特種光纖在智能電網中的典型應用一：換流閥用觸發(fā)光纖

    ICCSZ訊  我國多項電力電網核心技術多年來一直被國外企業(yè)所掌握和壟斷，但在特高壓直流輸電、柔直直流輸電、新能源并網、電網保護、電力調度自動化、電力系統(tǒng)安全和監(jiān)測等方面，國內多家上下游企業(yè)都取得了空前的突破，逐漸實現(xiàn)自主創(chuàng)新和設備原材料國產化，并在一些領域已經走在行業(yè)前沿。

    電力電網設備和技術的國產化與自主創(chuàng)新的突破，核心取決于核心原材料、工業(yè)控制技術、光纖傳感技術等技術的突破，這些技術的一個重要方向便是特種光纖、特種光纖工控和組網技術以及以特種光纖為基礎的關鍵光纖傳感技術。

    隨著中國各項技術的不斷發(fā)展與進步，國內先后報道了多家單位自主研發(fā)的特高壓直流、柔性直流輸電工程，技術水平和行業(yè)地位處于世界領先水平。但其中，用換流閥及控制組網技術的特種光纖，此前一直被國外廠商所壟斷。

    在全球特種光纖行業(yè)內，我國唯有長飛光纖光纜股份有限公司，多年來通過不斷的研發(fā)與積淀，推出了基于特高壓直流輸電和柔性直流輸電等工程的換流閥用特種光纖解決方案，率先實現(xiàn)了關鍵原材料的國產化，真正讓中國電力電子裝備制造實現(xiàn)了從跟隨到超越的轉變。特別是近幾年來所報道的，我國已建設完成的眾多特高壓直流輸電、柔性直流輸電、“背靠背”等項目，基本上都是依靠長飛公司提供的特種光纖解決方案，為國家電力電網提供了 “零事故、零投訴”的堅強保障。

    換流閥在特高壓直流輸電和柔性直流輸電中起著關鍵作用，交流電或直流電只有通過換流閥換流后才能進行傳輸（如圖1所示）。

圖1 直流輸電系統(tǒng)原理示意圖

圖2換流閥設備（來源：國家電網許繼集團）

    換流閥的核心設備是晶閘管，晶閘管是一種開關元件，能在高電壓、大電流條件下工作，并且其工作過程可以控制。在高電壓的情況下，當幾千個晶閘管同時運行，電磁干擾強度會非常高，晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)中的觸發(fā)脈沖就會因強干擾的影響，出現(xiàn)晶閘管誤觸發(fā)、不觸發(fā)或脈沖品質變差的現(xiàn)象。同時，晶閘管整流器常常處于高壓狀態(tài)下，電壓高達數(shù)千伏。作為一種低壓弱電系統(tǒng)，觸發(fā)控制系統(tǒng)要想使自身能夠正常安全的運行，必須要對其他相關元件采取相應的隔離措施。

    換流閥用特種光纖在特高壓直流輸電和柔性直流輸電中通過傳輸一定功率的激光信號，實現(xiàn)換流閥的觸發(fā)控制。目前，光纖觸發(fā)技術主要應用在光電混合觸發(fā)晶閘管（ETT）閥、光觸發(fā)晶閘管（LTT）閥、柔直閥（IGBT等）中。

    光纖具有抗電磁干擾、高絕緣、光信號穩(wěn)定等特性，能夠解決脈沖傳輸受干擾問題以及低壓電路高壓隔離問題；電力用光纜要求傳輸控制光纜具備良好的抗電磁輻射、抗高壓擊穿、防潮和阻燃性能；觸發(fā)信號、電力標準連接器和適配器等對光纖的幾何性能、光學性能等也提出了各種要求。

長飛公司基于ETT、LTT、柔直閥及風電控制等應用場景的具體需求，推出了不同規(guī)格的閥用特種光纖產品。這些產品也已服務于我國多項電力電網工程，如國家電網錦蘇——蘇南±800KV特高壓直流輸電工程、哈密南——鄭州±800KV特高壓直流輸電工程、國家電網舟山多端柔性直流輸電示范工程、溪洛渡-浙西±800KV特高壓直流輸電工程、云南金沙江中游電站送電廣西直流輸電工程等。

換流閥用觸發(fā)光纖，可根據客戶定制需要，提供不同纖芯和包層直徑、不同涂覆材料、不同耦合功率、適用于不同連接器的特種光纖。

表1 閥用特種光纖

與普通光纖相比，具有以下優(yōu)勢：

（1）大芯徑、大數(shù)值孔徑。可以從光源耦合更大的光功率，傳輸更多的光信號和能量，在高溫、高壓下保持正常工作，滿足了ETT閥、LTT閥、柔直閥中晶閘管觸發(fā)及回檢時的信號及能量傳輸需求。

（2）大芯徑石英光纖傳輸波長范圍寬、機械強度高、彎曲性能好，具備較好的電氣穩(wěn)定性和抗電磁輻射性能，在安裝和終端的使用過程中，處于較強的彎曲情況下或開放式的施工環(huán)境中不會輕易斷裂。低羥基大芯徑塑料包層光纖與常規(guī)玻璃包層相比，具有更高的抗拉強度，能更好地阻擋潮濕的影響，可廣泛應用在電力環(huán)境中。

電力電網環(huán)境，要求傳輸控制光纖經過成纜后具備良好的抗電磁輻射、抗高壓擊穿、抗腐蝕、防潮和阻燃性能。長飛公司具有完備的基于特種環(huán)境、特殊材料的光纜制備技術和平臺，在電力電網環(huán)境下，一方面通過內外護層采用特殊內外護套材料，應用于各類光纖中，質量輕、彎曲半徑好，另一方面通過加入必要的加強元件提高光纜的抗拉伸和抗壓扁能力，同時，可設計緊套光纜、松套光纜、絞合光纜和集束光纜等幾種主要結構類型，根據應用情況，給光纖提供可靠的保護，可直接匹配電網中各類系統(tǒng)組件，充分服務于電網控制等應用環(huán)境。

圖3 觸發(fā)光纜組件實物

    長飛公司多年來一直服務于我國電力電網建設，是目前國內唯一的一家能提供電力換流閥用特種光纖及相應技術方案的廠商。在多年的工程案例中，在行業(yè)內保持“零事故、零投訴”的良好口碑。隨著電網新技術應用的層出不窮，對于電力用特種光纖也將提出更高的要求。

    作為國內特種光纖的行業(yè)專家，長飛公司將不斷推進光纖光纜的技術創(chuàng)新，與下游客戶一起推動電力電網關鍵設備國產化步伐。相信在未來，我們通過特種光纖，可以讓通信更可靠，傳感更精確，控制更智能，生活更美好。