電力系統(tǒng)通信
[拼音]:dianli xitong tongxin
[外文]:power system communication
為滿足電力系統(tǒng)建設、調度指揮、傳送實時運行狀況和生產管理信息等要求而實施信息交換。由于電力系統(tǒng)必須保證安全、經濟運行,而運行狀況又取決于發(fā)電、輸電、變電、配電及用戶等各環(huán)節(jié)的多種因素的隨機變化,因此必須有高度可靠的專用通信網絡及時溝通上下各方面的實時信息,才能保證調度人員準確地指揮電力系統(tǒng)正常運行和迅速處理緊急事故的操作。單靠租用郵電公用通信網的電路,對一些國家或地區(qū)不僅在通信終端的網點布局方面難以滿足需要,而且在通道的可靠性方面更難以保證。因此凡具有一定規(guī)模的電力系統(tǒng),為了保證安全運行,常建設專用的通信系統(tǒng)。
簡史
早期,規(guī)模不大的電力系統(tǒng)為調度指揮和事故處理,常采用電力線載波通信、架空明線或電纜通信等方式,形成自備的指揮電話系統(tǒng)。隨著工業(yè)不斷發(fā)展,發(fā)電廠、變電所及用戶逐年增加,小的、分散的電力系統(tǒng)迅速聯(lián)網成為較大的電力系統(tǒng)以保證供電的安全可靠。這時,單靠電話指揮,已滿足不了電力系統(tǒng)安全運行的要求,到20世紀50~60年代,電力系統(tǒng)多采用遠動(見電力系統(tǒng)遠動)設施,使調度員能更加及時地了解電力系統(tǒng)運行情況,實施正確指揮。遠動信息的傳送增加了對通信信道容量、質量和可靠性要求。于是開始采用微波、特高頻、同軸電纜多路載波等多種通信方式,配合原有的電力線載波及架空明線組成電力系統(tǒng)專用通信網。60年代中期以來,如數(shù)字化通信、微波通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、程控交換機等均在電力系統(tǒng)通信網的建設中不斷采用,日益發(fā)揮重要作用,成為電力系統(tǒng)安全運行和現(xiàn)代化管理必不可少的組成部分。
業(yè)務內容
現(xiàn)代化大電力系統(tǒng)對于通信系統(tǒng)的業(yè)務服務要求是多方面的。就大的方面來說可以分為以下五大類。
(1)電網運行操作指揮與控制:主要服務于電力系統(tǒng)調度自動化。這類業(yè)務要求通信通道有極高的可靠性和可用性,即一年365天每天24小時的不間斷服務。
(2)檢修通信:電力系統(tǒng)設備定期檢修或事故搶修時的通信。其特點是通信點不固定(如輸電線檢修)、通信時間隨機發(fā)生(如事故搶修)。因此移動通信與地線載波通信是最合乎需要的通信方式。
(3)管理通信:為電力企業(yè)行政、經濟計劃、生產技術、物質供應、電費管理、財務、情報等現(xiàn)代化管理的一切業(yè)務服務的通信。除傳統(tǒng)的行政電話交換網外,計算機網絡已日益成為電力通信網的重要組成部分。其業(yè)務特點類似于公用網,即每周每日在工作時間內,有高峰業(yè)務量和低谷業(yè)務量的差別。
(4)基本建設通信:電力系統(tǒng)基本建設工地內部以及他們與上級指揮部門之間的通信。其業(yè)務特點是多種綜合業(yè)務并重和流動性強。
(5)繼電保護通道:為發(fā)電廠和電力網絡配備的高頻保護(見載波保護)和遠方跳閘、遠方切機所提供的信號通道。這些通道應具有極高的可靠性和穩(wěn)定性,以保證電力系統(tǒng)安全運行。
上述各種服務業(yè)務中所需要的通道,大多數(shù)由電力系統(tǒng)專用通信網提供;在某些地區(qū),當專用網不可能提供通道時,則必須租用公用網的通道以滿足要求。
通信方式
除傳統(tǒng)的電力線載波通信外,微波通信、光纖通信是電力系統(tǒng)通信的重要通信方式。
微波通信
頻率范圍自300兆赫至 30吉赫的無線通信。微波遇障礙物衍射傳播時其空間衰耗急驟增加,因此適用于點對點通信,通常的傳播站距小于50公里。更長的距離需要設中繼站。中國規(guī)定,電力系統(tǒng)微波通信可以使用的頻段是450兆赫,1.5吉赫,2吉赫,8吉赫,12吉赫。
微波通信有如下優(yōu)點:
(1)高度可靠性。微波通信系統(tǒng)可采用迂回路徑(環(huán)路系統(tǒng)結構)和空間或頻率分集,以及系統(tǒng)設備熱備用等技術措施,提供極高的系統(tǒng)可靠性。
(2)大容量。由于可利用的頻帶寬度較大,允許建立大容量的話音通道。
(3)相對較強的抗干擾能力。微波系統(tǒng)極少受電力系統(tǒng)事故擾動或人為操作干擾。
(4)受大氣條件的影響小。7吉赫及以下的頻段,基本上不受雨雪天氣的影響。大于50公里的站段,由于多徑反射、大氣波導和天線去耦合等因素的影響,存在電波衰減現(xiàn)象??梢圆扇》旨邮栈蛟黾又欣^站的措施解決。由于以上優(yōu)點,微波通信已成為電力系統(tǒng)的干線通信方式。
按微波設備制式可分為模擬微波通信和數(shù)字微波通信兩大類。模擬微波通信指多路話音信號以其原有模擬信號形式,用一系列的載波信號調制后,按頻分復接方法組成多路群信號,然后調制到微波頻段發(fā)送,接收端按相反過程還原。數(shù)字微波通信指多路話音模擬信號經定時采樣、編碼(即模數(shù)變換),然后以時分復接方法組成多路數(shù)字信號碼串,再經微波信號調制發(fā)送,接收端按上述反過程還原。模擬微波通信的優(yōu)點是每路占用的帶寬較小,主要缺點是每經過一個調制段噪聲電平逐段累加。數(shù)字微波通信的主要優(yōu)點是噪聲不積累,故信噪比不隨線路距離降低,主要缺點是每路占用的帶寬太大。
中國電力系統(tǒng)專用網中兩種微波體制均有采用。但在技術政策上優(yōu)先采用數(shù)字微波,以便更可靠地提供電話、數(shù)據(jù)、遠方控制以及遠方保護,為調度自動化的需要,打好通道的基礎。
光纖通信
將電信號調制于光波上,以光纜作為調制光的傳導介質所實現(xiàn)的通信。其原理是用模擬或數(shù)字化的電信號調制發(fā)光二極管或激光二極管,從而產生一定波長的被調制光信號并耦合到光纜的一端,在另一端利用光敏檢測器將被調制的光還原成原來的電信號。
最早,光纖通信采用的光波波長為800~900納米,稱為第一窗口。以后發(fā)現(xiàn)在波長為1200~1300納米和1500~1600納米兩段中,光的傳輸衰耗低,色散小,因此被普遍采用,分別稱為第二窗口和第三窗口。
光纖因材料和加工工藝不同,分多模和單模兩種。多模光纖易于加工,成本低,所用的光電轉換器件均較便宜;缺點是帶寬有限,每公里衰耗較大,一般中繼段為30~35公里。單模光纖可以在很寬的帶寬下具有很小的衰耗。通??稍?00兆赫帶寬下提供50 公里以上的中繼段。這個指標還在不斷的提高。
光纖的直徑只有125微米左右,一般由4~8根光纖組成光纜。每對光纖提供一條雙向光通道,多余的光纖可作為備用芯。為了增加通信容量也可采用波長分復用方法,在一對光纖上同時用兩種波長窗口開通兩套多路通信系統(tǒng)。
電力系統(tǒng)采用光纖通信,除公用電信網架設光纜的一般方法外,利用輸電線路的固有架構和路由,可采用下列三種方法架設。
(1)將光纜直接復合加工在架空地線內,外層以鋁包鋼或鋁合金混絞線作為光纜的護套,又作為避雷線。這種特制的導線稱為復合光纜地線。英文縮寫為OPGW,其結構斷面如圖所示。
(2)將光纜與架空地線平行放置,用鍍鋅鋼絲或特制夾具將它們固定在一起。
(3)將光纜以一定節(jié)距纏繞在輸電線架空地線上。
復合于輸電線的光纖通信具有以下4個特點。
(1)高可靠性:由于輸電線強度很高,而光纖本身又具有極好的絕緣性和抗電磁干擾性,因此這種通信方式有極高的可靠性和穩(wěn)定性,是其他通信方式無法比擬的。
(2)高通信容量:可以開設大容量、長距離數(shù)字化通信干線,中繼段比同軸電纜長,中繼器耗電少,且不受頻率資源的限制。
(3)高度通信安全性:由于光纖不存在受雷電波感應或電網事故時變電所地電位升高造成的過電壓傳播,因此對終端設備和人身可保證絕對安全。
(4)投資省,建設速度快:設計與建設復合光纖通信系統(tǒng),是隨輸電線路本體一起完成的,投運速度快,并可降低綜合投資。
以上特點是電力系統(tǒng)采用復合光纖通信所特有的。其經濟效益十分明顯。自從80年代以來愈來愈被各國電力系統(tǒng)重視和采用。展望未來,它將成為電力系統(tǒng)很有發(fā)展前途的一種通信方式。
參考文章
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