10kV智能光纤复合电缆技术研究与测试验证

徐传鹏

摘要：随着我国经济在迅猛发展，社会在不断进步，在泛在电力物联网建设的背景下，采用分布式光纤测温技术、光纤复合电缆技术、电缆载流量动态分析技术，实现10kV智能光纤复合电缆设计和验证，实现配电网的智能化、测温实时化和电缆温度状态可视化，实现电缆状态的自主快速感知和故障预警。

关键词：智能电网;光纤传感;复合电缆

引言

光纤复合电缆的引入有利于解决通信网接入时面临的通道问题。光纤复合电缆是电力系统中正在兴起运用的一种新型特种电缆，它将光纤通信单元与常规电缆复合形成一根光纤复合电缆，能够同时传输电力和通信信息。此外，光纤复合电缆还可以运用拉曼散射效应测温，同时进行温度异常位置的定位，用于电缆保护，使电缆运行在额定温度，确保电力电缆安全运行。

1、光纤复合电缆用于智能电网

电力光纤到户是智能电网建设中引人注目的内容之一，在智能建筑中实现语音、数据、视频和电力线路的同步接入，达到资源共享，支撑智能双向信息交互业务，符合节约型社会的发展理念。光纤复合电缆可以运用于“三网融合”或“四网融合”工程中。多网融合面临的问题如下：1）各运营商网络资源差异明显。中国电信、中国联通分别在南、北方地区网络覆盖率占有优势;中国移动在基站覆盖和相关移动业务方面占有优势，但其固网资源缺乏，没有自己的骨干网和用户接入网;广电方面，全国的有线电视网因不同区域的网络属不同的产权单位，造成网络区域分割严重，同时有线电视网络双向化比例不高。因此要形成支撑“三网融合”的统一网络，需要大规模的建设和改造，难度巨大。2）光纤网络建设比较落后。基础电信运营商都开展了建设光纤到楼、光纤到户、光纤到桌面的建设规划。但受资金等条件限制，目前电信全网FTTH用户仅有几十万户。

2、 10kV智能光纤复合电缆技术研究与测试验证

2.1主站软件架构

主站软件采用分布式多层技术，分为数据层、应用服务层、业务处理层、表示层。数据层实现海量数据信息的存储、访问，通过大型关系数据库实现。应用服务层提供全局通用的消息、安全、通信等组件支持，并实现本系统专用的业务服务子层，为业务处理层提供通用技术支撑：一是可靠高效的通信能力，满足应用需要的并发访问要求;二是统一的安全管理;三是标准的消息机制，满足组件间的可靠交互;四是易于扩展的接口支持。业务处理层实现具体业务逻辑，是本系统的核心层，根据系统的应用特点，业务处理层可分为采集子层与业务子层。采集子层以各种通信方式接入各类采集设备，执行业务子层的召测任务和控制命令，直接与远程设备通信，负责读取、设置终端参数，采集终端数据，并对数据进行解析、处理，监测通信质量，管理通信资源。

2.2气吹式光纤复合电缆

气吹式光纤复合电缆由预埋光单元管的电力电缆和后期引入的传输光纤单元两部分组成。待预埋光单元管的电力电缆敷设安装后导入光纤单元，实现OPMC电缆的功能。该电缆结构可实现光传输单元沿着电缆路径无接续传输，也可实现光传输单元的更换操作。这种预埋光单元型光纤复合电缆，在生产时考虑了光缆在配线、交接时浪费的长度，在光纤复合电缆两端预留了20m左右的光单元，避免了因光缆交接引起的铜电缆的损耗和浪费。采用电缆安装后光纤气动吹入方式复合，节省了早期复合电缆由于测试、敷设、安装（中间、终端接头）光纤处理而造成的电缆整体长度损耗和电缆的采购成本。此类气吹式OPMC可以做到，对2km电缆敷设整个线路路径采用一整根光纤单元引入传输光通信，中间无接头，降低了整条线路的光衰减特性，提高了通信质量。在电缆安装敷设、交接合格、运行后，若因某种原因造成光纤通信質量问题，则可采用更换光纤单元的方式进行后期维护。

2.3智能光纤复合电缆设计

10kV智能光纤复合电缆采用的结构设计，其外护套、绕包层、填充层绝缘层和导体均和普通电缆相同，不同的是在其中心嵌入一根内置测温光缆，测温光缆的纤芯可以使用测温光纤实现电缆内部温度监测;也可以使用振动光纤实现电缆周界环境挖掘监测。通过10kV智能光纤复合电缆嵌入测温光缆，实现了电缆运行的本体温度状态监测、温升变化监测、温度异常状态监测和故障定位;由此使电缆具有了自我感知和自我诊断的功能，同时提供故障定位，减少运维工作量，实现电缆的智能化。

2.4光纤复合电缆分布式光纤测温系统优点

1）更加经济。传统的分布式光纤测温系统采用在电缆护套外部并列敷设一条感温光纤以监测电缆温度变化，耗费更多资源。2）缆芯温度准确度更高。传统的光纤并列电缆的测温方法测量的是电缆表面温度，需要在建立电缆表面温度与线芯温度对应关系的基础上，才能获得线芯温度。受多种因素影响，推算出的线芯温度存在一定误差。采用光纤复合电缆则可解决这一问题，光纤安置在电缆内部，感应温度受外界环境干扰小，而且感应出的温度即缆芯温度，精度高，实时性更好。3）灵敏感应外围护套变化，降低外力破坏或鼠害的危害程度。光纤复合电缆布置在电缆缆芯、导体与电缆护套间，既可以监测缆芯温度，又可以灵敏感应外围护套温度变化，应对外力破坏或老鼠啃咬电缆问题。外力破坏或老鼠啃咬，导致电缆断裂引发短路故障，造成重大事故的案例屡见不鲜。将光纤复合电缆取代传统电缆，并结合分布式光纤测温系统，当外力破坏或老鼠啃咬电缆护套后，会引起局部温度变化，由分布式光纤测温系统组成的新型继电保护装置会进行报警信号提示，以便派出人员检查或采取其他措施，在未导致电缆严重破损前解决问题。

结语

（1）通过高精度分布式光纤测温系统进行测温，该复合电缆的温度测量精度可以保证在±0.5℃范围内;（2）在不同负载电流情况下，可以得出相同的结论，即不同施工工况情况，温度传导介质不同，不同工况下的电缆温度就不同。但所测温度趋势基本相同，温度由高到低为穿管、架空（或隧道）、直埋和电缆沟;（3）在同一施工工况下，电缆运行在1.1倍的额定电流情况下，穿管工况敷设的电缆缆芯温度为92.83℃，短时情况下可以正常工作，为抢修、迎峰度夏、负荷切换和载流量分析提供实时在线技术支撑和保障;（4）该10kV智能光纤复合电缆的故障定位精度为±0.2m。

参考文献：

[1]刘晓波.10kV智能光纤复合电缆技术研究[J].科技与创新，2018（18）.

[2]邓瑞.10kV光纤复合电缆技术探究[J].电子世界，2019（18）.

河南工学院 河南 新乡 453003