智能變電站光纜應用研究

王根華 韓際輝 孫超

【摘要】智能變電站的建設大量使用光纜，為了保證智能變電站的安全可靠運行，在智能電網建設初期對變電站光纜應用進行規范是非常必要的。文章通過對各種光纖、光纜、光纜活動接頭類型的全面分析研究，結合智能變電站特殊的使用環境，提出了智能變電站內光纜的選型意見，文章還對光纜敷設和施工提出了一些原則性要求，對智能變電站的建設有一定的參考價值。

【關鍵詞】智能變電站光纖光纜接頭選型敷設原則施工要點

隨著社會的發展，特別是在能源短缺和環境保護的雙重壓力下，電力工業的發展重點正從電源到電網，再到對整個電力系統進行優化控制的智能化階段，為此國家電網公司提出了依靠信息、控制和通信技術，建設堅強智能電網的戰略目標。

堅強智能電網在變電環節主要是智能化變電站的建設和改造，智能變電站與常規變電站的主要區別在于電量信息采集的光纖化、信息交換的網絡化和變電站高級應用的智能化，智能變電站用大量的光纜代替了傳統的電纜，減少了二次系統的電纜接線，由于傳統變電站光纜應用較少，尚未形成統一的變電站光纜應用規范，為了在智能電網建設初期形成良好的應用規范，保證智能電網的安全可靠運行，開展相關研究是非常必要的。

一、光纖類型選擇

1.1光纖分類

光纖是光導纖維的簡稱，由透明材料制成纖芯，并在其周圍被覆折射率稍低的包層，通過折射率差使得進入纖芯的光通信信號經不斷的全反射，而傳輸到對端。

光纖種類很多，一般按材料、折射率分布、傳輸模式和國際標準等進行分類。

按光纖的材料可分為石英光纖和全塑光纖。石英光纖是一種以高折射率的純石英玻璃材料為芯，以低折射率的有機或無機材料為包層的光纖，石英光纖有很低的損耗和中等程度的色散，是最常用的光纖類型。全塑光纖是一種新型光纖，尚在研制試用階段，具有損耗大、纖芯粗、數值孔徑大及制造成本低等特點，適合于較短長度的應用。

按光纖剖面折射率發布特點可分為階躍型光纖和漸變型光纖。

按傳輸模式可分為單模光纖和多模光纖。單模光纖只傳輸基模一種模式，不存在模間時延差，具有比多模光纖大得多的帶寬和傳輸距離。多模光纖可傳輸多個模式的光信號，由于模式損耗和多模間的時延差，致使損耗和失真較大，僅適用于短距離低帶寬的信號傳輸。

國際電信聯盟（ITU-T）根據光纖特性，制定了統一的光纖標準，按照ITU-T的建議，將光纖分類如表1。

近年來為了適應新技術的發展需要，光纖又進一步進行了子類劃分。國際電工委員會（IEC）將光纖分類如表2。

1.2光纖類型選擇

變電站光纖類型選擇主要基于光纖的性能、經濟性和施工方便。光纖的傳輸距離與信號速率有關，多模光纖在百兆、千兆速率下通信距離在幾百米到2公里之間，單模光纜傳輸距離一般沒有限制。變電站局域網通信距離一般為幾十米～四百米的距離，一般不會超過五百米，在數百米的通信距離多模光纖能傳輸百兆、千兆以太網信息。雖然單模光纖在性能上優于多模光纖，但在變電站范圍內單模、多模皆能滿足要求，而多模光纖由于纖芯較粗，多模光纜施工更加容易，接續的設備和工藝也比單模簡單，在經濟性上多模光纜和多模設備也比單模的便宜，此外業界在局域網內基本都采用多模光纜布線。因此，變電站內局域網通信建議采用多模光纖，變電站對外通信由于受傳輸距離限制，而采用單模光纖。

在通信領域常用的多模光纖有兩種，為50μm型和62.5μm型，前者在歐日應用較多，后者在美國應用較多，62.5μm型一度占了上風，但隨著以太網速率從百兆發展到千兆，還在向10G發展，纖芯更細的50μm型的優勢就逐漸顯現出來了，千兆速率62.5μm型多模光纖只能傳輸200米，50μm型多模光纖能傳輸550米。因此變電站應選用芯徑為50μm的A1a型多模光纖即G.651型多模光纖。

單模光纖也有多種，但G.652具有1310nm和1550nm兩個傳輸窗口，應用最廣泛，制造最成熟，價格最便宜，能滿足絕大多數的應用，因此變電站出站光纖一般應選用G.652 B1型單模光纖。

光纖選型結論：變電站站內通信選用A1a即G.651型多模光纖，變電站出站通信選用G.652 B1型單模光纖。

二、光纜類型選擇

2.1光纜分類

光纜分類方法眾多，也使得光纜的名稱種類繁多，常見的分類方法有按光纖狀態、按纜芯結構、按敷設方式、按光纜使用環境等分類方法。

按光纖狀態可將光纜分為緊結構光纜、松結構光纜和半松半緊結構光纜，主要區別是光纖的二次被覆方式和光纖在光纜中的松緊自由狀態不同。緊結構光纜采用緊套光纖構成，光纖在光纜中無自由移動的空間，外力作用于光纜時光纖上承受一定的張力。松結構光纜采用松套光纖構成，光纖在光纜中有一定的自由移動空間，這樣可減少外界機械應力對光纖的影響。半松半緊結構光纜，光纖在光纜中的自由度介于兩者之間。目前使用的光纜多為松結構光纜。按纜芯結構不同可將光纜分為中心束管式、層絞式和骨架式光纜。中心束管式光纜將松套光纖無絞合直接放在光纜的中心位置，加強構件放置在中心管外面。層絞式光纜將光纖螺旋絞合在中心加強構件上，纜中的光纖余長易控制。骨架式光纜是將緊套光纖放入骨架槽中構成。層絞式光纜和中心束管式光纜生產相對簡單，光纜中光纖不受力或受力較小，從而得到廣泛應用，而尤以層絞式光纜應用最多。

按敷設方式光纜可分為架空光纜、管道光纜、直埋光纜和水底光纜。

按光纜使用環境可分為室外光纜和室內光纜。

2.2光纜類型選擇

變電站光纜應用特點為，變電站電磁環境復雜，站區內設電纜溝或埋管敷設光纜，變電站內光纜可靠性要求高。

為了保證變電站內光纜的可靠性，并且方便施工，減少電纜溝空間，變電站應采用鎧裝管道光纜。考慮到中心加強件不易接地，且可能與鎧裝層形成感應壓差，引起感應擊穿，中心加強件應選用非金屬材料。為避免鎧裝層感應電流危害人身和設備安全，鎧裝光纜兩端均需接地。因此，建議變電站內光纜選用GYFTZY53型光纜，其含義為室外通信用非金屬加強件松套層絞式全填充聚乙烯護套、皺紋鋼帶鎧裝聚乙烯外護層阻燃光纜，鎧裝光纜可直接敷設于電纜溝內。此外，變電站與外部聯系的光纜不得有金屬構件，以避免地電位升高危害人身和設備安全，建議站外光纜進站時統一更換為非金屬光纜，光纜進站后統一選用GYFTZY型光纜，其含義為室外通信用非金屬加強件松套層絞式全填充聚乙烯護套阻燃光纜，非金屬光纜敷設時需穿護管保護。

光纜選型結論：變電站內部通信用光纜選用非金屬中心加強件鎧裝阻燃光纜GYFTZY53型光纜，外部光纜引入變電站，在變電站內需選用非金屬阻燃光纜GYFTZY型光纜。

三、光纖接頭類型選擇

3.1光纖接頭類型

光纖間的連接有用熔接機熔接而成的固定連接頭，有用連接器連接的可拆卸的活動連接頭。光纖連接器又名法蘭盤，也叫光纖適配器，是把光纖的兩個端面精密對接起來，以使發射光纖輸出的光能量最大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光鏈路而對系統造成的影響減到最小，光纖連接器在一定程度上影響了光傳輸系統的可靠性和各項性能。

光纖連接器按傳輸媒介可分為單模連接器和多模連接器。光纖連接器的外部連接頭形式分為FC、SC、ST、LC、MU、MTRJ等，光纖連接器的內插針端面分為PC、SPC、UPC、APC等。

FC連接器為單模光纖常用的接頭，外部加強方式采用圓形金屬套，緊固方式為螺絲扣，此類連接器結構簡單，操作方便，制作容易，應用最為廣泛，但光纖端面對微塵較為敏感，后經使用對接端面呈球面的插針（PC），而外部結構沒有改變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的提高。

SC連接器外殼呈矩形，緊固方式為插撥銷閂式，不需旋轉，此類連接器價格低，插拔操作方便，介入損耗波動小，抗壓強度較高，安裝密度高。ST連接器為多模光纖常用的接頭，外殼呈圓形，具有卡口固定架。LC連接器與SC接頭形狀相似，尺寸較SC接頭小一些。

光纖連接器的內插針按端面分PC、超級PC（Super PC）、角度PC（Angle PC）等。PC插針截面是平的，采用微球面研磨拋光，是最常用的內插針類型。

3.2光纖接頭選擇

根據上述接頭類型特點，及現場實際應用習慣，光纖接頭選擇為，設備側接頭類型不作規定，光纖配線側光纖接頭單模選用FC/PC、多模選用ST/PC。

四、變電站光纜敷設的主要原則

（1）光纜配置原則。設備屏柜內通信采用雙頭尾纖連接，小室內屏柜間通信采用雙頭非金屬尾纜連接，小室間通信采用非金屬加強件鎧裝光纜連接。（2）小室間宜統一敷設兩根多模光纜，兩根光纜敷設路徑應相互獨立或進行分隔。智能變電站每個間隔至小室應敷設兩根光纜，兩根光纜敷設路徑應相互獨立或進行分隔。（3）光纜成端。每個二次設備室內配置一面光纖配線屏，各裝置內不再配置光纖分配單元或接頭盒，出室光纜統一在光纖配線屏上進行配線，屏間和屏內連接不經過配線屏。智能變電站每個間隔設兩個室外光纖配線箱，用于間隔雙重化統一配纖。（4）光纖配線屏設置。變電站根據需要配置1～2面通信專用光纖配線屏，每級電壓等級配置1面保護專用光纖配線屏。每個二次設備室內配置一面光纖配線屏用于站內光纜的統一配線。

五、變電站光纜施工要點

（1）站內非金屬光纜敷設需套塑料護管保護，鎧裝光纜可直接敷設于電纜溝內。（2）鎧裝光纜敷設時，鎧裝光纜的金屬鎧裝層兩頭應可靠接地。（3）光纜敷設時需特別注意彎曲半徑，光纜的動態彎曲半徑不小于25倍光纜外徑，靜態彎曲半徑不小于15倍光纜外徑。（4）布放光纜的牽引力應不超過光纜允許張力的80%，瞬間最大牽引力不得超過光纜允許張力的100%，主要牽引應加在光纜的加強件上。（5）光纜布放時，光纜必須由纜盤上方放出并保持松弛弧形。光纜布放過程中應無扭轉，嚴禁打小圈、浪涌等現象發生。（6）光纜穿入管孔、管道拐彎或有交叉時，應采用導引裝置或喇叭口保護管，不得損傷光纜外護層。（7）光纜經由走線架、拐彎點（前、后）應予綁扎，上下走道或爬墻的綁扎部位應墊膠管，避免光纜受側壓。（8）光纜布放完畢應檢查光纖是否良好。光纜端頭應做密封防潮處理。（9）光纜施工其它要點同電纜施工。

六、結論

智能變電站的建設，使變電站內光纜大量應用，為了保證智能化變電站的安全可靠運行，對變電站內的光纜進行規范非常必要。本文通過專題研究，對變電站的光纜應用提出以下幾點認識。（1）光纖選型，變電站站內通信選用A1a即G.651型多模光纖，變電站出站通信一般選用G.652 B1型單模光纖。（2）光纜選型，變電站內部通信用光纜選用非金屬中心加強件鎧裝阻燃光纜GYFTZY53型光纜，外部光纜引入變電站，在變電站內需選用非金屬阻燃光纜GYFTZY型光纜。（3）光纖接頭選擇，設備側接頭類型不作規定，光纖配線側光纖接頭單模選用FC/PC、多模選用ST/PC。

此外，本文還對變電站光纜敷設和施工提出了一些原則性要求。

參考文獻

[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，鄒林森，劉有信. 光纜及工程應用[M]. 北京：人民郵電出版社，1998