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風(fēng)電監(jiān)測與控制光纜組件

文檔作者：賴伯平徐剛馬蓉甘露文檔來源：四川九洲線纜有限責(zé)任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月06日
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第5期
2012年lO月
機(jī)電元件
ELECTRoMECHANICAL CoM【PoNENTS
VoL 32 No．5
0ct．2012
風(fēng)電監(jiān)測與控制光纜組件
賴伯平，徐剛，馬蓉，甘露
(四川九洲線纜有限責(zé)任公司四川綿陽)
摘要：本文主要介紹一種用于塔頂風(fēng)力發(fā)電機(jī)與地面全自動監(jiān)測控制系統(tǒng)連接，對現(xiàn)場的運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測
和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能的專用組件。內(nèi)容包括原理
分析、設(shè)計、光纜及連接器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、光纜與尾纖的連接技術(shù)、抗風(fēng)場低溫扭轉(zhuǎn)、技術(shù)指標(biāo)、三防處理、關(guān)鍵
技術(shù)等。
關(guān)鍵詞：風(fēng)電光纜組件；低溫扭轉(zhuǎn)
Doi：10．3969／j．issn．1000一6133．2012．05．008
中圖分類號：TN784 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000—6133(2012)05—0033一04
1 引言
風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源發(fā)電是當(dāng)
今新能源開發(fā)的主流技術(shù)。作為一種安全可靠而干
凈的新能源，風(fēng)能受到國際上風(fēng)資源豐富國家的關(guān)注
與大規(guī)模開發(fā)。而風(fēng)能發(fā)電作為可再生能源的主力
軍，在能源產(chǎn)業(yè)中起到了引領(lǐng)作用。
我國風(fēng)能資源儲量豐富。據(jù)中國氣象局公布，我
國首次風(fēng)能資源詳查和評價取得的進(jìn)展和階段性成
果表明，我國陸上離地面50米高度達(dá)到3級以上風(fēng)
能資源的潛在開發(fā)量約23．8億千瓦；我國5～25米
水深線以內(nèi)近海區(qū)域、海平面以上50米高度可裝機(jī)
容量約2億千瓦。風(fēng)能發(fā)電也是近幾年來國內(nèi)各地
區(qū)紛紛上馬規(guī)劃建設(shè)的熱點之一，能夠滿足風(fēng)電特殊
環(huán)境要求的耐扭、耐寒、耐鹽霧、耐油、耐紫外線、柔
軟、可移動等特點的風(fēng)力發(fā)電線纜及線纜組件將成為
未來幾年的發(fā)展重點之一。
目前，國內(nèi)用于塔頂風(fēng)力發(fā)電機(jī)與地面全自動監(jiān)
測控制系統(tǒng)連接的組件大部分還采用電纜組件，部分
地方還采用傳統(tǒng)光纜直接對接，這樣的方式不僅抗電
收稿日期：2012—08—16
磁干擾f生差、穩(wěn)定I生差、抗低溫扭轉(zhuǎn)能力差，而且結(jié)構(gòu)
臃腫、使用壽命短。為了適應(yīng)市場需求，我公司成立
項目組對風(fēng)電組件進(jìn)行了研究。項目組針對風(fēng)場的
特殊環(huán)境眭對整個組件的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行探索，研制
出適應(yīng)風(fēng)場的風(fēng)電光纜組件。該風(fēng)電光纜組件具有
防電磁干擾、采集數(shù)據(jù)信號穩(wěn)定可靠、耐扭、結(jié)構(gòu)輕盈
等特點，可以完全代替現(xiàn)有的電纜組件。隨著風(fēng)電的
高速發(fā)展，作為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備配套產(chǎn)品的風(fēng)電光纜組
件已成為有巨大市場潛力的組件新品種，對于光電線
纜行業(yè)來說無疑是一個有巨大增長潛力的市場。
2風(fēng)電線纜組件現(xiàn)狀與發(fā)展要求
，
2．1風(fēng)電線纜組件現(xiàn)狀
目前，在風(fēng)力發(fā)電監(jiān)測控制系統(tǒng)中大多使用的是
電纜組件，基本是使用銅芯+絕緣+屏蔽線+護(hù)套加
工制作而成，電纜組件的整體重量重，不便于安裝及
維修，使用這類電纜組件監(jiān)測控制系統(tǒng)容易受到電磁
信號的干擾，使所采集的信號不穩(wěn)定，而且線路經(jīng)常
出現(xiàn)故障，不能保證整機(jī)安全運行，不能保障對風(fēng)力
發(fā)電機(jī)進(jìn)行有效的保護(hù)。
萬方數(shù)據(jù)
機(jī)電元件2012年
傳統(tǒng)光纜其接續(xù)盒空間占用大，接續(xù)操作局限性
大，而且傳統(tǒng)光纜的重量大，抗低溫扭轉(zhuǎn)能力差，一般
用于主干傳輸。
2．2發(fā)展要求
由于風(fēng)電場工作年限長，工作環(huán)境惡劣，對線纜
結(jié)構(gòu)和材料都有著特殊的要求。耐扭、耐寒、耐鹽霧、
耐油、耐紫外線、柔軟、可移動等特點的組件是風(fēng)電組
件發(fā)展的要求。光纖具有壽命長，無干擾，帶寬幾乎
無限的優(yōu)點，是銅線技術(shù)所無法比擬的，因而風(fēng)力發(fā)
電監(jiān)測控制系統(tǒng)的信號采集選用光纖傳輸是最有效
的方式，能保證所采集的數(shù)據(jù)通信的速率以及通信的
可靠性，使所采集的信號互不干擾，保證通過在線監(jiān)
測系統(tǒng)能夠最大程度地使整機(jī)安全運行，提前檢測到
故障減少過多的損壞，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)有效地保護(hù)，通
過在線檢測的結(jié)果可以對風(fēng)力發(fā)電機(jī)有針對性地修
復(fù)。為了適應(yīng)需求，我公司成立項目組對連接塔頂風(fēng)
力發(fā)電機(jī)與地面控制系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電光纜組件進(jìn)行
了研制。
3風(fēng)電光纜組件的研制
3．1風(fēng)電光纜組件的總體方案
該組件使用的光纜采用芳綸紗縱包多芯和單芯
緊包光纖，然后擠制外護(hù)套，生產(chǎn)出風(fēng)電光纜和室內(nèi)
光纜。風(fēng)電光纜和室內(nèi)光纜在低溫環(huán)境也具有優(yōu)良
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的柔軟性能。其中，風(fēng)電光纜還具有優(yōu)異的耐扭轉(zhuǎn)性
能和較高的機(jī)械物理性能；將室內(nèi)光纜與光纖連接器
進(jìn)行連接、研磨，檢測合格后，就加工出所需要的尾
纖；將風(fēng)電光纜與尾纖進(jìn)行熔接，開纜部位用特制的
專用連接器加固和保護(hù)，并在專用連接器與光纖連接
器表面涂覆三防漆進(jìn)行保護(hù)。其組件結(jié)構(gòu)圖示意圖
如圖1所示。
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圖l 風(fēng)電光纜組件結(jié)構(gòu)示意圖
3．2風(fēng)電光纜組件的技術(shù)特性
風(fēng)力發(fā)電場多在氣候條件較為惡劣的地區(qū)，如我
國的北方地區(qū)，氣候較寒冷，且晝夜溫差較大，風(fēng)電光
纜組件使用環(huán)境溫度在一40℃～+50℃。我公司研
制的風(fēng)力發(fā)電光纜組件不僅具有普通光纜的性能，還
具有彎曲半徑小(普通光纜最小彎曲半徑靜態(tài)10倍
光纜外徑，動態(tài)20倍光纜外徑，風(fēng)電光纜最小彎曲半
徑是靜態(tài)5倍光纜外徑，動態(tài)15倍光纜外徑)、扭轉(zhuǎn)
性好(在一40℃條件下，光纜在2m長度內(nèi)扭轉(zhuǎn)7200
或光纜在200姍長度內(nèi)扭轉(zhuǎn)72。，13lO啪波長下光
纜組件包括連接器的總插入損耗：≤2．0dB)等特性。
3．3風(fēng)電光纜組件的關(guān)鍵工藝
風(fēng)力發(fā)電光纜組件制作工藝流程圖如圖2所示。
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圖2風(fēng)電光纜組件工藝流程圖
3．3．1原材料的選用
普通光纜緊套材料采用PVC，光纜外護(hù)套材料為
中密度聚乙烯，項目組最初采用緊套材料為聚氯乙
烯，光纜外護(hù)套材料為高密度聚乙烯進(jìn)行光纜樣品生
產(chǎn)，樣品生產(chǎn)出來后，對樣品的耐低溫扭轉(zhuǎn)性能和彎
曲性能進(jìn)行了試驗，發(fā)現(xiàn)光纜樣品在一40℃低溫環(huán)境
下扭轉(zhuǎn)、彎曲應(yīng)力大，不能滿足使用中光纜扭轉(zhuǎn)的要
求，同時聚氯乙烯的沖擊脆化溫度為一20℃，拉伸強(qiáng)
萬方數(shù)據(jù)
第5期賴伯平等：風(fēng)電監(jiān)測與控制光纜組件35
度≥15MPa，斷裂拉伸應(yīng)變≥180％，聚乙烯的沖擊脆
化溫度為≤一76℃，拉伸強(qiáng)度≥20MPa，低溫斷裂伸長
率≥175％，不能滿足風(fēng)電場的特殊環(huán)境要求。項目
組經(jīng)過反復(fù)研究，對尼龍等緊套材料和丁腈、耐低溫
聚氯乙烯、聚氨酯彈性體(11Pu)等外護(hù)套材料分別進(jìn)
行了試驗，最后確認(rèn)聚氨酯彈性體(11PU)和耐低溫聚
氯乙烯能滿足一40℃下的較高柔韌性的要求，尼龍緊
套材料能提高緊套光纖的耐壓抗拉強(qiáng)度，彌補(bǔ)了聚氨
酯彈性體(TPu)及耐低溫聚氯乙烯護(hù)套材料相對于
高密度聚乙烯護(hù)套料較柔軟對強(qiáng)度的影響。為此，項
目組將風(fēng)力發(fā)電光纜的緊套光纖緊包層材料調(diào)整為
尼龍緊包護(hù)套，將光纜的護(hù)套材料調(diào)整為聚氨酯彈性
體(11PU)護(hù)套材料，室內(nèi)光纜(尾纖)護(hù)套材料調(diào)整為
耐低溫聚氯乙烯。采用以上材料進(jìn)行試制生產(chǎn)后，試
制樣品光纜保證了風(fēng)力發(fā)電光纜組件具有優(yōu)異的耐
老化性能、耐腐蝕性能、抗扭轉(zhuǎn)性能和彎曲性能，光纜
結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。一。一圖3光纜結(jié)構(gòu)圖
3．3．2專用連接器的設(shè)計
目前，市場沒有可用于該光纜的專用連接器，類
似的連接器不是外形過大，就是內(nèi)部空間狹小，而且
內(nèi)部功能不全，設(shè)計不合理，不能滿足使用要求。項
目組根據(jù)客戶要求，結(jié)合產(chǎn)品使用要求，重新進(jìn)行了
專用連接器的設(shè)計，在專用連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計上要求在
保證光纖的傳輸指標(biāo)的同時，外形尺寸盡量小，以減
少布線所占用空間；在專用連接器材料設(shè)計上要求重
量輕、結(jié)實，通過對鋼、鐵、銅、鋁、尼龍等材料的分別
試驗，最后選擇了性價比合適的鋁材作為專用連接器
的主要制作材料。該材料輕便、結(jié)實，也易于加工；在
專用連接器保護(hù)管外形和內(nèi)部空間的設(shè)計上，我們根
據(jù)組件制作過程中熔接工序和灌封工序的具體要求，
結(jié)合客戶的安裝要求，把工作尺寸控制在40n硼以
內(nèi)，然后經(jīng)過機(jī)械加工，確定專用連接器的外徑為
15mm，內(nèi)徑為11．5mm，工作長度為40mm，整體長度
為60r啪，并在專用連接器保護(hù)管的外殼中部加工出
一條槽，可以使用線卡或者捆扎繩將整個專用連接器
固定在風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)，這樣的專用連接器客戶即便于
現(xiàn)場操作和安裝，也減少了組件的占用空間；在專用
連接器出纖塞子結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，因光纜組件這一端要
出6根尾纖，如果只開一個大孔，這樣的連接器外觀
不美觀且密封性不好，經(jīng)過反復(fù)論證后，決定采用開
6個相同大小并在出纖塞子上按圓形均布的圓孔，這
樣既美觀，密封性又好；樣品試制后，經(jīng)過客戶操作和
測試，樣品能夠滿足客戶使用要求，專用連接器結(jié)構(gòu)
圖如圖4所示。
日諺
冬W i●r《：≥一i_j，’。一，、一【}．I j(0x一川1j}J．i j
圖4專用連接器結(jié)構(gòu)圖
3．3．3風(fēng)電光纜組件的制作過程
光纜與尾纖是采用熔接的方法進(jìn)行連接，連接示
意圖見圖5。具體的操作方式如下：先將專用連接器
保護(hù)管和穿在風(fēng)電光纜上，再將尾纖分別穿在專用連
接器出纖塞子的小孔內(nèi)并拉出一定距離，然后將光纜
和尾纖護(hù)套去除一定長度，留下芳綸紗；把熔接設(shè)備
(古河s178熔接機(jī))電源打開，檢查調(diào)試設(shè)備參數(shù)，把
輔助工具和材料(剝線鉗、切割刀、光纖熱縮保護(hù)管、
無水酒精、脫脂棉等)擺放在方便操作的位置，然后按
照通用熔接步驟(剝纖一清潔纖芯一切割一放入熔接
機(jī)一熔接一熱縮)進(jìn)行光纖熔接；熔接完成后，用芳綸
紗固定卡將風(fēng)電光纜和尾纖的芳綸紗牢固連接在一
起；將風(fēng)電光纜和尾纖去除外護(hù)套的這段光纖及芳綸
紗放入專用連接器保護(hù)管內(nèi)；豎立(尾纖端向上)固定
專用連接器保護(hù)管，使用注射器從上向保護(hù)管內(nèi)注滿
按比例調(diào)配好的灌封膠，蓋上出纖塞子；將整個光纜
組件放人烘箱，移動和烘烤的過程中要一直保持專用
連接器保護(hù)管豎立(尾纖端向上)，防止灌封膠溢出，
設(shè)定烘箱溫度和時間，開始烘烤，灌封膠完全烘干后
從烘箱內(nèi)取出組件；熱縮標(biāo)識套管，在專用連接器外
表面涂覆二層三防漆，晾干后包裝人庫。
萬方數(shù)據(jù)
機(jī)電元件2012年
圖5連接示意圖
3．3．4三防處理
為了達(dá)到產(chǎn)品耐潮濕、耐腐蝕、耐鹽霧，設(shè)計中增
加了產(chǎn)品后期的“三防”處理工序。專用調(diào)配容器中
進(jìn)行三防漆的調(diào)配，其比例為清漆：稀釋劑：固化劑=
4：3：1。調(diào)配三防漆黏度應(yīng)達(dá)到16—20，調(diào)配好后將
三防漆放置20分鐘，使氣泡消失并充分發(fā)生反應(yīng)，配
置后的三防漆有效使用期為4小時(夏季時間可相應(yīng)
縮短l／3)，用小毛筆將調(diào)配好的三防漆均勻的涂覆
在專用連接器外殼表面，共涂覆兩次：第一次漆層涂
覆后放置5～10分鐘，讓溶液短暫揮發(fā)后，再涂覆第
二次，室溫下固化2小時；三防處理可大大提高連接
器的耐環(huán)境性。
4研制結(jié)果
4．1取得專利兩項
我公司開發(fā)的風(fēng)電光纜組件目前已申請三項專
利，均在受理中：
1．風(fēng)電光纜組件專用連接器新型實用專利；
2．風(fēng)電光纜組件專用連接器外觀專利；
3．風(fēng)電光纜組件專用連接器發(fā)明專利。
4．2產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)
風(fēng)電光纜組件的各項技術(shù)指標(biāo)見表1。
表l風(fēng)電光纜組件技術(shù)指標(biāo)
5 應(yīng)用6 結(jié)束語
該產(chǎn)品已經(jīng)成功使用在東方電氣自動控制工程
有限公司在內(nèi)蒙古中廣核灰騰梁風(fēng)電場等地的風(fēng)力
發(fā)電機(jī)上。經(jīng)過在風(fēng)力發(fā)電場的使用證明，該產(chǎn)品
完全滿足風(fēng)力發(fā)電場組件使用要求。
我公司開發(fā)研制出的風(fēng)力發(fā)電光纜組件，通過
工藝試驗及用戶使用信息反饋證明，采用現(xiàn)有設(shè)計
和工藝生產(chǎn)的組件產(chǎn)品完全替代傳統(tǒng)產(chǎn)品，具有耐
扭、耐寒、耐鹽霧、防水、防拉、防振、防電磁干擾、采
集數(shù)據(jù)信號穩(wěn)定可靠、柔軟等特點，其應(yīng)用將會越來
越廣泛。

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