淺析智能光電復合電纜技術及應用
近日有消息稱，某單位成功研發(fā)了一種光電復合海底電纜的制備方法，并獲得了國家知識產(chǎn)權局頒發(fā)的發(fā)明專利證書。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)境復雜、生物化學以及物理破壞嚴重，特別是在大深度的海底，巨大的水壓要求電纜具有優(yōu)良的阻水性能和機械性能。該項發(fā)明提供了一種制備大長度電纜接頭、使用壽命長、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、機械性能優(yōu)良的特點。
但在一切設備追求智能化的當下，僅僅如此還不夠，更多的場合需要線纜具備智能化特性。近年來，隨著智能化技術的進步，科研成果的成熟應用、設計的不斷優(yōu)化、智能設備的不斷完善并大規(guī)模的生產(chǎn)應用，智能電纜應運而生，并得到了快速的發(fā)展。就目前而言，我們所說的智能電纜更多指的是智能電網(wǎng)、智能綜合布線、光電復合電纜、在線實時監(jiān)測系統(tǒng)等。各行業(yè)也正在逐漸規(guī)范和制訂相應的國家標準。然而，不同的行業(yè)和使用環(huán)境對智能電纜的要求不同，筆者希望通過本文能夠讓大家對現(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)對電纜的要求
2009年國家電網(wǎng)公司提出智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃以來，智能電網(wǎng)的全面建設引發(fā)了電力設備的全面變革，那么，電力電纜作為組成電網(wǎng)的重要產(chǎn)品，又會出現(xiàn)哪些改變，如何適應智能電網(wǎng)的需要?
中高壓電纜線路是電力系統(tǒng)電能輸送的關鍵基礎設施，其安全運行對電力系統(tǒng)、國民經(jīng)濟、社會穩(wěn)定和國家安全具有重大意義，必須保證安全可靠。建設智能電網(wǎng)的目的，就是確保電網(wǎng)的安全可靠，讓人們用起來更方便、更放心。那么在智能電網(wǎng)對電纜的要求就將圍繞線路的安全、可靠等方面展開研究和設計。
電纜與其他單元式的電力電器產(chǎn)品不同，單元式產(chǎn)品便于測量和監(jiān)控，利于智能控制設計、實施，成本低。電纜屬于分布式產(chǎn)品，線路長，沿線環(huán)境條件復雜，影響因素多，不利于與傳感器結合。然而，隨著光纖技術的發(fā)展，分布式光纖傳感系統(tǒng)在線監(jiān)控得到了迅速的應用，也使得中高壓電纜的智能化成為了可能。
智能測溫電纜產(chǎn)品是在電纜的結構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實時測量電纜中的光纖所處的溫度場分布，不僅可以智能地檢測和顯示電纜的實際運行溫度，自動儲存歷史運行數(shù)據(jù)，隨時查閱電纜的運行溫度，還可以實現(xiàn)自動超溫報警和在線反饋控制，以確保電纜有合適的載流量，達到既能使電纜最大限度的輸送電能又能確保電纜安全運行的目的，避免了傳統(tǒng)人工維護中的覆蓋面小、成本高、可靠性差、缺乏實時性等缺點。
電纜分布式光纖測溫技術主要是利用了光纖的光時域反射(OTDR)和光纖背向拉曼散 射的溫度效應(溫度越高，背向反射光強度越大)，探測出沿光纖不同位置的溫度變化，實現(xiàn)真正分布式的測量。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、電纜外護套狀態(tài)分析等功能于一體，并加入了專家分析系統(tǒng)。
2014年，全國電線電纜標準化委員會根據(jù)國家能源局下達的標準制修訂任務，在中國電力科學研究院的組織下，由國網(wǎng)電力科學研究院、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)標準《光電復合中壓電纜》(送審階段)，標準規(guī)定了該類電纜的系列代號為：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構形式的光傳輸單元。推薦的典型光纖有：多模光纖、非色散位移單模光纖、波長段擴展的非色散位移單模光纖和非零色散位移單模光纖。
標準在普通電力電纜GB/T12706的基礎上，加入了對光纖的基本試驗方法，考慮到電纜敷設時彎曲可能對光單元造成的影響，增加了電纜彎曲后對光單元的附加衰減試驗。
普通光電復合電纜
光電復合電纜實際上是在光纜的基礎上發(fā)展起來的一種電纜，因此，也可以稱之為光電復合光纜，是目前市場上供應最多的一種電纜。為了滿足遠端供電的要求，光電復合電纜在光纜結構中增加了銅芯絕緣導體，集光纖和輸電電纜為一體，同時解決了設備用電和信號傳輸問題，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要求。
該電纜的成功運用避免了遠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，遠端需要供電的地方比較分散，無法建立機房，如采用蓄電池供電則難以解決電池的維護、壽命、污染問題，再比如在遠端直接取電的話，斷電后就無法保證語音通話，無法撥打緊急求助電話。光電復合電纜解決了以上問題。
目前，在光纜中復合的導體不超過6mm2、2.5mm2以上的導體一般采用柔軟的結構，比如GYTS12B1+2×1.5則由12芯B1光纖加上2芯1.5mm2銅芯絕緣導體共同組成的一根電纜。
光電復合電纜在其他行業(yè)的運用要求
海底光電復合電纜：在海底電力電纜中加入具有光通信功能及加強結構的光纖單元，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、路岸登陸等費用，已經(jīng)廣泛應用于海上石油和石化項目，近年來蓬勃發(fā)展的海上風電場大多采用了海底光電復合電纜，實現(xiàn)了電力傳輸和遠程控制的功能。
中利科技常州船用電纜有限責任公司是中利集團下的一個全資子公司，具有50多年為船舶和海上石油平臺配套電纜的歷史，不僅具有整船電纜的配套能力，而且在海上石油平臺電纜的生產(chǎn)、研發(fā)方面也處于國內(nèi)領先水平，公司引進德國35kV三層共擠連續(xù)硫化生產(chǎn)線使得電纜的電壓等級完全可以滿足海上石油平臺電纜的電力傳輸需求，按挪威NEK606標準生產(chǎn)的耐泥漿電纜已經(jīng)取得挪威DNV和美國ABS的型式認可，同時認可的還包括變頻電纜(VFD)等。海上石油平臺全部具有低煙無鹵阻燃、耐油、耐氣候、耐低溫等特性，已完全可以替代進口。
對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。同時，中利科技為占領戰(zhàn)略至高點，2014年又引進了光纖預制棒的生產(chǎn)線，積極為海工電纜的智能化作出應有的貢獻。
光電復合煤礦用電纜：通過在煤礦用采煤機電纜、移動橡套電纜中加入光通信單元，來實現(xiàn)運行安全監(jiān)測、遠程自動控制、防災等功能。
智能樓宇用光電復合電纜：自光纖到戶后，未來的建筑用線將采用光電復合電纜，在建筑裝修上將減少敷設工作量，傳輸質(zhì)量也將大大提高。取代既要敷設照明、電器等需要電力傳輸?shù)碾娎|，還需要敷設網(wǎng)線、有線電視線、高清數(shù)據(jù)線(HDMI)的模式，實現(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)光電復合港機用卷筒電纜、光電復合勘探電纜等能力，相信光電復合式智能電纜也會運用到各行各業(yè)。
在海洋工程上采用智能電纜在國內(nèi)運用的還不多，幾個月前，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140kg壓力氣體到電纜末端設備)的同時，集電力供應、信號數(shù)據(jù)采集為一體，電纜在水下工作，并能承受1噸的拖力設備。電纜中包含中心壓力管道、電力傳輸纜芯、對稱式儀表電纜、不銹鋼管鎧裝光通信單元。目前，該類電纜全部是依賴進口。
縱觀國外智能電纜應用，國外在水下探測、水下機器人等方面開始運用的時間要比國內(nèi)早很多，因此，在國內(nèi)進行該方面電纜的智能化工作將會有非常廣闊的前景和較高的經(jīng)濟價值。
