浅析智能光电复合电缆技术及应用

    近日有消息称，某单位成功研发了一种光电复合海底电缆的制备方法，并获得了国家知识产权局颁发的发明专利证书。据悉，这种方法主要适用于海底电缆的制备。由于海底电缆使用环境为大深度、外力环境复杂、生物化学以及物理破坏严重，特别是在大深度的海底，巨大的水压要求电缆具有优良的阻水性能和机械性能。该项发明提供了一种制备大长度电缆接头、使用寿命长、各道制备工序一次性完成的电缆制备方法，制得的电缆还具有阻水、防腐性能好、机械性能优良的特点。
　　
　　但在一切设备追求智能化的当下，仅仅如此还不够，更多的场合需要线缆具备智能化特性。近年来，随着智能化技术的进步，科研成果的成熟应用、设计的不断优化、智能设备的不断完善并大规模的生产应用，智能电缆应运而生，并得到了快速的发展。就目前而言，我们所说的智能电缆更多指的是智能电网、智能综合布线、光电复合电缆、在线实时监测系统等。各行业也正在逐渐规范和制订相应的国家标准。然而，不同的行业和使用环境对智能电缆的要求不同，笔者希望通过本文能够让大家对现有的智能电缆有所了解，尤其是海上作业方面的电缆智能化工作。
　　
　　智能电网对电缆的要求
　　
　　2009年国家电网公司提出智能电网发展规划以来，智能电网的全面建设引发了电力设备的全面变革，那么，电力电缆作为组成电网的重要产品，又会出现哪些改变，如何适应智能电网的需要?
　　
　　中高压电缆线路是电力系统电能输送的关键基础设施，其安全运行对电力系统、国民经济、社会稳定和国家安全具有重大意义，必须保证安全可靠。建设智能电网的目的，就是确保电网的安全可靠，让人们用起来更方便、更放心。那么在智能电网对电缆的要求就将围绕线路的安全、可靠等方面展开研究和设计。
　　
　　电缆与其他单元式的电力电器产品不同，单元式产品便于测量和监控，利于智能控制设计、实施，成本低。电缆属于分布式产品，线路长，沿线环境条件复杂，影响因素多，不利于与传感器结合。然而，随着光纤技术的发展，分布式光纤传感系统在线监控得到了迅速的应用，也使得中高压电缆的智能化成为了可能。
　　
　　智能测温电缆产品是在电缆的结构组成中加入了分布式光纤(内嵌式)，采用分布式光纤温度传感技术实时测量电缆中的光纤所处的温度场分布，不仅可以智能地检测和显示电缆的实际运行温度，自动储存历史运行数据，随时查阅电缆的运行温度，还可以实现自动超温报警和在线反馈控制，以确保电缆有合适的载流量，达到既能使电缆最大限度的输送电能又能确保电缆安全运行的目的，避免了传统人工维护中的覆盖面小、成本高、可靠性差、缺乏实时性等缺点。
　　
　　电缆分布式光纤测温技术主要是利用了光纤的光时域反射(OTDR)和光纤背向拉曼散 射的温度效应(温度越高，背向反射光强度越大)，探测出沿光纤不同位置的温度变化，实现真正分布式的测量。一般使用多模GI50/125或GI62.5/125μm光纤。
　　
　　而智能一体化电缆将集在线测温和温控、在线故障定位、局部放电在线故障定位、载流量在线监测、电缆外护套状态分析等功能于一体，并加入了专家分析系统。
　　
　　2014年，全国电线电缆标准化委员会根据国家能源局下达的标准制修订任务，在中国电力科学研究院的组织下，由国网电力科学研究院、上海电缆研究所、电缆制造企业等单位共同编制了电力行业标准《光电复合中压电缆》(送审阶段)，标准规定了该类电缆的系列代号为：OPMC，其中，光传输单元包含了非金属层绞填充式(GT)、非金属中心管填充式等结构形式的光传输单元。推荐的典型光纤有：多模光纤、非色散位移单模光纤、波长段扩展的非色散位移单模光纤和非零色散位移单模光纤。
　　
　　标准在普通电力电缆GB/T12706的基础上，加入了对光纤的基本试验方法，考虑到电缆敷设时弯曲可能对光单元造成的影响，增加了电缆弯曲后对光单元的附加衰减试验。
　　
　　普通光电复合电缆
　　
　　光电复合电缆实际上是在光缆的基础上发展起来的一种电缆，因此，也可以称之为光电复合光缆，是目前市场上供应最多的一种电缆。为了满足远端供电的要求，光电复合电缆在光缆结构中增加了铜芯绝缘导体，集光纤和输电电缆为一体，同时解决了设备用电和信号传输问题，不仅满足了光纤光缆的特性，还满足了低压输电电缆的相关要求。
　　
　　该电缆的成功运用避免了远端使用蓄电池供电的方式，比如现在光纤到户的传输方式，远端需要供电的地方比较分散，无法建立机房，如采用蓄电池供电则难以解决电池的维护、寿命、污染问题，再比如在远端直接取电的话，断电后就无法保证语音通话，无法拨打紧急求助电话。光电复合电缆解决了以上问题。
　　
　　目前，在光缆中复合的导体不超过6mm2、2.5mm2以上的导体一般采用柔软的结构，比如GYTS12B1+2×1.5则由12芯B1光纤加上2芯1.5mm2铜芯绝缘导体共同组成的一根电缆。
　　
　　光电复合电缆在其他行业的运用要求
　　
　　海底光电复合电缆：在海底电力电缆中加入具有光通信功能及加强结构的光纤单元，使其具有电力传输和光信息传输的双重功能。取代了同一线路敷设的海底电缆，节约了海洋路由资源，降低制造、海上施工、路岸登陆等费用，已经广泛应用于海上石油和石化项目，近年来蓬勃发展的海上风电场大多采用了海底光电复合电缆，实现了电力传输和远程控制的功能。
　　
　　中利科技常州船用电缆有限责任公司是中利集团下的一个全资子公司，具有50多年为船舶和海上石油平台配套电缆的历史，不仅具有整船电缆的配套能力，而且在海上石油平台电缆的生产、研发方面也处于国内领先水平，公司引进德国35kV三层共挤连续硫化生产线使得电缆的电压等级完全可以满足海上石油平台电缆的电力传输需求，按挪威NEK606标准生产的耐泥浆电缆已经取得挪威DNV和美国ABS的型式认可，同时认可的还包括变频电缆(VFD)等。海上石油平台全部具有低烟无卤阻燃、耐油、耐气候、耐低温等特性，已完全可以替代进口。
　　
　　对于海洋工程用智能电缆，不可避免的要在电缆中加入光通信单元，而这正是中利科技的优势。同时，中利科技为占领战略至高点，2014年又引进了光纤预制棒的生产线，积极为海工电缆的智能化作出应有的贡献。
　　
　　光电复合煤矿用电缆：通过在煤矿用采煤机电缆、移动橡套电缆中加入光通信单元，来实现运行安全监测、远程自动控制、防灾等功能。
　　
　　智能楼宇用光电复合电缆：自光纤到户后，未来的建筑用线将采用光电复合电缆，在建筑装修上将减少敷设工作量，传输质量也将大大提高。取代既要敷设照明、电器等需要电力传输的电缆，还需要敷设网线、有线电视线、高清数据线(HDMI)的模式，实现了电力、电视网、互联网的多网融合。
　　
　　此外，公司还拥有生产光电复合港机用卷筒电缆、光电复合勘探电缆等能力，相信光电复合式智能电缆也会运用到各行各业。
　　
　　在海洋工程上采用智能电缆在国内运用的还不多，几个月前，中海油探船提出了物探电缆的研发需求，该电缆带承压气管(供应140kg压力气体到电缆末端设备)的同时，集电力供应、信号数据采集为一体，电缆在水下工作，并能承受1吨的拖力设备。电缆中包含中心压力管道、电力传输缆芯、对称式仪表电缆、不锈钢管铠装光通信单元。目前，该类电缆全部是依赖进口。
　　
　　纵观国外智能电缆应用，国外在水下探测、水下机器人等方面开始运用的时间要比国内早很多，因此，在国内进行该方面电缆的智能化工作将会有非常广阔的前景和较高的经济价值。