严寒地区智能变电站光缆选型分析

严寒地区智能变电站光缆选型分析

【摘 要】北方严寒地区智能变电站光缆的冻胀现象是一个共性问题，本文针对这一现象充分调研，分析光缆冻胀原因，并提出解决方案。结合位于辽宁省沈阳市的某66kV变电站新建工程，对严寒地区的光缆选型及线缆敷设进行分析比较。

【关键词】严寒 智能变电站 光缆 全寿命周期

0 概述

智能变电站的优势之一在于以通信质量好、运行稳定、造价低廉的光缆代替常规变电站控制电缆，随着大量光缆的使用，北方严寒地区光缆冻胀现象逐渐凸显出来。本文旨在分析光缆冻胀产生的原因，提出防治方案和解决办法，给北方严寒地区的智能变电站建设提供有效的技术指导。对户外布置形式的66kV AIS智能变电站，提出全寿命周期成本最优的线缆敷设方式，供同等或近似规模的变电站提供参考。

一 严寒地区变电站用光缆存在的问题

1光缆选型标准不统一。目前，在变电站光缆系统的构建中并没有统一的技术及相关规范。光缆具有多种光学、机械和环境等性能指标，例如衰减、拉伸、弯曲半径、冲击、压扁、温度范围、耐火、燃烧、防鼠咬、环保等。而上述性能指标，大多还没有在变电站的设计施工中形成规范。

2光缆工艺重视不足。传统的光缆熔接工艺工序繁琐，费时费力，工作量大。而智能变电站建设周期短，各环节衔接紧凑，光缆系统建设受到土建、电气安装、调试等诸多环节限制，常常成为整个变电站建设的瓶颈。并且熔接对环境要求较高，温度、湿度、粉尘及人员水平等都会对熔接质量及进度产生影响，较难控制并易形成安全隐患。而随着当代光纤科技的快速发展，新型光缆工艺如预制光缆工艺、新型连接器技术、特种光缆、防冻光缆产品等不断涌现，应用范围不断扩展。

2穿管敷设的光缆冻胀情况。在寒冷地区，因上冻产生的自然阻断或损耗增大故障发生的时间大多在冬季气温突降或连续低温的某一个夜晚至凌晨时段，故障点的位置都在光缆外穿保护钢管的钢管内。对故障点光缆进行观察，光缆外形上都有偏曲变形，经过人工处理有的能恢复，但大多难以复原。再对光缆进行解剖观察，发现故障点处，有的塑管严重变形甚至破裂，塑管内纤芯有的碎断，有的绞绕扭曲，由此造成了光纤传输障碍。从故障的现象观察可以直接得出，出现故障都是由于钢管内的积水在气温降低结冰时挤压光缆而造成的。

3户外尾缆冻胀情况。据调研，2011年末在蒙东舍伯吐220kV变电站工程中发生了户外智能组件柜尾缆冻裂的现象。根据事故分析得知，户外智能组件柜

内尾缆的工作适应温度为-25℃～70℃，而舍伯吐地区冬季最低温度达到-32℃，虽然户外智能组件柜采取了双层保温板、柜内加热器等措施，但在检修维护开关柜门的过程中仍无法保证尾缆的工作环境温度，从而发生冻裂。据此分析出，在-25℃以下的环境温度下，户外智能组件柜内的尾缆部分，是光缆连接过程的薄弱环节。

二 严寒地区变电站光缆选型

1光缆定义。按应用场合与学科的不同，光缆的定义亦有所不同，在电力学科的定义为以光纤为传输元件的缆（有时含有若干电线），一般含有加强元件及必要的护套。光缆具有通频带宽、无中继段长、不受电磁场和电磁辐射的影响、重量轻、体积小、使用环境温度范围宽、不易腐蚀、使用寿命长等优点，在社会生活各方面应用广泛。

2多模铠装光缆技术特点。（1）光纤种类的选择。按光在光纤中的传输模式可分为单模光纤和多模光纤。（2）多模光纤种类比较。多模光纤的光纤芯分为50/125μm和62.5/125μm两种，随着千兆以太网时代的来临，62.5/125μm多模光纤由于带宽而受到了限制，因此具有更高带宽的50/125μm多模光纤重新得到了重视。（3）铠装光缆技术特点。所谓铠装光纤（光缆），就是在光纤的外面再裹上一层保护性的“铠甲”一般是钢片包裹，主要用于满足客户防鼠咬、防潮湿等要求。

3低温防冻光缆的技术特点。为解决光缆“冻伤”问题，应运而生一种低温防冻光缆，选用双层PC/PBT复合结构，这种结构套管具有良好的温度性能，并且机械性能强，可使光缆满足高寒和温差大地区极为恶劣的运行环境。低温防冻光缆的中心加强元件GRP的温度膨胀系数很小、性能优异的PC/PBT复合双层套管、在充分满足拉伸力和高温膨胀要求下，严格控制套管的光纤余长，恰当设计缆芯绞合余长。

低温防冻光缆的外护套材质从内至外依次为芳纶加强层、阻水带包带层、PE内护套、缓冲层、阻水带包带层、LSZH外护套。与普通光缆不同的护套结构及特种材质，可保证光缆在低温环境下的柔软度，满足低温运行条件。其运行环境温度为-40℃～+70℃。

4防冻尾缆的技术特点。

在低温防冻光缆的技术基础上，设备厂家又衍生出一种防冻尾缆，主要用于低温状态下户外智能组件柜的尾缆。其结构从内至外依次为光纤、TPEE紧套光纤、杜邦芳纶加强层、TPU外护套，使用环境温度可达到-40℃～+85℃。

三 多模铠装光缆与低温防冻光缆设计比选

该66kV变电站户外光缆的选型通过层绞式多模铠装光缆与低温防冻光缆在不同温度下损耗、抗拉能力及LCC比选，得出光缆选择的最优方案。

1温度与损耗。

从表中不难看出多模铠装光缆在-40～-50℃温度区间变化时，由于介质膨胀系数急剧变化使电缆余长增大，这样使信号衰减增大，在长距离传输中容易造成信号失真，影响变电站保护装置灵敏动作。在高于-40℃时，性能与低温光缆相差无几。

2 温度与拉力。光缆在不同温度下其抗拉能力随温度降低而减小，与温度近似成线性关系，但变化率较小，在敷设及运行过程中不会因温度降低造成光缆损坏。

3 LCC比较。以沈阳市某66kV变电站为例，使用多模4芯光缆大约10根，总计400米；多模8芯光缆大约6根，总计240米；多模12芯光缆大约4根，总计100米；多模16芯光缆大约8根，总计300米。光缆设计周期按20年考虑。最后通过比较及经济分析计算得出，该66kV变电站采用多模铠装光缆较为合理，较低温防冻光缆节约投资约1.58万元，节约费用约占多模铠装光缆全寿命周期总投资的32.5%。

四 结论与建议

多模铠装光缆的适用范围较大。我国绝大部分地区的冬季日平均气温不低于-40℃，该温度不影响多模铠装光缆的正常运行，通过经济比较和技术分析，在加强光缆保护管施工工艺的前提下，采用多模铠装光缆较为合理。少部分极端温度在-40℃左右的地区，户外环境恶劣，光缆传输距离较长，信号衰减不满足保护装置可靠性及灵敏性的要求，可以考虑使用低温防冻光缆。

参考文献

[1] 变电站全寿命周期设计建设技术导则. 国家电网公司基建部，2013

[2] 智能变电站光缆选型及敷设研究. 李艳丽，束娜，韩本帅. 水电能源科学，2012

作者简介：沈晔华； 1982；男；学士学位；电气工程师，研究方向：220kV及以下电力设计研究；

张宁； 1984年；女；学士学位；通信工程师，研究方向：电力通信网络设计研究