跨海电力通信联网工程设计的分析探讨

[李懿 胡文侃 徐英 周琛皓 李晓晓]

1 引言

能源互联网建设带来电网技术和生产模式的变革。承载电力流的智能电网与承载数据流的泛在物联网，相辅相成、融合发展，共同构成能源流、业务流、数据流相融合的能源互联网，形成强大的价值创造平台，使电网运行和业务能力水平实现大幅提高。

推进电力无线专网、5G及网络切片技术在用户侧应用、支持多业务并行处理等一系列技术变革对电网通信能力提出了更高的要求。为适应对通信水平提升需要，国家电网公司发布35至750千伏变电站通用设计通信部分修订成果，在对原有设计方案进行有效完善的同时，给出了若干技术调整原则和指导意见，对加强电网通信系统建设将起到积极的推动作用。

舟山电网是浙江电网的重要组成部分，是全省唯一的海岛电网。舟山电力通信系统依托电网跨海而建，目前所有变电站均已实现光纤通信覆盖。除常规的光纤复合架空地线（OPGW）、全介质自承式光缆（ADSS）和吊线式普通架空光缆和地下管/沟道光缆之外，海底通信光缆的规模化使用是海岛电力通信有别于内陆地区的一个显著特色，在设计过程中，需要做出差异化处理。

开展跨海电力通信联网工程设计的探讨分析，优化配置使用光纤通道资源，增强系统整体的防灾和抗风险能力，不但是对已有通信方案的有力补充，而且对海岛泛在电力物联网建设和助力海洋经济发展都具有十分重要的现实意义。

2 本期工程情况简述

本期工程源自某电力用户项目。该用户项目坐落舟山海域某岛上，旨在建成大型现代化综合石化产业基地。工程项目分成两期完成，一期工程已于2018年底投产，二期工程预计将于2020年底全面建成。

目前，该岛上拥有220千伏系统变电站1座（以下简称“A变电站”），110千伏用户变电站6座。

按照电力规划安排，舟山本岛与某岛之间通过三回220千伏输电线路相连。输电线路自A变电站开始，至本岛某500千伏变电站（以下简称“B变电站”）结束。前两回输电线路已在一期工程中投运。

本期工程为二期项目，即舟山本岛至某岛第三回输电线路工程。线路全长46.7 km,分为舟山本岛架空段、跨海段和某岛陆上段三部分，其中本岛架空段23.8 km，跨海段19.4 km，某岛陆上电缆段3.5 km。

3 通信业务需求分析

在一期项目中，B变电站至A变电站通信线路建设情况如下：某岛陆上段敷设72芯、48芯和24芯管道光缆各1根；跨海段敷设72芯独立海底光缆1根，48芯和24芯海底光电复合缆各1根；本岛架空段架设36芯OPGW光缆2根。

A变电站至B变电站的调度通道和数据通道等已在一期工程中建设完成。本期工程通信专业的任务为在一期基础上，新建若干光缆线路，为舟山本岛-某岛第三回输电出线提供线路保护通道。

本期工程新建的单回舟山本岛至某岛220千伏输电线路，拟在线路两侧均配置两套纵联差动保护，每套线路保护均含完整的后备保护功能。两套主保护分别采用专用光纤芯和复用2 Mbit/s接口的光缆通道。

4 通信工程方案设计

4.1 通信光缆路由选择

根据系统一次和输电线路方案，进行相应的光缆通道设计。本期通信工程建设分为舟山本岛段通信、跨海段通信和某岛陆上段通信三部分。

（1）本岛段第三回路输电通道已在一期工程中建设完毕，与舟山本岛至某岛第二回路工程同塔双回路架设。舟山本岛段通信通过利用第二回路上的36芯OPGW光缆实现，路径长度2×23.8 km。

（2）跨海段通信通过采用2根48芯光纤复合海底电缆实现，某岛登陆点至舟山本岛登陆点，路径长度为2×19.4 km。

（3）某岛陆上段通信通过在电缆沟段敷设2根24芯非金属阻燃普通光缆实现，A变电站外新建电缆终端塔至A变电站某岛登陆点，路径长度为2×3.5 km。

4.2 两侧通信站址情况

本工程涉及A和B共两个变电站（通信站），两侧通信站点均为扩建站。本工程所有通信站站址情况及各站建设条件如表1所示。

4.3 光纤通道安排

220千伏及以上线路保护应采用双重化配置，每套路保护装置应具备双通道接入能力，原则上应采用光纤通道。根据继电保护专业业务需求，光纤通道安排如下。

B变电站新建光纤通信+原有光纤通信A变电站（复用2 M）；

表1 通信站址情况及建设条件

B变电站新建光纤通信+原有光纤通信A变电站（直达专用纤芯）。

4.4 跨海段通信设计

选择合理的登陆点，是做好跨海段通信线路设计的基础。在勘察相关海域海况条件和海底管线分布情况的基础上，需结合宁波舟山港总体规划，将工程建设对海洋功能区的影响进行预估和评价。在确定两端登陆点后，根据直线航距最近原则，确定本期工程路由，并标注路由区敏感点位置。由于工程投资预算限制，工程方案设计放弃使用独立海底光缆，改为敷设光纤复合海底电缆。考虑到光电复合缆在施工入水过程存在断纤率情况，本期工程选取3×16芯光纤规格，采用48芯ITD-G.652D标准。

4.5 进站引入光缆

在A变电站侧，无金属光缆自电缆沟进站后入光缆接续盒，在光缆接续盒内与导引光缆熔接，导引光缆全程穿护套管沿电缆沟至二次设备室的通信设备光纤配线架。

在B变电站侧，OPGW光缆自门型架引下后进落地式余缆箱，在落地式余缆箱内与导引光缆熔接，导引光缆全程穿护套管沿电缆沟至二次设备室的通信设备光纤配线架。

两侧变电站引入光缆均采用具有阻燃性能的48芯无金属光缆（G.652），长度1 km,光缆外加相应长度的HDPE硅芯管。

48芯进站引入光缆采取三角型接法，其中36芯从接头盒至通信光配屏，12芯从接头盒至保护光配屏，保护光配屏至通信光配屏采用12芯联络光缆。

4.6 业务接入和辅助设备配置

本期工程在两侧变电站各新增144芯ODF模块1个，共2个。

根据现场踏勘反馈，除光缆配线架外，A、B两变电站现有设备均已满足工程需求，本期不再增设新的业务接入和辅助设备。

5 设计要点与施工措施

在整个项目过程中，跨海段通信设计与施工是其中的关键环节。

光纤复合海底电缆的设计与陆地电缆均有较大区别，不能简单地进行等同。光纤复合海底电缆不但要求可以抵挡在电缆制造过程中遭受的弯曲压力，而且具备足够机械强度来承受在施工船盘绕和下水敷设时所发生的位移扭转。

光纤复合海底电缆具备光纤通信和电能输送两大功能。其光纤单元作为光纤通信的载体，在设计过程中，除考虑热应力外，还需关注其机械应力、水密度、反渗水性能和抗海水腐蚀能力。海底电缆在电能输送时将对光纤单元产生影响。设备选型时，需对光纤复合海底电缆的光纤单元管的直流电阻、电容和对地绝缘电阻等电气性能指标严格把握，满足规程要求，确保其在投产后的安全稳定运行。

作为附件，光缆交接箱的防水性能必须优于光纤复合海底电缆本体，具备防腐蚀、抗强风和强盐污能力。交接箱保护外壳要求附带铜锁。

设计完毕后，到达施工阶段，应根据地质条件不同，采取以下措施并灵活把握。

（1）海域段海缆敷设。此处多为过往船舶航道，可使用施工船机械施工。当目标海域地质为淤泥或粉质粘土时，要求埋深3 m；对于地质为碎石、粉质粘土夹碎石或砂海域，现有施工能力无法达到3 m时，宜采取尽量埋深并采用覆盖砼连锁块处理。

（2）潮间带海缆敷设。潮间带多在浅水区，水下存在基岩，施工船舶吃水较深，无法进入，此时可转为人工冲埋开挖、覆盖砼连锁块和安装凹形保护罩及海缆专用保护管敷设。

（3）登陆段海缆敷设。两侧登陆海岸地形陡峭，可对原锚固装置预留位置进行改造并利用锚固装置对海缆进行固定，将其平稳引上陆地，从低潮位开始直至海缆直埋交接位置采用混凝土保敷设。

在工程实施阶段，为控制光缆敷设速度以保证符合海底起伏状态的光缆余量外，还应针对路由区海床上升或下降倾斜度计算出所需的光缆长度并在施工时适当增加一定的余量。

6 结语

能源互联网的应运而生和电力体制改革的逐步推进，使电力资源实现全社会共享，交易过程更为公开透明，促使电力系统由传统垂直模式向现代扁平化模式转变。

由于历史原因和认知所限，长期以来，电力通信专业在整个电力的规划建设中一直处于弱势地位，较其他专业而言，发展相对滞后，可以预见，现有的通信网络根本无法满足电力系统未来发展对信息量的传输需求。电力通信系统需要组织大规模的改造升级甚至推倒新建，方能适应需求。

海岛电网的通信线路大多伴随一次线路跨海依岛而建。电网通信工程专业设计应以满足电力系统整体的发展需要为目标主旨，立足现有条件和施工能力，依托规程，敢于创新，克服困难，迎难而上，强化论证，总结经验，为尽早完成电力通信系统的升级提升和高效运作而进取努力。