预制式光电混合缆在智能变电站中的应用研究

杨威

（重庆电力设计院有限责任公司 重庆市渝北区 401121）

1 引言

为提高工程建设效率和效益，深化应用通用设计成果，推广全寿命周期管理理念，集成应用新技术，形成统一设备接口，便于集约化工程设计和建设，国家电网公司开展了标准配送式变电站的设计和建设，其中一个重要的目的是进一步统一设备参数和接口标准，一次设备与二次设备、二次设备间采用标准化连接，实现二次接线“即插即用”，方便设备的招标、工程设计、和运行维护、缩短工程建设工期。

基于以上要求，传统屏柜中“端子排和光纤配线箱”的连接布线模式已经不再适合新一代装配式变电站需要，而具备可靠性高、体积小、密度高、寿命长、快速插拔等优点的预制光电混合缆能更好的满足新一代智能变电站设备“即插即用”的要求。

本文明确了预制式光电混合缆在智能变电站中的应用范围，讨论了光电混合缆的技术特性及连接方式，对混合缆的应用进行了具体分析的同时，总结出220kV智能变电站常用混合缆的标准接口，实现了站内配置选型的标准化。

2 预制式光电混合缆的应用范围

在智能变电站建设过程中，由于柜内电、光缆连接需现场做线、连接、调试，导致工期长，效率低，可靠性差，且各柜内连接器件安装、放置及接线方式不一致，导致施工工艺难度增加，提高了维护成本，降低了施工调试及后续维护效率，可考虑采用预制电缆及预制光缆技术[1]。

预制电缆一般用于高压一次设备本体至智能控制柜之间，对于采用GIS设备的智能变电站，GIS本体内断路器、隔离开关、接地开关机构箱至智能控制柜之间、主变本体端子箱至主变本体智能控制柜之间可以采用双端预制电缆，两端采用航空插头连接器及预制配套的插座，并按满足交直流分开、强弱电分开、双重化回路分开等原则配置。采用预制电缆后，设备组件装配工序化、流水化，在节省了屏柜内空间的同时，也使现场安装更加方便快捷。

对于智能控制柜与线路保护、线路测控、主变保护、故障录波装置及网络分析仪等间隔层设备的连接，主要采用光缆，但普通光缆安装工艺较电缆复杂，光纤熔接对安装环境要求较高，现可采用工厂预制好接头的预制光缆，现场实现免熔接的插接施工，降低光纤熔接点的光衰耗，提高光纤连接回路的可靠性[2]。本文考虑用光电混合缆代替预制光缆应用于跨房间、跨场地屏柜间的二次设备连接。

3 预制式光电混合缆的技术特性

光电混合缆为在光缆结构中增加绝缘导体，集光纤、输电铜线于一体的线缆。由于光传输和电能传输是属于两种不同类型的传输方式，在传输过程中并不会发生相互干扰，光电混合缆在保留了普通光缆特性的同时还满足低压输电电缆的相关标准，可同时解决设备电信号及光信号的传输问题[3]。

光电混合缆具有外径小、重量轻、占用空间小的优点，多数情况下用多根光缆、电缆才能解决的问题，如今可以用一根混合缆来实现，同时，光电混合缆还具有如下优势：

（1）同时提供多种传输技术，设备的适应性高，可扩展性强，产品适用面广；

（2）具有优越的弯曲性能和良好耐侧压性能，施工方便；

（3）客户采购成本低，施工费用低。

但同时，由于混合缆为预制式，在设计阶段应较为准确的测算预制光缆敷设长度，避免出现长度不足或过长情况。

目前设备厂家已可提供预制式光电混合缆，其中光缆芯数可定制为6～48芯（单模或者多模可选），铠甲类型为波纹铝或者铜，可预制长度且两端头可选多种光连接头、电连接头。同时，建议配合使用模块化光电混合式配线架，根据用户设备端口的不同灵活配置光、铜比例，从而更好的适应配线管理要求[4]。

根据光电混合缆特点，可将智能变电站中每个间隔智能终端合并单元光信号及失电告警信号通过统一的光电混合缆发到该间隔保护测控装置，在交直流电源从开关场交直流分电屏接入的前提下，将跨场地间隔层设备的接线简化为光电混合缆，使典型间隔所有控制信号通过一根线缆完成连接成为可能。

4 预制式光电混合缆应用分析

本文就一座智能变电站220kV、110kV侧典型间隔为例，通过对比预制光缆和预制式光电混合缆的应用，对预制式光电混合缆应用的特点进行说明。

4.1 220kV侧光电混合缆的数量及规格统计

按220kV侧为双母线接线，采用GIS设备（常规互感器）且合并单元、智能终端下放布置于智能控制柜，间隔层、过程层均为双套配置考虑。下面以220kV线路间隔为例，通过统计智能控制柜至二次设备室的光、电缆数量，整理出220kV侧光电混合缆的数量及规格。

220kV侧按双重化配置考虑，第二根光缆及电缆的芯数配置同第一根，如表1所示，通过统计220kV线路间隔过程层至间隔层光、电缆芯数，再综合考虑最大需求及备用芯，每面智能控制柜可以采用2根24芯+6×1.5铜线的预制光电混合缆。

表1 220kV线路间隔光缆、电缆芯数统计

4.2 110kV侧光电混合缆的数量及规格统计

按110kV侧为双母线接线，采用GIS设备（常规互感器）考虑，110kV线路、分段智能终端合并单元集成装置单套配置；110kV主变进线智能终端合并单元集成装置双套配置，母线设备智能控制柜安装2台母线电压合并单元。下面以110kV线路间隔为例，通过统计智能控制柜至二次设备室的光、电缆数量，整理出110kV侧光电混合缆的数量及规格。

表2 110kV线路间隔光缆、电缆芯数统计

如表2所示，通过统计110kV线路间隔过程层至间隔层光、电缆芯数，再综合考虑最大需求及备用芯，出线及分段间隔采用1根12芯+6×1.5铜线的预制光电混合缆，主变按双重化配置考虑，110kV侧主变智能控制柜采用2根12芯+6×1.5铜线的预制光电混合缆。

4.3 智能变电站光电混合缆应用数据汇总分析

根据上述统计分析，智能变电站内的预制式光电混合缆规格可优化为12芯光缆6芯电缆、24芯光缆6芯电缆；220kV、主变各侧智能控制柜至二次设备室的线缆数量简化为2根，110kV侧智能控制柜至二次设备室的线缆数量简化为1根。设备材料投资的减少，带来如下间接额经济效益[5]：

（1）线缆组件装配工序化、流水化，效率高，节省了时间、劳动力，降低现场安装费用。

（2）采用预制线缆后可以提高用户的标准化程度，减少物料品种，减小了用户库存占有，节约了管理成本。

（3）后期运行维护量减少，更加绿色环保，更符合“两型一化”变电站建设要求。

5 结论

智能变电站采用预制线缆以实现一次设备与二次设备、二次设备间的光缆、电缆标准化连接，可以有效提高二次线缆施工的工艺质量和建设效率。本文介绍了预制式光电混合缆的应用范围及技术特性，探讨了220kV智能变电站内光电混合缆的应用，并总结出220kV变电站常用混合缆标准接口，即12芯光纤+6芯铜线混合双端预制缆、24芯多模光纤+6芯铜线混合双端预制缆。通过使用预制式光电混合缆，实现光缆、电缆的整合，在减少现场敷设施工量的同时，减小了电缆沟截面及占地，降低了智能变电站全寿命周期造价。