智能變電站光纜與電纜即插即用優(yōu)化設(shè)計

周 穎

（福州萬山電力咨詢有限公司，福建 福州 350000）

0 引 言

智能變電站最顯著的特點是以大量的高度整合的智能化二次設(shè)備代替了傳統(tǒng)的二次設(shè)備，以通信光纜取代了傳統(tǒng)的二次控制線纜。已建的很多智能變電站在光纜選擇、連接和敷設(shè)工藝上，依舊采用傳統(tǒng)的電纜施工方式，未能合理利用光纜，造成光纜數(shù)量繁多、連接不科學和敷設(shè)方法不恰當?shù)葐栴}，影響光纖的傳輸性能和使用壽命。此外，智能變電站增加了過程層智能終端設(shè)備，一次設(shè)備機構(gòu)與智能終端之間連接異常復(fù)雜。隨著預(yù)制光纜、預(yù)制電纜等在智能變電站的推廣，對光纜、電纜的選擇提出了新的技術(shù)要求。本文對此展開論述，并提出“即插即用”技術(shù)的實施方案。

1 光纜設(shè)計優(yōu)化

1.1 預(yù)制光纜及其優(yōu)點

國內(nèi)智能變電站一般沿用電力通信施工方案采用光纖熔接方式進行施工，機柜內(nèi)采用“光纖配線箱+光纖跳線”，機柜之間敷設(shè)多芯光纜，光纜兩端與光纖配線箱內(nèi)的預(yù)留光纖進行熔接。

該方式的優(yōu)點是技術(shù)成熟，采用傳統(tǒng)的工藝即可完成，但存在以下缺點：

（1）采取現(xiàn)場熔纖的方式進行連接，現(xiàn)場安裝工作量大，影響施工進度。

（2）熔纖會在機柜內(nèi)部分纖芯裸露，當受到機械應(yīng)力時，該部分纖芯可能會發(fā)生折斷，從而引起通信故障等問題，對智能變電站的運行安全埋下隱患。

（3）現(xiàn)場熔接效果因施工單位工藝水平不同而參差不齊，一方面增加故障隱患，另一方面施工工藝不美觀。

基于上述弊端，智能變電站逐步推廣應(yīng)用預(yù)制光纜解決方案，即在項目實施時，提前在多芯光纜的兩端預(yù)先制好多芯集成的光纖連接器插頭，并在屏柜中設(shè)置與光纖連接器插頭對應(yīng)的多芯集成光纖連接器插座。當光纜敷設(shè)完畢后，只需將光纖連接器插頭插入相應(yīng)的光纖連接器插座，即可完成光路的對接，從而有效提高現(xiàn)場工程的施工效率，保證多芯光纖的對接安全性。與傳統(tǒng)的光纖熔接方式相比，這種方法更高效、可靠。由于多芯光纖連接器插頭需要預(yù)制在光纜兩端，因此需要現(xiàn)場精確測量，提供每根光纜具體的長度。

1.2 預(yù)制光纜的光纜型式選擇

理論上，預(yù)制光纜可采用任一種型式的光纜。但是，實際工程應(yīng)用中一般不采用鎧裝光纜，主要原因如下：

（1）預(yù)制光纜兩端帶有金屬的光纖連接器，因此鎧裝光纜的鎧裝層兩端接地難以實現(xiàn)。若在兩端環(huán)剝外皮引出接地線后再熱縮處理，運輸和施工過程中容易造成接地線中斷，整根預(yù)制光纜需返廠維修。光纜兩頭環(huán)剝后，破壞光纜的完整性，可靠性降低且工藝不美觀。

（2）鎧裝光纜彎曲半徑要求10～20倍光纜外徑。預(yù)制光纜需要在屏柜內(nèi)彎曲接入免熔接光纖配線箱或連接器安裝板，采用鎧裝光纜在屏柜內(nèi)安裝困難。

目前，國內(nèi)幾個廠家均采用室外玻璃纖維紗光纜。此類光纜中心為非金屬加強芯，光纖緊套涂覆結(jié)構(gòu)、阻燃、低煙無鹵外護套，光纜中填充玻璃纖維紗達到防鼠咬的功能，具有防鼠咬、阻燃、防潮、防雷擊等優(yōu)點，且相對柔軟易于敷設(shè)。該型式光纜在通信領(lǐng)域定義為室外光纜。由于無凱裝層，電力運行單位往往質(zhì)疑其能否承受外力機械損傷。針對電力工程應(yīng)用，相關(guān)廠家已研究出改進型室外玻璃纖維紗光纜，如圖1所示。與普通型相比，它增加了內(nèi)外套，具有雙層護套，外護套增厚50%，外護套材料加硬，增加撒裂繩根數(shù)，大大提高了光纜的機械強度[1]。

圖1 改進型玻璃纖維紗光纜

1.3 室外光纜敷設(shè)

對于光纜機械防護技術(shù)，首先應(yīng)充分發(fā)揮光纜本身固有的自我防護能力，其次在建設(shè)施工中給予適當?shù)募訌姺雷o措施。但是，如果在外加防護措施具有顯著優(yōu)勢和效益時，應(yīng)該以外加防護技術(shù)措施為主，選取較輕便的光纜結(jié)構(gòu)。根據(jù)改進型玻璃纖維紗光纜特點，結(jié)合電力系統(tǒng)應(yīng)用情況，建議在室外電纜溝內(nèi)采用金屬槽盒敷設(shè)，原因如下：

（1）避免電纜溝架間距過大，小截面光纜下垂，敷設(shè)不平整。

（2）智能變電站中光纜是最重要的線纜，采用槽盒敷設(shè)，可與其他控制電纜、電力電纜明顯區(qū)分，方便檢修。

（3）光纜本身不發(fā)熱，在槽盒內(nèi)可以多層疊放。一般情況下，配電裝置區(qū)上層溝架安裝2個200 mm×100 mm槽盒即可滿足要求，雙重化的光纜安裝在不同的槽盒內(nèi)。與采用溝架直接敷設(shè)相比，可減少層架數(shù)量和電纜溝尺寸。

（4）改進型玻璃纖維紗光纜本身具有防鼠咬和一定的機械防護性能，結(jié)合采用金屬槽盒敷設(shè)方式，完全可滿足電力運行單位的驗收要求。

1.4 預(yù)制光纜配置方案

預(yù)制光纜的連接有兩種方式[2]。

方式一：預(yù)制光纜插頭—預(yù)制光纜插座（另一頭分支光纜）—IED設(shè)備，適用于屏柜到屏柜兩點互聯(lián)的場合，如圖2（a）所示。

方式二：預(yù)制光纜插頭—免熔接光纖配線箱—屏間分支光纜—IED，適用于一根光纜需分解為多個去向的場合，如圖2（b）所示。

圖2 預(yù)制光纜的連接方式

對于單個去向預(yù)制光纜，采用方式一接線，如智能控制柜間電壓級聯(lián)光纜；對于戶外到二次設(shè)備室保護柜的光纜，采用方式二接線。各間隔屏柜分散布置免熔接光纖配線箱，實現(xiàn)光纜配置優(yōu)化與即插即用。

2 電纜設(shè)計優(yōu)化

2.1 電纜優(yōu)化配置目標

智能變電站將大量的電纜以1～2根光纜代替，配電裝置區(qū)僅有交、直流電纜和少量的裝置告警信號電纜，對電纜的優(yōu)化配置主要集中在一次設(shè)備與智能控制柜之間。本文以二次線相對復(fù)雜的GIS為例，首先對GIS匯控柜內(nèi)的各類接線進行分析提出簡化方案，再將簡化后的機構(gòu)二次線進行標準化，實現(xiàn)GIS各類機構(gòu)和智能控制柜的標準接口。

2.2 一次設(shè)備智能化二次線優(yōu)化

2.2.1 斷路器信號回路的優(yōu)化

常規(guī)GIS匯控柜內(nèi)設(shè)置了各種報警信號的指示燈，還需要在匯控柜內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的中間重動繼電器，線路較為復(fù)雜，不利于故障排除。而智能變電站簡化了這些設(shè)備，只需要在GIS匯控柜內(nèi)設(shè)置智能終端，即可采集斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)的狀態(tài)信號及GIS各種報警信號，并將采集的信號通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)進行遠傳和共享，在智能終端上顯示所有的信號，取消匯控柜內(nèi)的信息指示燈和中間重動繼電器，有效減少設(shè)備的維護工作量。

2.2.2 斷路器防跳回路的優(yōu)化

常規(guī)的變電站中，兩套防跳回路分別位于一次、二次設(shè)備，目的是解決兩套防跳回路同時使用時配合上出現(xiàn)問題。一般來說，實際使用中要解掉一套防跳回路。隨著智能終端的應(yīng)用，取代了相應(yīng)操作箱中的防跳回路，智能變電站僅可配置一套防跳回路即可解決該問題。實際應(yīng)用中，智能終端安裝在智能控制柜內(nèi)，可將其視為智能一次設(shè)備的一部分，完成相應(yīng)防跳回路的工作。實際應(yīng)用中，智能終端與傳統(tǒng)的防跳回路沒有差異。與傳統(tǒng)的防跳回路相比，智能終端內(nèi)防跳回路接線更簡單，體積更小巧。由于智能終端內(nèi)部回路設(shè)計采用經(jīng)典的方式，有效保證了防跳功能動作的可靠性。因此，在智能變電站建設(shè)中，建議采用智能終端作為防跳回路使用，替代一次設(shè)備機構(gòu)的防跳回路，提高一次設(shè)備的集成度和智能化程度。

2.2.3 電氣閉鎖回路的優(yōu)化

在常規(guī)變電站中，通常由GIS提供本電壓等級的完整電氣閉鎖回路，即包含本間隔的電氣閉鎖和跨間隔的電氣閉鎖。智能站能夠通過智能終端與過程層網(wǎng)絡(luò)的GOOSE信息的多播與共享機制來實現(xiàn)跨間隔的電氣閉鎖，在實際應(yīng)用中更為簡單可靠。因此，當變電站改造、擴建時，僅需要修改或新增與跨間隔裝置的配置，即可實現(xiàn)改造升級，且對原間隔沒有影響。通過電器閉鎖回路優(yōu)化，取消跨間隔的電氣閉鎖回路，有效減少了輔助接點的需求量，減少了中間繼電器，提高了改造擴建施工效率和施工進度，大大降低了變電站日常運行維護的工作量，起到了良好的應(yīng)用效果。

2.2.4 斷路器位置輔助接點的優(yōu)化

常規(guī)GIS斷路器輔助接點一般不少于12開12閉。智能站可減少斷路器輔助接點數(shù)量，雙套智能終端需要輔助接點2開2閉，間隔電氣閉鎖需要2～3付接點，位置指示需要輔助接點1開1閉，再考慮2開2閉（雙重化）備用輔助接點，斷路器輔助接點8開8閉即可。

2.2.5 機構(gòu)壓力閉鎖回路的優(yōu)化

斷路器機構(gòu)壓力低要閉鎖跳、合閘回路。由于機構(gòu)內(nèi)能提供原始接點有限，通常變電站會通過加裝中間繼電器重動的方式，實現(xiàn)跳閘、合閘回路的閉鎖控制，并在操作箱中設(shè)置壓力降低時禁止跳閘繼電器1YJJ和繼電器3YJJ作為備用。在智能站配置了智能終端的情況下，原來操作箱的功能已由智能終端完成。智能終端延續(xù)了原操作箱的配置，也設(shè)置了1YJJ和3YJJ回路。智能終端下放匯控柜安裝，完全可以取消GIS配置的重動繼電器。

智能高壓組合電器機構(gòu)二次線與智能終端優(yōu)化集成后，二次回路的繼電器和信號指示燈大量取消，簡化了匯控柜內(nèi)二次回路回路，減少了現(xiàn)場施工工作量和運行維護工作量，提高了一次設(shè)備的集成化程度和智能化程度。

2.3 斷路器機構(gòu)預(yù)制電纜配置

預(yù)制電纜是指設(shè)備出廠前，廠家對設(shè)備所需的電纜進行單端或雙端配置電連接器而形成的電纜。在智能化變電站中使用電連接器這種接插件連接方式，取代了傳統(tǒng)端子排連接方式，可簡化柜內(nèi)的端子接線。同時，各設(shè)備廠家按標準對接回路在出廠前將線纜通過電連接器接線，則設(shè)備至現(xiàn)場即可實現(xiàn)即插即用，減少現(xiàn)場的安裝調(diào)試工作量。

建議斷路器和隔離開關(guān)的電機電源及機構(gòu)箱的加熱器電源采用直流供電。采用直流供電的優(yōu)點如下：

（1）直流供電的電機提高了變電站的運行可靠性，全站失電時，還可操作斷路器或隔離開關(guān)。

（2）直流供電后，機構(gòu)箱的接線均直流接線，避免交直流混纜的情況，提高了運行的可靠性。

斷路器機構(gòu)箱至智能控制柜，可用兩根預(yù)制電纜實現(xiàn)全部接線。其中，一根用于斷路器合閘和第一組跳閘線圈、電機電源回路、斷路器輔助接點和告警接點，電纜插接件芯數(shù)48芯；另一根用于第二組跳閘線圈和第二套智能終端的斷路器位置接點采集，電纜插接件芯數(shù)16芯。分相斷路器每相機構(gòu)各引出兩根預(yù)制電纜。

2.4 隔離、接地開關(guān)機構(gòu)預(yù)制電纜配置

隔離、接地開關(guān)機構(gòu)箱至智能控制柜的接線有開關(guān)控制回路、電機電源回路、隔離開關(guān)輔助接點和告警接點。隔離、接地開關(guān)機構(gòu)箱至智能控制柜可用兩根預(yù)制電纜實現(xiàn)全部接線。其中，一根用于隔離/接地開關(guān)控制回路、電機電源回路、隔離/接地開關(guān)輔助接點和告警接點，電纜插接件芯數(shù)48芯；另一根用于第二套智能終端的信號采集。如果不需要雙重化信號采集，則無第二根預(yù)制電纜，電纜插接件芯數(shù)16芯。

3 結(jié) 論

智能變電站采用預(yù)制光纜不僅提高了施工效率，而且較之現(xiàn)場光纖熔接更加可靠。光纜型式采用改進型玻纖光纜，結(jié)合電力系統(tǒng)應(yīng)用情況，建議在室外電纜溝內(nèi)采用金屬槽盒敷設(shè)。對GIS二次線進行簡化、標準化，各類機構(gòu)與間隔的智能控制柜采用預(yù)制電纜，實現(xiàn)“接口標準化、現(xiàn)場電纜即插即用”，可提高設(shè)計、生產(chǎn)效率，并大量減少現(xiàn)場的接線工作。

[1] 中華人民共和國電力行業(yè)標準委員會.DL/T1623-2016智能變電站預(yù)制光纜技術(shù)規(guī)范[S].2017.

[2] 劉繼彥，宋燕霞，辛 欣.標準配送式智能變電站預(yù)制電纜“即插即用”實現(xiàn)方案及敷設(shè)方式研究[J].電氣應(yīng)用，2015，（3）：22-26.