淺析智能光電復(fù)合電纜技術(shù)及應(yīng)用

    近日有消息稱，某單位成功研發(fā)了一種光電復(fù)合海底電纜的制備方法，并獲得了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的發(fā)明專利證書(shū)。據(jù)悉，這種方法主要適用于海底電纜的制備。由于海底電纜使用環(huán)境為大深度、外力環(huán)境復(fù)雜、生物化學(xué)以及物理破壞嚴(yán)重，特別是在大深度的海底，巨大的水壓要求電纜具有優(yōu)良的阻水性能和機(jī)械性能。該項(xiàng)發(fā)明提供了一種制備大長(zhǎng)度電纜接頭、使用壽命長(zhǎng)、各道制備工序一次性完成的電纜制備方法，制得的電纜還具有阻水、防腐性能好、機(jī)械性能優(yōu)良的特點(diǎn)。
　　
　　但在一切設(shè)備追求智能化的當(dāng)下，僅僅如此還不夠，更多的場(chǎng)合需要線纜具備智能化特性。近年來(lái)，隨著智能化技術(shù)的進(jìn)步，科研成果的成熟應(yīng)用、設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化、智能設(shè)備的不斷完善并大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用，智能電纜應(yīng)運(yùn)而生，并得到了快速的發(fā)展。就目前而言，我們所說(shuō)的智能電纜更多指的是智能電網(wǎng)、智能綜合布線、光電復(fù)合電纜、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。各行業(yè)也正在逐漸規(guī)范和制訂相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。然而，不同的行業(yè)和使用環(huán)境對(duì)智能電纜的要求不同，筆者希望通過(guò)本文能夠讓大家對(duì)現(xiàn)有的智能電纜有所了解，尤其是海上作業(yè)方面的電纜智能化工作。
　　
　　智能電網(wǎng)對(duì)電纜的要求
　　
　　2009年國(guó)家電網(wǎng)公司提出智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃以來(lái)，智能電網(wǎng)的全面建設(shè)引發(fā)了電力設(shè)備的全面變革，那么，電力電纜作為組成電網(wǎng)的重要產(chǎn)品，又會(huì)出現(xiàn)哪些改變，如何適應(yīng)智能電網(wǎng)的需要?
　　
　　中高壓電纜線路是電力系統(tǒng)電能輸送的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，其安全運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)家安全具有重大意義，必須保證安全可靠。建設(shè)智能電網(wǎng)的目的，就是確保電網(wǎng)的安全可靠，讓人們用起來(lái)更方便、更放心。那么在智能電網(wǎng)對(duì)電纜的要求就將圍繞線路的安全、可靠等方面展開(kāi)研究和設(shè)計(jì)。
　　
　　電纜與其他單元式的電力電器產(chǎn)品不同，單元式產(chǎn)品便于測(cè)量和監(jiān)控，利于智能控制設(shè)計(jì)、實(shí)施，成本低。電纜屬于分布式產(chǎn)品，線路長(zhǎng)，沿線環(huán)境條件復(fù)雜，影響因素多，不利于與傳感器結(jié)合。然而，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，分布式光纖傳感系統(tǒng)在線監(jiān)控得到了迅速的應(yīng)用，也使得中高壓電纜的智能化成為了可能。
　　
　　智能測(cè)溫電纜產(chǎn)品是在電纜的結(jié)構(gòu)組成中加入了分布式光纖(內(nèi)嵌式)，采用分布式光纖溫度傳感技術(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量電纜中的光纖所處的溫度場(chǎng)分布，不僅可以智能地檢測(cè)和顯示電纜的實(shí)際運(yùn)行溫度，自動(dòng)儲(chǔ)存歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，隨時(shí)查閱電纜的運(yùn)行溫度，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)超溫報(bào)警和在線反饋控制，以確保電纜有合適的載流量，達(dá)到既能使電纜最大限度的輸送電能又能確保電纜安全運(yùn)行的目的，避免了傳統(tǒng)人工維護(hù)中的覆蓋面小、成本高、可靠性差、缺乏實(shí)時(shí)性等缺點(diǎn)。
　　
　　電纜分布式光纖測(cè)溫技術(shù)主要是利用了光纖的光時(shí)域反射(OTDR)和光纖背向拉曼散 射的溫度效應(yīng)(溫度越高，背向反射光強(qiáng)度越大)，探測(cè)出沿光纖不同位置的溫度變化，實(shí)現(xiàn)真正分布式的測(cè)量。一般使用多模GI50/125或GI62.5/125μm光纖。
　　
　　而智能一體化電纜將集在線測(cè)溫和溫控、在線故障定位、局部放電在線故障定位、載流量在線監(jiān)測(cè)、電纜外護(hù)套狀態(tài)分析等功能于一體，并加入了專家分析系統(tǒng)。
　　
　　2014年，全國(guó)電線電纜標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)根據(jù)國(guó)家能源局下達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)制修訂任務(wù)，在中國(guó)電力科學(xué)研究院的組織下，由國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院、上海電纜研究所、電纜制造企業(yè)等單位共同編制了電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《光電復(fù)合中壓電纜》(送審階段)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了該類電纜的系列代號(hào)為：OPMC，其中，光傳輸單元包含了非金屬層絞填充式(GT)、非金屬中心管填充式等結(jié)構(gòu)形式的光傳輸單元。推薦的典型光纖有：多模光纖、非色散位移單模光纖、波長(zhǎng)段擴(kuò)展的非色散位移單模光纖和非零色散位移單模光纖。
　　
　　標(biāo)準(zhǔn)在普通電力電纜GB/T12706的基礎(chǔ)上，加入了對(duì)光纖的基本試驗(yàn)方法，考慮到電纜敷設(shè)時(shí)彎曲可能對(duì)光單元造成的影響，增加了電纜彎曲后對(duì)光單元的附加衰減試驗(yàn)。
　　
　　普通光電復(fù)合電纜
　　
　　光電復(fù)合電纜實(shí)際上是在光纜的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種電纜，因此，也可以稱之為光電復(fù)合光纜，是目前市場(chǎng)上供應(yīng)最多的一種電纜。為了滿足遠(yuǎn)端供電的要求，光電復(fù)合電纜在光纜結(jié)構(gòu)中增加了銅芯絕緣導(dǎo)體，集光纖和輸電電纜為一體，同時(shí)解決了設(shè)備用電和信號(hào)傳輸問(wèn)題，不僅滿足了光纖光纜的特性，還滿足了低壓輸電電纜的相關(guān)要求。
　　
　　該電纜的成功運(yùn)用避免了遠(yuǎn)端使用蓄電池供電的方式，比如現(xiàn)在光纖到戶的傳輸方式，遠(yuǎn)端需要供電的地方比較分散，無(wú)法建立機(jī)房，如采用蓄電池供電則難以解決電池的維護(hù)、壽命、污染問(wèn)題，再比如在遠(yuǎn)端直接取電的話，斷電后就無(wú)法保證語(yǔ)音通話，無(wú)法撥打緊急求助電話。光電復(fù)合電纜解決了以上問(wèn)題。
　　
　　目前，在光纜中復(fù)合的導(dǎo)體不超過(guò)6mm2、2.5mm2以上的導(dǎo)體一般采用柔軟的結(jié)構(gòu)，比如GYTS12B1+2×1.5則由12芯B1光纖加上2芯1.5mm2銅芯絕緣導(dǎo)體共同組成的一根電纜。
　　
　　光電復(fù)合電纜在其他行業(yè)的運(yùn)用要求
　　
　　海底光電復(fù)合電纜：在海底電力電纜中加入具有光通信功能及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的光纖單元，使其具有電力傳輸和光信息傳輸?shù)碾p重功能。取代了同一線路敷設(shè)的海底電纜，節(jié)約了海洋路由資源，降低制造、海上施工、路岸登陸等費(fèi)用，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海上石油和石化項(xiàng)目，近年來(lái)蓬勃發(fā)展的海上風(fēng)電場(chǎng)大多采用了海底光電復(fù)合電纜，實(shí)現(xiàn)了電力傳輸和遠(yuǎn)程控制的功能。
　　
　　中利科技常州船用電纜有限責(zé)任公司是中利集團(tuán)下的一個(gè)全資子公司，具有50多年為船舶和海上石油平臺(tái)配套電纜的歷史，不僅具有整船電纜的配套能力，而且在海上石油平臺(tái)電纜的生產(chǎn)、研發(fā)方面也處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，公司引進(jìn)德國(guó)35kV三層共擠連續(xù)硫化生產(chǎn)線使得電纜的電壓等級(jí)完全可以滿足海上石油平臺(tái)電纜的電力傳輸需求，按挪威NEK606標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的耐泥漿電纜已經(jīng)取得挪威DNV和美國(guó)ABS的型式認(rèn)可，同時(shí)認(rèn)可的還包括變頻電纜(VFD)等。海上石油平臺(tái)全部具有低煙無(wú)鹵阻燃、耐油、耐氣候、耐低溫等特性，已完全可以替代進(jìn)口。
　　
　　對(duì)于海洋工程用智能電纜，不可避免的要在電纜中加入光通信單元，而這正是中利科技的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，中利科技為占領(lǐng)戰(zhàn)略至高點(diǎn)，2014年又引進(jìn)了光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)線，積極為海工電纜的智能化作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
　　
　　光電復(fù)合煤礦用電纜：通過(guò)在煤礦用采煤機(jī)電纜、移動(dòng)橡套電纜中加入光通信單元，來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、防災(zāi)等功能。
　　
　　智能樓宇用光電復(fù)合電纜：自光纖到戶后，未來(lái)的建筑用線將采用光電復(fù)合電纜，在建筑裝修上將減少敷設(shè)工作量，傳輸質(zhì)量也將大大提高。取代既要敷設(shè)照明、電器等需要電力傳輸?shù)碾娎|，還需要敷設(shè)網(wǎng)線、有線電視線、高清數(shù)據(jù)線(HDMI)的模式，實(shí)現(xiàn)了電力、電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的多網(wǎng)融合。
　　
　　此外，公司還擁有生產(chǎn)光電復(fù)合港機(jī)用卷筒電纜、光電復(fù)合勘探電纜等能力，相信光電復(fù)合式智能電纜也會(huì)運(yùn)用到各行各業(yè)。
　　
　　在海洋工程上采用智能電纜在國(guó)內(nèi)運(yùn)用的還不多，幾個(gè)月前，中海油探船提出了物探電纜的研發(fā)需求，該電纜帶承壓氣管(供應(yīng)140kg壓力氣體到電纜末端設(shè)備)的同時(shí)，集電力供應(yīng)、信號(hào)數(shù)據(jù)采集為一體，電纜在水下工作，并能承受1噸的拖力設(shè)備。電纜中包含中心壓力管道、電力傳輸纜芯、對(duì)稱式儀表電纜、不銹鋼管鎧裝光通信單元。目前，該類電纜全部是依賴進(jìn)口。
　　
　　縱觀國(guó)外智能電纜應(yīng)用，國(guó)外在水下探測(cè)、水下機(jī)器人等方面開(kāi)始運(yùn)用的時(shí)間要比國(guó)內(nèi)早很多，因此，在國(guó)內(nèi)進(jìn)行該方面電纜的智能化工作將會(huì)有非常廣闊的前景和較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。