10kV智能光纖復合電纜技術研究與測試驗證

徐傳鵬

摘要：隨著我國經濟在迅猛發展，社會在不斷進步，在泛在電力物聯網建設的背景下，采用分布式光纖測溫技術、光纖復合電纜技術、電纜載流量動態分析技術，實現10kV智能光纖復合電纜設計和驗證，實現配電網的智能化、測溫實時化和電纜溫度狀態可視化，實現電纜狀態的自主快速感知和故障預警。

關鍵詞：智能電網;光纖傳感;復合電纜

引言

光纖復合電纜的引入有利于解決通信網接入時面臨的通道問題。光纖復合電纜是電力系統中正在興起運用的一種新型特種電纜，它將光纖通信單元與常規電纜復合形成一根光纖復合電纜，能夠同時傳輸電力和通信信息。此外，光纖復合電纜還可以運用拉曼散射效應測溫，同時進行溫度異常位置的定位，用于電纜保護，使電纜運行在額定溫度，確保電力電纜安全運行。

1、光纖復合電纜用于智能電網

電力光纖到戶是智能電網建設中引人注目的內容之一，在智能建筑中實現語音、數據、視頻和電力線路的同步接入，達到資源共享，支撐智能雙向信息交互業務，符合節約型社會的發展理念。光纖復合電纜可以運用于“三網融合”或“四網融合”工程中。多網融合面臨的問題如下：1）各運營商網絡資源差異明顯。中國電信、中國聯通分別在南、北方地區網絡覆蓋率占有優勢;中國移動在基站覆蓋和相關移動業務方面占有優勢，但其固網資源缺乏，沒有自己的骨干網和用戶接入網;廣電方面，全國的有線電視網因不同區域的網絡屬不同的產權單位，造成網絡區域分割嚴重，同時有線電視網絡雙向化比例不高。因此要形成支撐“三網融合”的統一網絡，需要大規模的建設和改造，難度巨大。2）光纖網絡建設比較落后。基礎電信運營商都開展了建設光纖到樓、光纖到戶、光纖到桌面的建設規劃。但受資金等條件限制，目前電信全網FTTH用戶僅有幾十萬戶。

2、 10kV智能光纖復合電纜技術研究與測試驗證

2.1主站軟件架構

主站軟件采用分布式多層技術，分為數據層、應用服務層、業務處理層、表示層。數據層實現海量數據信息的存儲、訪問，通過大型關系數據庫實現。應用服務層提供全局通用的消息、安全、通信等組件支持，并實現本系統專用的業務服務子層，為業務處理層提供通用技術支撐：一是可靠高效的通信能力，滿足應用需要的并發訪問要求;二是統一的安全管理;三是標準的消息機制，滿足組件間的可靠交互;四是易于擴展的接口支持。業務處理層實現具體業務邏輯，是本系統的核心層，根據系統的應用特點，業務處理層可分為采集子層與業務子層。采集子層以各種通信方式接入各類采集設備，執行業務子層的召測任務和控制命令，直接與遠程設備通信，負責讀取、設置終端參數，采集終端數據，并對數據進行解析、處理，監測通信質量，管理通信資源。

2.2氣吹式光纖復合電纜

氣吹式光纖復合電纜由預埋光單元管的電力電纜和后期引入的傳輸光纖單元兩部分組成。待預埋光單元管的電力電纜敷設安裝后導入光纖單元，實現OPMC電纜的功能。該電纜結構可實現光傳輸單元沿著電纜路徑無接續傳輸，也可實現光傳輸單元的更換操作。這種預埋光單元型光纖復合電纜，在生產時考慮了光纜在配線、交接時浪費的長度，在光纖復合電纜兩端預留了20m左右的光單元，避免了因光纜交接引起的銅電纜的損耗和浪費。采用電纜安裝后光纖氣動吹入方式復合，節省了早期復合電纜由于測試、敷設、安裝（中間、終端接頭）光纖處理而造成的電纜整體長度損耗和電纜的采購成本。此類氣吹式OPMC可以做到，對2km電纜敷設整個線路路徑采用一整根光纖單元引入傳輸光通信，中間無接頭，降低了整條線路的光衰減特性，提高了通信質量。在電纜安裝敷設、交接合格、運行后，若因某種原因造成光纖通信質量問題，則可采用更換光纖單元的方式進行后期維護。

2.3智能光纖復合電纜設計

10kV智能光纖復合電纜采用的結構設計，其外護套、繞包層、填充層絕緣層和導體均和普通電纜相同，不同的是在其中心嵌入一根內置測溫光纜，測溫光纜的纖芯可以使用測溫光纖實現電纜內部溫度監測;也可以使用振動光纖實現電纜周界環境挖掘監測。通過10kV智能光纖復合電纜嵌入測溫光纜，實現了電纜運行的本體溫度狀態監測、溫升變化監測、溫度異常狀態監測和故障定位;由此使電纜具有了自我感知和自我診斷的功能，同時提供故障定位，減少運維工作量，實現電纜的智能化。

2.4光纖復合電纜分布式光纖測溫系統優點

1）更加經濟。傳統的分布式光纖測溫系統采用在電纜護套外部并列敷設一條感溫光纖以監測電纜溫度變化，耗費更多資源。2）纜芯溫度準確度更高。傳統的光纖并列電纜的測溫方法測量的是電纜表面溫度，需要在建立電纜表面溫度與線芯溫度對應關系的基礎上，才能獲得線芯溫度。受多種因素影響，推算出的線芯溫度存在一定誤差。采用光纖復合電纜則可解決這一問題，光纖安置在電纜內部，感應溫度受外界環境干擾小，而且感應出的溫度即纜芯溫度，精度高，實時性更好。3）靈敏感應外圍護套變化，降低外力破壞或鼠害的危害程度。光纖復合電纜布置在電纜纜芯、導體與電纜護套間，既可以監測纜芯溫度，又可以靈敏感應外圍護套溫度變化，應對外力破壞或老鼠啃咬電纜問題。外力破壞或老鼠啃咬，導致電纜斷裂引發短路故障，造成重大事故的案例屢見不鮮。將光纖復合電纜取代傳統電纜，并結合分布式光纖測溫系統，當外力破壞或老鼠啃咬電纜護套后，會引起局部溫度變化，由分布式光纖測溫系統組成的新型繼電保護裝置會進行報警信號提示，以便派出人員檢查或采取其他措施，在未導致電纜嚴重破損前解決問題。

結語

（1）通過高精度分布式光纖測溫系統進行測溫，該復合電纜的溫度測量精度可以保證在±0.5℃范圍內;（2）在不同負載電流情況下，可以得出相同的結論，即不同施工工況情況，溫度傳導介質不同，不同工況下的電纜溫度就不同。但所測溫度趨勢基本相同，溫度由高到低為穿管、架空（或隧道）、直埋和電纜溝;（3）在同一施工工況下，電纜運行在1.1倍的額定電流情況下，穿管工況敷設的電纜纜芯溫度為92.83℃，短時情況下可以正常工作，為搶修、迎峰度夏、負荷切換和載流量分析提供實時在線技術支撐和保障;（4）該10kV智能光纖復合電纜的故障定位精度為±0.2m。

參考文獻：

[1]劉曉波.10kV智能光纖復合電纜技術研究[J].科技與創新，2018（18）.

[2]鄧瑞.10kV光纖復合電纜技術探究[J].電子世界，2019（18）.

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