3.1光纤接头类型

光纤间的连接有用熔接机熔接而成的固定连接头，有用连接器连接的可拆卸的活动连接头。光纤连接器又名法兰盘，也叫光纤适配器，是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合到接收光纤中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小，光纤连接器在一定程度上影响了光传输系统的可靠性和各项性能。

光纤连接器按传输媒介可分为单模连接器和多模连接器。光纤连接器的外部连接头形式分为FC、SC、ST、LC、MU、MTRJ等，光纤连接器的内插针端面分为PC、SPC、UPC、APC等。

FC连接器为单模光纤常用的接头，外部加强方式采用圆形金属套，紧固方式为螺丝扣，此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，应用最为广泛，但光纤端面对微尘较为敏感，后经使用对接端面呈球面的插针（PC），而外部结构没有改变，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。

SC连接器外壳呈矩形，紧固方式为插拨销闩式，不需旋转，此类连接器价格低，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。ST连接器为多模光纤常用的接头，外壳呈圆形，具有卡口固定架。LC连接器与SC接头形状相似，尺寸较SC接头小一些。

光纤连接器的内插针按端面分PC、超级PC（Super PC）、角度PC（Angle PC）等。PC插针截面是平的，采用微球面研磨抛光，是最常用的内插针类型。

3.2光纤接头选择

根据上述接头类型特点，及现场实际应用习惯，光纤接头选择为，设备侧接头类型不作规定，光纤配线侧光纤接头单模选用FC/PC、多模选用ST/PC。

四、变电站光缆敷设的主要原则

（1）光缆配置原则。设备屏柜内通信采用双头尾纤连接，小室内屏柜间通信采用双头非金属尾缆连接，小室间通信采用非金属加强件铠装光缆连接。（2）小室间宜统一敷设两根多模光缆，两根光缆敷设路径应相互独立或进行分隔。智能變电站每个间隔至小室应敷设两根光缆，两根光缆敷设路径应相互独立或进行分隔。（3）光缆成端。每个二次设备室内配置一面光纤配线屏，各装置内不再配置光纤分配单元或接头盒，出室光缆统一在光纤配线屏上进行配线，屏间和屏内连接不经过配线屏。智能变电站每个间隔设两个室外光纤配线箱，用于间隔双重化统一配纤。（4）光纤配线屏设置。变电站根据需要配置1～2面通信专用光纤配线屏，每级电压等级配置1面保护专用光纤配线屏。每个二次设备室内配置一面光纤配线屏用于站内光缆的统一配线。

五、变电站光缆施工要点

（1）站内非金属光缆敷设需套塑料护管保护，铠装光缆可直接敷设于电缆沟内。（2）铠装光缆敷设时，铠装光缆的金属铠装层两头应可靠接地。（3）光缆敷设时需特别注意弯曲半径，光缆的动态弯曲半径不小于25倍光缆外径，静态弯曲半径不小于15倍光缆外径。（4）布放光缆的牵引力应不超过光缆允许张力的80%，瞬间最大牵引力不得超过光缆允许张力的100%，主要牵引应加在光缆的加强件上。（5）光缆布放时，光缆必须由缆盘上方放出并保持松弛弧形。光缆布放过程中应无扭转，严禁打小圈、浪涌等现象发生。（6）光缆穿入管孔、管道拐弯或有交叉时，应采用导引装置或喇叭口保护管，不得损伤光缆外护层。（7）光缆经由走线架、拐弯点（前、后）应予绑扎，上下走道或爬墙的绑扎部位应垫胶管，避免光缆受侧压。（8）光缆布放完毕应检查光纤是否良好。光缆端头应做密封防潮处理。（9）光缆施工其它要点同电缆施工。

六、结论

智能变电站的建设，使变电站内光缆大量应用，为了保证智能化变电站的安全可靠运行，对变电站内的光缆进行规范非常必要。本文通过专题研究，对变电站的光缆应用提出以下几点认识。（1）光纤选型，变电站站内通信选用A1a即G.651型多模光纤，变电站出站通信一般选用G.652 B1型单模光纤。（2）光缆选型，变电站内部通信用光缆选用非金属中心加强件铠装阻燃光缆GYFTZY53型光缆，外部光缆引入变电站，在变电站内需选用非金属阻燃光缆GYFTZY型光缆。（3）光纤接头选择，设备侧接头类型不作规定，光纤配线侧光纤接头单模选用FC/PC、多模选用ST/PC。

此外，本文还对变电站光缆敷设和施工提出了一些原则性要求。

参考文献

[1]ITU-T G.652. Characteristics of a single-mode optical fibre and cable[S]. 2005

[2]ITU-T G.651. Characteristics of a 50/125μm multimode graded index optical fibre cable[S]. 1998.

[3]胡先志，邹林森，刘有信. 光缆及工程应用[M]. 北京：人民邮电出版社，1998