智能變電站中即插即用預連接光纖系統的方案

徐偉明，仇群輝，張家利，章思亮

（1.嘉興恒創電力設計研究院有限公司浙江嘉興314001；2.杭州中電天恒電力科技有限公司浙江杭州310012）

智能變電站是新一代電力系統的核心組成部分。與傳統變電站相比，智能變電站采用基于光信號的光纖系統來替代原有的控制電纜，具有高帶寬、抗電磁干擾、傳輸距離遠等優點[1]。然而，隨著智能變電站的逐漸普及，控制電纜的用量大幅減少，光纜的需求量大幅增加，且光纖系統負擔全站的通信任務，直接影響整個電力系統，其重要性不言而喻[2]。由此，使智能變電站中光纖系統的設計變得尤為重要。但在現實中，由于工藝和組織架構等原因，使用光纜的一般光纖系統仍存在諸多問題，尤其是工作量大、故障點多、利用率低等缺點已嚴重影響到了智能變電站的使用[11]。

為了解決一般光纖系統的這些問題，我們通過改變一般光纖系統的架構，在二次設備室中增加了集中配線架，形成了一種即插即用預連接光纖系統，部分克服了一般光纖系統的缺點。同時，文中還對這兩種系統進行了對比，詳細闡述了其的優勢，希望能為今后智能變電站中光纖系統的設計提供積極參考。

1 一般光纖系統的實現方式

智能變電站中一般光纖系統主要由二次設備室、開關柜和GIS控制柜組成。其中，二次設備室又可分為保護柜、測控柜和同步時鐘柜，其均需要與開關柜和GIS控制柜做光纖連接。目前，一般光纖系統的光纖連接方式仍是采用傳統的工藝，即當光纜敷設到位后，先與光纖配線架內的光纜進行熔接，經過光纖配線架內的法蘭盤進行轉接，然后通過尾纖連接到屏柜內的裝置，從而實現了一個完整鏈路。而一般光纖系統的缺點也正源于這項傳統光纖連接工藝，具體而言，其弊端主要體現在以下幾個方面：

1）熔接工作量大，施工周期長。一個典型的220 kV的智能變電站，其光纖熔接點約為5 000個，需要專業的熔接機和檢測機等設備來完成。在熔接的施工過程中，專業的工作人員將纖芯進行手工打磨、剪切、清潔端面，在熔接機中進行對接與熔接，其過程極其繁雜，工作量較大，且施工周期嚴重依賴于工作人員的經驗。

2）受環境的溫濕度及潔凈度影響。在進行熔接操作時，工作環境難以掌握，所以熔接的質量也難以控制。

3）鏈路衰減較大，熔接接點過多，使得故障點增加。隨著傳輸鏈路的增長，使信號強度在鏈路中的衰減急劇增大。由于鏈路的接點增多，這無形中也令接點發生故障的概率增大，于是故障點增加。

4）光纜利用率低且用量大。光纖系統小室內的保護柜、測控柜、同步時鐘柜等內部的裝置與開關柜、GIS控制柜、變壓器本體柜內部的裝置進行通信鏈接時，每一組信號均需要敷設獨立的光纜，一根4芯光纜實際使用只有1芯或2芯，利用率低。

圖1給出了一般光纖系統的實現方式架構。

2 即插即用預連接光纖系統實現方式

為了克服以上提到的一般光纖系統的缺點，本文提出了即插即用預連接光纖系統，其做法就是在一般光纖系統的基礎上增加集中配線架，其具體實現要點為：在二次設備室放置光纖集中配線架，所有現場屏柜的光纜與二次設備室的光纜匯集在集中配線架，根據設計通信要求，二次設備室的保護柜、測控柜、同步時鐘柜等光纜尾纖與開關柜、GIS控制柜的光纜尾纖通過集中配線架上的適配器進行對接，完成鏈路接通。其具體架構，如圖2所示。

圖1 一般光纖系統架構圖

圖2 即插即用預連接光纖系統架構圖

3 兩種系統的對比

3.1 經濟對比

由于一般光纖系統的架構，二次設備室中的所有設備均需要與開關柜、GIS控制柜進行光纜連接，而同時二次設備室和開關柜、GIS控制柜的距離又較遠。所以，采用一般光纖系統，每一組信號均要敷設獨立的光纜，且每根光纜的長度均較長，這導致系統使用的光纜總量極大。而采用即插即用預連接光纖系統，由于增加了集中配線架，開關柜和GIS控制柜只需與集中配線架做光纜連接即可，由此大幅減少了光纜的用量，提高了光纜利用率。

另一方面，一般光纖系統在熔接施工時，需要用到光纜接頭盒、光纖跳線、熔纖盤、熱縮管、護套管等輔材，耗費大量的資金且不環保；而即插即用預連接光纖系統所使用的光纜，全部在工廠預加工，在變電站現場僅需一個帶有適配器的配線架即可完成對接，施工過程簡單方便，可以節省施工費用且環保低碳。

3.2 技術對比

即插即用預連接光纖系統，鏈路中沒有熔接點，從根本上斷絕了一般光纖系統的熔接方案中存在的弊端，且具有防護等級高、安裝簡便等優勢。其相對于一般光纖系統在技術上的優勢，如表1所示。

表1 兩種系統的技術對比

3.3 施工工作量對比

本文統一以典型的110 kV智能變電站為例，規模為2臺主變、2回110 kV進線、2回20 kV出線，一般光纖系統需要156根4芯光纜，其總長度為5 800 m，需要對1 248個點進行熔接操作。由經驗豐富的工作人員來進行施工，熔接每個節點大約需要10分鐘，完成一個鏈路需要20分鐘時間，對整站的操作需要208個小時。而若要完成同樣的操作，即插即用預連接光纖系統需要70根12芯光纜，其總長度為1 600 m，一共有1 680個節點，而由于光纜分支接頭可在出廠前加工好，所以在施工現場，工作人員用10 s時間即可完成一個節點的接線，對整站的操作僅需要5個小時。

4 即插即用預連接光纖系統的應用

即插即用預連接光纖系統在浙江嘉興沈蕩110 kV的智能變電站中已得到了應用，取得了良好的效果。該系統在降低成本的同時，提高了光纜利用率，減少了施工周期和故障率。同時在智能變電站運行中，該系統保證了通信暢通，也有利于將來的例行檢修和維護工作。

5 結束語

文中通過改變智能變電站中一般光纖系統的架構，增加了集中配線架，得到了即插即用預連接的光纖系統。通過對比可發現，即插即用預連接光纖系統在各方面均優于一般光纖系統，且在實際中已得到了成功的應用。

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