周敬 刘杨 高守义 陆伟 施志晖
（南京南瑞继保电气有限公司 江苏南京 211100）
摘要：智能变电站当前广泛采用光纤配线架（ODF）作为光纤回路接口设备，但光纤配线架在电力工程的实际应用中并不完全适应。文中介绍了一种称为“光端子”的光纤端子结构，可配置各类标准光纤法兰，安装于屏柜导轨形成类似传统电气端子排的光端子排。光端子具有界面清晰、规范标准的优点，在此基础上，本文提出了智能变电站二次设备屏柜及二次回路设计方案，以及调试、运行、维护相关工作的实施要点。
关键词：光纤配线架 光端子 智能变电站 屏柜设计 二次回路设计
1.引言
随着智能变电站的推广普及，变电站二次电缆回路已基本被光纤回路所替代，光纤配线架（ODF）替代电气端子排成为二次回路中各类屏柜的内外接口。但光纤配线架的设计主要针对通信行业的应用需求，并不完全适应电力工程的实际应用。在变电站的使用中，ODF视为设备供应商提供的一件产品，与常规变电站的屏柜电气端子相比，光纤配线架难以提供规范、标准的功能定义和标识，无法参照传统二次图纸基于端子排的设计方法，定义屏内外精确到光缆纤芯的连接关系，光纤回路因此缺乏清晰、完整的设计体现；光纤配线架的结构和特点也无法适应变电站工程实施的既有习惯，现场施工调试工作难以形成传统电气端子所具备的清晰的工作界面，导致现场分工混乱，运维检修需要频繁改动设备内部联线，给智能变电站的工程实施带来较多的困难和不便。
鉴于此，我们希望还原光纤配线架在智能变电站应用中的本质：回路在屏柜内外连接的界面，通过引入“光端子”的概念，促进智能变电站二次设备工程实施规范化，使传统变电站设计、施工、调试、检修等方面的标准模式和经验，在智能变电站的工程领域中得以延续和实施。
2.“光端子”设计思路
根据智能变电站工程应用中的功能要求，“光端子”设计思路如下：
光端子实际是一个通用的光纤法兰固定件，内部具有固定法兰的限位槽，可灵活方便的固定ST-ST，LC-LC，SC-SC和FC-FC等标准光纤法兰。
光端子分为端子座和卡座两部分，可分开、组合灵活使用。结构采用对称设计，可安装于屏柜的左右两侧。卡座具有通用安装脚，可方便固定于G型导轨NS32，U型导轨NS35以及50毫米平交网格，以确保光端子方便灵活地固定在屏柜端子固定件上。
3.工程实施方案建议
应用光端子后，智能变电站二次保护控制屏可按常规变电站以端子排为内外接口的思路完成厂内、现场设计及实施工作。但与常规变电站通常按功能（采样、开入、出口等）构建设备联系、形成电气回路不同，智能变电站中通过虚拟的逻辑端子来体现设备间的逻辑关系（即当前工程实施中的“虚端子”），而光端子是将逻辑联系转变为设备间实际光纤连接的接口，因此智能变电站基于光端子的工程实施有其自身不同的考虑，需要进一步研究、分析。
3.1设备厂内实施阶段
根据《Q／GDW_441-2010智能变电站继电保护技术规范》”要求：“电子式互感器、合并单元、保护装置、智能终端、过程层网络交换机等设备之间应采用光纤连接；正常运行时，应有实时监测设备状态及光纤连接状态的措施”[1]，当前光端子主要应用于智能变电站过程层设备及网络。
在现场工程实施前，光端子需要在厂内提前设计并布置好，中间包括厂内设计与厂内施工两个环节。
3.1.1设备厂内设计
以典型220kV智能变电站220kV线路为例。
根据《Q／GDW_441-2010智能变电站继电保护技术规范》要求：“220kV及以上电压等级的继电保护及与之相关的设备、网络等应按照双重化原则进行配置”[1]，确定站内屏柜布置方案设计如下。
以典型220kV线路保护屏为例，该屏柜包括以下相关设备：
厂内设计将原来布置于ODF光纤配线架的光纤连接全部改为光端子形式布置于屏柜左右，如下图：
屏柜布置中，右侧全部布置常规电气端子（少量装置电源、装置状态节点端子等），左侧布置光端子。
根据《Q／GDW_441-2010智能变电站继电保护技术规范》要求：“保护应直接采样、继电保护设备与本间隔智能终端之间通信应采用 GOOSE 点对点通信方式、继电保护之间的联闭锁信息、失灵启动等信息宜采用 GOOSE 网络传输方式”[1]，光端子设计包括该间隔自身及相关保护控制设备之间的联系，包括：合并单元智能终端至屏内设备、合并单元智能终端转接到母差屏对时屏、屏内保护测控组网至过程层交换机等，主要连接用途如下表所示：
据此，以智能变电站220kV线路单套保护控制设备为例，光端子排设计布置如下图所示：
为方便区分，根据IEC 61850协议，光端子排以光纤传输报文类型分为SV（采样）、GOOSE（开关量）、SYN（对时）三类端子，在每一组端子上方安装分组标签区分。同时按照220kV设备双重化配置原则，双套设备及网络相互独立[2]，光端子使用-A、-B区分第一套和第二套设备及网络，即SV-A、GOOSE-A、SYN等。
3.1.2设备厂内组装
厂内施工环节，首先确定光端子接口类型，根据智能变电站设计规范要求[3]，统一采用ST型接口，故光端子限位槽中统一安装ST-ST型法兰。
根据屏内设计图纸，在屏柜左侧按顺序排列光端子，并布置好分组标签，在每组标签下面从1开始按顺序排列序号，形成规范的光端子排。
为方便光缆固定、熔接，在屏柜底部根据安装数量横排或竖排安装光纤终端盒，如下图：
注：常用光纤终端盒标准尺寸（190*130*47mm），在标准屏柜（2260*800*600）最多可安装7个。
采用光端子模式后，根据设计屏图，在出厂前即可完成装置光口至光端子的跳纤连接和标识，避免了采用光纤配线架时，因现场熔接工作需拆卸配线架而无法在厂内完成屏柜内部跳纤连接的弊端，有效减少了现场工作量，促进了屏柜的标准规范。
装置侧目前主流厂家接口以LC、ST接口为主，屏内跳纤采用LC-ST或ST-ST类型，长度2米。屏内跳纤完成后，装置的所有过程层接口即全部转移至光端子排上，并统一采用ST型接口，满足了国网智能化标准中对过程层光纤接口标准的要求（宜采用标准ST接口），同时方便了现场的光纤熔接和尾缆选型的统一。[3]
屏内光纤连接好后，类似于常规变电站电气端子，屏内跳纤两端也按统一标准做好标识，装置侧标识标注所接端子位置（如：SV-A-1、GOOSE-B-2、SYN-3等），而端子侧标识标注装置背板接口位置，如下所示：
注：1n-B06（1RX）：其中1n代表屏内设备编号，编号原则参照六统一设计标准规范[4]，B06代表装置背板从左到右第6号插件，1RX代表插件上第1个光口的接收口。
类似常规变电站设备出场仿真试验，采用光端子的智能变电站二次设备屏柜在出厂实验环节中，屏柜GOOSE、SV等回路均通过光端子进行测试，从而验证屏内光纤回路连接无误。
3.2设计院设计阶段
屏柜图纸在厂内设计好后，即可将屏柜光端子排图提供给设计院完成光纤回路设计。仍以220kV线路保护屏为例，与常规变电站设计类似，设计人员完成光缆或尾缆走向设计，并在具体端子上标注所接光缆芯号，与对侧端子收发对应，从而完整、清晰的体现光纤回路连接关系，如下图所示：
注：220kV线路保护屏配套智能终端及合并单元户外柜因二次电缆接线较多，空间有限，可考虑采用单端预制光缆，将预制尾纤直接接入合并单元和智能终端装置背板光口，无需配置光端子或光纤配线架等接口元件。
220kV线路保护柜户内对端设备采用室内尾缆连接，以母差保护屏为例，光纤回路设计如下：
与常规变电站设计图纸类似，母差保护的尾缆编号和芯号与线路保护屏对应标注，形成端子至端子的光纤走向，从而完整、清晰的体现光纤回路连接关系。
3.3现场实施阶段
现场实施过程中，主要工作分两部分：
3.3.1户外光缆的敷设
户外柜的单端预制光缆敷设到保护小室屏柜后，通过光纤终端盒将光缆固定并熔接ST接口尾纤，施工人员通过打光笔完成对芯工作后，根据设计院端子排图接入端子对应位置。
3.3.2户内尾缆的敷设
室内尾缆相较户外光缆，少了熔接部分，只需要两边确定对应芯号接入对应端子即可。
3.3.3光端子外部连接标识
屏内跳纤标识已由出厂前完成，光端子外部连接标识示例如下：
注：标签中户外具体到装置的某一个光口，室内则具体到对侧屏柜的端子排号。如：FR：XX合并单元1n-B01（1TX），表示来自与户外合并单元1n装置的第一块板卡的第一个发送光口；FR：XX母线保护SV-A-1，表示母线保护屏SV-A端子排端子1。
现场试验环节，类似于常规变电站二次设备调试方法，测试仪可直接连接光端子进行设备测试，无需考虑装置不同的光口类型和功能配置，也避免了装置光口尾纤的频繁拔插，减少现场工作量，提高试验效率。
运行维护环节，各类操作均可在光端子上实施，避免了屏柜内部连接的频繁改动、恢复，符合变电站运维工作的习惯，提高了运维工作的安全性和规范性。同时，光端子提供了类似于常规试验端子的开断功能，可以方便的进行备用芯更换，检修时可以直接在光端子上断开光纤回路，并形成明显的断点，常规变电站的设备定检方法和模式可在智能变电站中得以应用。
4.光端子与光纤配线架方案比较
基于光端子应用的智能变电站工程实施方案已在实际工程中得以运用（山东德州220kV杨治变），并取得了良好的应用效果，与基于光纤配线架的实施方案相比，光端子方案具备一系列优势，如表所示：
5.结论
针对当前智能变电站光纤组网实施过程中存在的困难和问题，本文提出了一种基于光端子应用的智能变电站光纤组网设计、实施方案。该方案可以沿用传统变电站基于电气端子的习惯和模式，进行工程设计、厂内及现场实施，容易为施工、调试、运行单位所理解和接受，有利于规范、可靠的开展工程实施和运行维护，提高调试工作效率和运维工作的方便性、可靠性。
参考文献：
[1]国家电网公司，Q／GDW_441-2010 智能变电站继电保护技术规范，2010.Technical Specifications of Protection for Smart Substation.2010
[2]国家电网公司，Q／GDW_393-2009 110（66）kV～220kV智能变电站设计规范，2009.Specifications of design for 110（66）kV～220kV Smart Substation.2009
[3]国家电网公司，智能变电站自动化系统网络设计技术规范，2010.Technical Specifications for Networks of Automation System in Smart Substation.2010
[4]国家电网公司，Q／GDW_161-2007 线路保护及辅助装置标准化设计规范，2007.Standardization design specification for transmission line protection and auxiliary equipments.2007
论文作者:周敬,刘杨,高守义,陆伟,施志晖
论文发表刊物:《电力设备》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/12/3
标签：端子论文; 变电站论文; 光纤论文; 智能论文; 配线架论文; 设备论文; 回路论文; 《电力设备》2015年4期供稿论文;