智能变电站中即插即用预连接光纤系统的方案

徐伟明，仇群辉，张家利，章思亮

（1.嘉兴恒创电力设计研究院有限公司浙江嘉兴314001；2.杭州中电天恒电力科技有限公司浙江杭州310012）

智能变电站是新一代电力系统的核心组成部分。与传统变电站相比，智能变电站采用基于光信号的光纤系统来替代原有的控制电缆，具有高带宽、抗电磁干扰、传输距离远等优点[1]。然而，随着智能变电站的逐渐普及，控制电缆的用量大幅减少，光缆的需求量大幅增加，且光纤系统负担全站的通信任务，直接影响整个电力系统，其重要性不言而喻[2]。由此，使智能变电站中光纤系统的设计变得尤为重要。但在现实中，由于工艺和组织架构等原因，使用光缆的一般光纤系统仍存在诸多问题，尤其是工作量大、故障点多、利用率低等缺点已严重影响到了智能变电站的使用[11]。

为了解决一般光纤系统的这些问题，我们通过改变一般光纤系统的架构，在二次设备室中增加了集中配线架，形成了一种即插即用预连接光纤系统，部分克服了一般光纤系统的缺点。同时，文中还对这两种系统进行了对比，详细阐述了其的优势，希望能为今后智能变电站中光纤系统的设计提供积极参考。

1 一般光纤系统的实现方式

智能变电站中一般光纤系统主要由二次设备室、开关柜和GIS控制柜组成。其中，二次设备室又可分为保护柜、测控柜和同步时钟柜，其均需要与开关柜和GIS控制柜做光纤连接。目前，一般光纤系统的光纤连接方式仍是采用传统的工艺，即当光缆敷设到位后，先与光纤配线架内的光缆进行熔接，经过光纤配线架内的法兰盘进行转接，然后通过尾纤连接到屏柜内的装置，从而实现了一个完整链路。而一般光纤系统的缺点也正源于这项传统光纤连接工艺，具体而言，其弊端主要体现在以下几个方面：

1）熔接工作量大，施工周期长。一个典型的220 kV的智能变电站，其光纤熔接点约为5 000个，需要专业的熔接机和检测机等设备来完成。在熔接的施工过程中，专业的工作人员将纤芯进行手工打磨、剪切、清洁端面，在熔接机中进行对接与熔接，其过程极其繁杂，工作量较大，且施工周期严重依赖于工作人员的经验。

2）受环境的温湿度及洁净度影响。在进行熔接操作时，工作环境难以掌握，所以熔接的质量也难以控制。

3）链路衰减较大，熔接接点过多，使得故障点增加。随着传输链路的增长，使信号强度在链路中的衰减急剧增大。由于链路的接点增多，这无形中也令接点发生故障的概率增大，于是故障点增加。

4）光缆利用率低且用量大。光纤系统小室内的保护柜、测控柜、同步时钟柜等内部的装置与开关柜、GIS控制柜、变压器本体柜内部的装置进行通信链接时，每一组信号均需要敷设独立的光缆，一根4芯光缆实际使用只有1芯或2芯，利用率低。

图1给出了一般光纤系统的实现方式架构。

2 即插即用预连接光纤系统实现方式

为了克服以上提到的一般光纤系统的缺点，本文提出了即插即用预连接光纤系统，其做法就是在一般光纤系统的基础上增加集中配线架，其具体实现要点为：在二次设备室放置光纤集中配线架，所有现场屏柜的光缆与二次设备室的光缆汇集在集中配线架，根据设计通信要求，二次设备室的保护柜、测控柜、同步时钟柜等光缆尾纤与开关柜、GIS控制柜的光缆尾纤通过集中配线架上的适配器进行对接，完成链路接通。其具体架构，如图2所示。

图1 一般光纤系统架构图

图2 即插即用预连接光纤系统架构图

3 两种系统的对比

3.1 经济对比

由于一般光纤系统的架构，二次设备室中的所有设备均需要与开关柜、GIS控制柜进行光缆连接，而同时二次设备室和开关柜、GIS控制柜的距离又较远。所以，采用一般光纤系统，每一组信号均要敷设独立的光缆，且每根光缆的长度均较长，这导致系统使用的光缆总量极大。而采用即插即用预连接光纤系统，由于增加了集中配线架，开关柜和GIS控制柜只需与集中配线架做光缆连接即可，由此大幅减少了光缆的用量，提高了光缆利用率。

另一方面，一般光纤系统在熔接施工时，需要用到光缆接头盒、光纤跳线、熔纤盘、热缩管、护套管等辅材，耗费大量的资金且不环保；而即插即用预连接光纤系统所使用的光缆，全部在工厂预加工，在变电站现场仅需一个带有适配器的配线架即可完成对接，施工过程简单方便，可以节省施工费用且环保低碳。

3.2 技术对比

即插即用预连接光纤系统，链路中没有熔接点，从根本上断绝了一般光纤系统的熔接方案中存在的弊端，且具有防护等级高、安装简便等优势。其相对于一般光纤系统在技术上的优势，如表1所示。

表1 两种系统的技术对比

3.3 施工工作量对比

本文统一以典型的110 kV智能变电站为例，规模为2台主变、2回110 kV进线、2回20 kV出线，一般光纤系统需要156根4芯光缆，其总长度为5 800 m，需要对1 248个点进行熔接操作。由经验丰富的工作人员来进行施工，熔接每个节点大约需要10分钟，完成一个链路需要20分钟时间，对整站的操作需要208个小时。而若要完成同样的操作，即插即用预连接光纤系统需要70根12芯光缆，其总长度为1 600 m，一共有1 680个节点，而由于光缆分支接头可在出厂前加工好，所以在施工现场，工作人员用10 s时间即可完成一个节点的接线，对整站的操作仅需要5个小时。

4 即插即用预连接光纤系统的应用

即插即用预连接光纤系统在浙江嘉兴沈荡110 kV的智能变电站中已得到了应用，取得了良好的效果。该系统在降低成本的同时，提高了光缆利用率，减少了施工周期和故障率。同时在智能变电站运行中，该系统保证了通信畅通，也有利于将来的例行检修和维护工作。

5 结束语

文中通过改变智能变电站中一般光纤系统的架构，增加了集中配线架，得到了即插即用预连接的光纤系统。通过对比可发现，即插即用预连接光纤系统在各方面均优于一般光纤系统，且在实际中已得到了成功的应用。

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