電力系統(tǒng)通信技術(shù)及規(guī)劃

1、2022-4-101電力系統(tǒng)通信技術(shù)及規(guī)劃電力系統(tǒng)通信技術(shù)及規(guī)劃2022-4-1022022-4-1032022-4-104電力通信網(wǎng)是電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，依托電網(wǎng)進行建設(shè)，并為電網(wǎng)服務(wù)。隨著二次系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，大二次整合的不斷推進，通信專業(yè)的重要性不斷提升。同時，“通信與信息系統(tǒng)”、“電機”分屬于不同的專業(yè)范疇，項目前期工作人員對通信專業(yè)的了解有限，亟須溝通交互。本報告的目標(biāo)人群：電網(wǎng)規(guī)劃、項目前期工作人員本報告主要內(nèi)容：電力通信技術(shù)的普及性介紹電力通信規(guī)劃的總體介紹在可行性研究階段，通信設(shè)計工程實例2022-4-1052022-4-106通信網(wǎng)按功能大體可劃分為傳輸網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)和支撐網(wǎng)三部分

2、。傳輸網(wǎng)是“信息”廣域交互的基礎(chǔ)平臺。業(yè)務(wù)網(wǎng)可以更靈活地適應(yīng)小顆粒業(yè)務(wù)的接入、交換等。支撐網(wǎng)用于滿足系統(tǒng)同步運行，并實時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、電路調(diào)度等。2022-4-107電力通信傳輸網(wǎng)主要有光纖通信、微波通信和電力線載波通信三種方式，遠景還將增設(shè)衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通信手段，其中光纖通信占據(jù)絕對優(yōu)勢。微波電路的最主要優(yōu)勢在于抗自然災(zāi)害的能力強，在風(fēng)、雨、雪和冰災(zāi)時，信道質(zhì)量會受影響，但通常電路不會中斷；它的主要缺點是受通道阻擋、站址選擇、信道帶寬、信道誤碼性能等條件限制。微波電路已逐步萎縮，目前省干微波電路仍維持使用，地區(qū)微波電路已基本退役。電力線載波是一種瀕臨淘汰的技術(shù)，信道質(zhì)量差，帶寬非常小，應(yīng)盡

3、量避免使用。目前，電力線載波基本均用于500kV、220kV無光纜線路的線路繼電保護通道。衛(wèi)星通信僅用于應(yīng)急通信，不作為正常通信方式。目前，衛(wèi)星通信的資費已大幅度下降，地面站間的M專線通道約1200元每小時，可按需申請，而衛(wèi)星手機的資費則要低得多，已在牧區(qū)廣泛使用。M帶寬可滿足30個常規(guī)電話同時通信。光纖通信的帶寬、性能具有絕對優(yōu)勢，光纜價格低廉，因此成為絕對主流。光纖的帶寬潛力巨大，實際帶寬取決于設(shè)備制造水平。目前，江蘇電力省干SDH電路帶寬為10G，通過DWDM技術(shù)可實現(xiàn)32路信號同纖運行。傳輸網(wǎng)2022-4-108電力企業(yè)應(yīng)用的光纜主要有OPGW、ADSS和普通光纜三類。OPGW、ADS

4、S屬于特種光纜范疇，可用于高壓、大檔距條件，即35kV及以上線路。普通光纜是相對于特種光纜而言的，泛指電信企業(yè)常用的無金屬光纜，主要用于10kV架空線或管道敷設(shè)。500kV220kV110kV35kV20kV/10kVOPGWADSS普通光纜OPGW：Optical fiber composite overhead ground wire ADSS：All-dielectric self-supporting optical cable2022-4-109左圖為ADSS，下圖為OPGW。ADSS光纜由內(nèi)到外為FRP加強芯、容納光纖的松套管/填充繩、內(nèi)護套、芳綸紗、外護套。OPGW由鋁合金單絲、

5、鋁包鋼單絲、容納光纖的中空不銹鋼管組成。2022-4-1010OPGW為金屬結(jié)構(gòu)，不存在電腐蝕的問題，可以應(yīng)用于各類電壓等級的送電線路。是否采用OPGW，主要取決于投資、工程需要的考慮。從運行情況來看，OPGW到主要問題是雷擊斷股。江蘇已發(fā)生多起雷擊斷股事件。從OPGW到使用規(guī)模、運行的時間跨度來看，雷擊斷股的情況很少，而且多數(shù)情況可通過預(yù)絞絲修復(fù)。因此，OPGW成為近期電力光纜的首選方式。 這里需要特別說明的是，江蘇多平原，落雷密度低，OPGW雷擊損傷是比較罕見的。在重雷區(qū)，廣泛使用OPGW是有爭議的，特別是在110kV線路上架設(shè)OPGW，這時ADSS應(yīng)是一個較好的選擇。OPGW綜述2022

6、-4-1011 常規(guī)地線多采用鋼絞線，鋼的熔點高，耐雷水平較高，而且結(jié)構(gòu)簡單，易修復(fù)。OPGW防雷500kV220kV110kV35kV20kV/10kV常規(guī)地線GJ-80GJ-50GJ-35無地線無地線 OPGW內(nèi)置光纖，材質(zhì)為鋁合金、鋁包鋼，防雷性能遠低于常規(guī)地線。OPGW的防雷性能主要取決于外層單絲的直徑和熔點。因此，通常限定OPGW外層單絲的直徑和材質(zhì)，以確保耐雷能力。同時，為降低OPGW的落雷概率，匹配地線也要求逐塔接地。 110kV OPGW的橫截面較小，外層單絲通常采用小直徑的鋁合金單絲，耐雷水平有限。因此，在重雷區(qū)，舍OPGW而采用ADSS也是有一定道理的。2022-4-101

7、2送電線路為雙地線結(jié)構(gòu)，需架設(shè)OPGW時，通常按一根OPGW、一根地線設(shè)計。 地線匹配是指OPGW與地線的弧垂應(yīng)接近，以保證鐵塔兩側(cè)的防雷保護角基本一致，水平張力也盡量接近，即OPGW與地線的機械特性應(yīng)盡量一致。 線路發(fā)生單相接地故障時，OPGW與地線會流經(jīng)短路電流，產(chǎn)生焦耳熱，危及OPGW安全。首先對該段線路進行短路電流計算，根據(jù)短路電流水平合理設(shè)計OPGW和地線的分流能力。OPGW地線匹配及分流2022-4-1013地線OPGW-50OPGW-100OPGW-110OPGW-130OPGW-150計算截面(mm2)51.32100.02113.83128.21148.8外徑(mm)9.91

8、3.314.3515.216.3單位重量(kg/km)323406466535614RTS(kN)50.2558.567.2580.7594彈性模量(N/mm2)14000093900950009780097100線膨脹系數(shù)(10-6/)13.417.917.717.417.5地線GJ-35GJ-50GJ-70GJ-80GJ-100計算截面(mm2)37.1749.572.278.94100.8外徑(mm)7.891111.513單位重量(kg/km)295.1423.7615628.4798.7RTS(kN)47.258.284.9590.225118.6彈性模量(N/mm2)1814201

9、81420196130181423181420線膨脹系數(shù)(10-6/)11.511.51211.511.5地線LGJ-95/55JL/LB1A-95/55計算截面(mm2)152.81152.81外徑(mm)16.016.0單位重量(kg/km)707.7639.2RTS(kN)78.183.6彈性模量(N/mm2)10500091000線膨脹系數(shù)(10-6/)15.317.12022-4-1014光纖色譜測量溫度（-舊SCSCSCSCSCX橙OOOOOX綠OOOOOX棕OOOOOX灰OOOOSCX白SCSCWYWYWYX紅OOOSCOSC本SCSCSC

10、SCSCX黃SCSCWYWYWYX紫OOSCSCSCX粉紅SCSCSCSCSCX青綠SCSCSCSCSCX藍-新OOSCSCSCG棕-新OOOOOSC黃-新OOSCSCSCX1. 測試樣本為充有油膏的不銹鋼管內(nèi)的光纖；2O表示沒變色；SC表示輕微變色但可識別；WY表示黃色白色無法區(qū)分；G表示變成綠色；X表示變色且無法區(qū)分。2022-4-1015ADSS綜述ADSS為全介質(zhì)結(jié)構(gòu)，安裝于相線以下，應(yīng)用中存在的主要問題是電腐蝕和外力破壞，其中電腐蝕均發(fā)生在220kV線路，110kV及以下線路尚未發(fā)現(xiàn)電腐蝕。在500kV及以上線路，因電場強度過高，以目前的工藝水平不具備架設(shè)ADSS的可能。 江蘇ADS

11、S應(yīng)用較多，在2003年以后陸續(xù)發(fā)生多起220kV ADSS電腐蝕斷纜事故，鎮(zhèn)江、徐州、揚州、宿遷和淮安地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)電腐蝕案例。ADSS電腐蝕的主要成因是電暈放電、干帶飛弧和早期材質(zhì)不過關(guān)，幾乎所有的電腐蝕均發(fā)生在桿塔連接處。電腐蝕現(xiàn)象無法避免，但可以有效抑制。目前，抑制電腐蝕的措施已比較成熟，多數(shù)情況可以比較妥善地解決。2022-4-1016徐州2022-4-1017淮安2022-4-1018鎮(zhèn)江2022-4-1019 500kV/220kV混壓四回路，原則上應(yīng)按雙OPGW建設(shè)。 500kV/220kV新建架空線路，原則上均采用OPGW。 110kV電廠送出線、 220kV變間的110kV聯(lián)

12、絡(luò)線、 220kV變與110kV 樞紐變間的聯(lián)絡(luò)線，原則上應(yīng)架設(shè)光纜。 110kV饋供線僅在電源側(cè)設(shè)單套距離零序保護，是否架設(shè)光纜視通信需求而定。 110kV全線新建線路，推薦采用OPGW。 110kV新老混合架空線路，可采用OPGW+ADSS方式，也可全線架設(shè)ADSS，具體視新線路的絕對長度和比重而定。 管道光纜可采用普通光纜或ADSS，優(yōu)先采用普通光纜，以降低投資。 20kV/10kV架空線，不宜架設(shè)光纜，調(diào)度端出局光纜除外。 光纜纖芯配置： 220kV同塔雙回線，一般按36芯配置； 110kV光纜，一般按24芯或16芯配置； 調(diào)度端出局光纜（調(diào)度端至第一個變電所）原則上不低于36芯；光纜

13、建設(shè)意見2022-4-1020光傳輸設(shè)備光傳輸設(shè)備的體制主要有PDH、ATM、SDH和IP/以太網(wǎng)幾種。PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy)是早期的技術(shù)體制，點對點系統(tǒng)，帶寬?。ㄍǔ?2M），因設(shè)備價格低廉，個別場合仍在使用。例如，小型電廠接入，與電信企業(yè)電話交換機互聯(lián)。ATM(Asynchronous Transfer Mode)是2000年左右比較流行的技術(shù)體制，近年來技術(shù)發(fā)展已停滯，廠家已基本停產(chǎn)，現(xiàn)有ATM網(wǎng)絡(luò)將逐步退網(wǎng)、淘汰。ATM體制由技術(shù)推動，因過于追求完美，系統(tǒng)復(fù)雜度極高，在ATM與IP之爭中落敗，最終被市場淘汰。ATM體制提出，“統(tǒng)計復(fù)

14、用，虛擬連接，定長分組，快速交換”等非常有建設(shè)意義的觀點，這些觀點被IP/以太網(wǎng)體制接受。IP（International Protocol）、以太網(wǎng)(Ethernet)IP體制由市場推動，跟蹤業(yè)務(wù)需求，不斷完善，已成為絕對主流。從目前的形勢來看，業(yè)務(wù)全部IP化，IP分組由以太網(wǎng)封裝成幀，以太網(wǎng)幀直接基于光纖傳輸，這種模式最有可能成為技術(shù)、市場的共同選擇。2022-4-10212022-4-1022SDH采用同步復(fù)接，低速信號線性復(fù)接成高速信號。SDH的基本速率單位為STM-1（155.52M），實際量產(chǎn)設(shè)備支持STM-1/STM-4/STM-16/STM-64,對應(yīng)帶寬（速率）為155.52

15、M/622.08M/24488.32M/9953.28M。 STM-1內(nèi)可容納基群或四次群，即632M（2.048M）或139.264M。2022-4-1023SDH最突出的特點是支持環(huán)網(wǎng)保護。江蘇境內(nèi)的SDH環(huán)網(wǎng)保護型式主要有三種：二纖單向通道保護環(huán)，絕大多數(shù)情況；二纖雙向復(fù)用段保護環(huán)，市縣、各城區(qū)/縣區(qū)待建的主環(huán)四纖雙向復(fù)用段保護環(huán)，國網(wǎng)、華東電路2022-4-1024二纖單向通道保護環(huán)信號單向傳輸，A-B與B-A是不同路徑信號雙向傳輸，選擇接收，本地倒換中心匯聚型網(wǎng)絡(luò)，不支持共享環(huán)網(wǎng)2022-4-1025四纖雙向復(fù)用段保護環(huán)信號雙向傳輸，A-B與B-A路徑一致，時延相同故障相鄰節(jié)點倒換相

16、鄰型業(yè)務(wù)，支持共享環(huán)網(wǎng)2022-4-1026DWDM是一種模擬技術(shù)，它可以將不同波長（頻率）的光束合并成一束復(fù)合光送入光纖，也可以將一束復(fù)合光分成若干波段光束，這樣就可以將多路光信號通過一組光纖傳送，等同于擴展光纜芯數(shù)，且多路信號同時放大。換句話說，同塔N回路已經(jīng)一次建成，后期增加變壓器、配電裝置就可以了。省干DWDM系統(tǒng)為10G32波系統(tǒng)，也就是說系統(tǒng)最終規(guī)模為32個頻段，每個頻段的最高傳輸速率為10G，這樣的帶寬對于電力專網(wǎng)是足夠的。2022-4-1027業(yè)務(wù)網(wǎng)綜述傳輸網(wǎng)負(fù)責(zé)廣域、大容量、長距離的信號傳輸，業(yè)務(wù)網(wǎng)則負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)的交換、匯接等。江蘇的業(yè)務(wù)網(wǎng)主要有：電話交換網(wǎng)、會議電視網(wǎng)、調(diào)度數(shù)據(jù)

17、網(wǎng)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、MIS網(wǎng)等。電話交換網(wǎng)又分為調(diào)度電話交換網(wǎng)和行政電話交換網(wǎng)，江蘇電話網(wǎng)均采用哈里斯交換機，電路交換模式，美國80年代軍方產(chǎn)品。目前，電信企業(yè)中，傳統(tǒng)電話交換機已逐步退出，電話均采用軟交換模式，即IP電話。省內(nèi)，在常州試點軟交換，運行情況良好。利用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè)調(diào)度電話軟交換網(wǎng)絡(luò)，利用綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)或MIS網(wǎng)建設(shè)行政電話軟交換網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)是發(fā)展趨勢。會議電視系統(tǒng)已在各縣級單位布點，使用頻繁。遠景，宜在省內(nèi)建設(shè)IP會議電視系統(tǒng)，可以簡化會議召開模式，提高可靠性，降低建設(shè)、運行成本。2022-4-1028調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)示意圖 2022-4-1029調(diào)度電話交換網(wǎng)組網(wǎng)示意圖 2022-4-10

18、30支撐網(wǎng)主要涉及網(wǎng)管、時鐘同步和監(jiān)控。SDH設(shè)備、電話交換機等通過網(wǎng)管系統(tǒng)管理上級過境電路設(shè)備的本地告警輸出、通信專用電源或DC/DC模塊、通信專用蓄電池、動力、環(huán)境等由監(jiān)控系統(tǒng)管理。目前，各地區(qū)公司的監(jiān)控主站系統(tǒng)已建成投運。通信設(shè)備均需時鐘同步支持，準(zhǔn)確地說是頻率同步。目前，各地區(qū)公司均已配置同步時鐘設(shè)備，均按雙GPS、雙銣鐘配置。支撐網(wǎng)綜述2022-4-10312022-4-1032傳輸網(wǎng)江蘇電力傳輸網(wǎng)由三級網(wǎng)（省干網(wǎng)）、四級網(wǎng)（地區(qū)主干網(wǎng)）和五級網(wǎng)（城區(qū)/縣級網(wǎng)）組成，網(wǎng)間互聯(lián)，網(wǎng)內(nèi)分層分區(qū)。省干網(wǎng)為雙層平面結(jié)構(gòu)，即兩套獨立的傳輸平臺。主平面為以省調(diào)、地調(diào)為節(jié)點的DWDM環(huán)網(wǎng)，采用SD

19、H over DWDM模式，DWDM系統(tǒng)容量為3210G，SDH系統(tǒng)容量為10G；次平面為以省調(diào)、地區(qū)第二匯接點（指定的500kV變）為節(jié)點的SDH環(huán)網(wǎng)，帶寬為2.5G。第二匯接點具有準(zhǔn)備調(diào)的地位，與地調(diào)構(gòu)成地區(qū)與省網(wǎng)的兩點接入。2022-4-10332022-4-10342022-4-1035四級網(wǎng)（市縣）由省公司牽頭，統(tǒng)一建設(shè)，于2004年投運，均采用2.5G的SDH系統(tǒng)。各地區(qū)根據(jù)所轄的縣公司數(shù)量及地理位置，分別采用單環(huán)網(wǎng)、相切雙環(huán)或相交雙環(huán)結(jié)構(gòu)。設(shè)備廠家主要有中興、朗訊、阿爾卡特和華為。五級網(wǎng)（市/縣變電所/供電所）通過縣級電力信息網(wǎng)工程建設(shè)，并通過輸變電工程逐步建設(shè)、擴展。五級網(wǎng)的現(xiàn)

20、狀已難滿足生產(chǎn)需要，在十一五期間將陸續(xù)更新改造，并對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整。調(diào)整后的五級網(wǎng)將呈分層分區(qū)結(jié)構(gòu)。依托220kV電網(wǎng)建設(shè)區(qū)域主環(huán)網(wǎng)，110kV及以下站點就近組成支環(huán)，兩點接入主環(huán)。2022-4-1036地區(qū)主干網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 2022-4-1037城區(qū)網(wǎng)分層分區(qū)示意圖 2022-4-10382022-4-1039案例：2010年220kV項目包戰(zhàn)略項目，220kV淮安南變2022-4-1040 馬壩變是電網(wǎng)、電力通信網(wǎng)的重要站點。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)大致為，220kV六合馬壩、馬壩華能淮陰電廠、馬壩上河，這些線路上均架設(shè)有省網(wǎng)光纜，是省調(diào)至淮安方向的主要通道。從最早的省網(wǎng)ATM，到最新的省網(wǎng)DWDM均

21、利用了上述光纜。同時馬壩變又是寧射微波的站點。寧射微波通道大致為省調(diào)盤城烏石馬壩洪澤淮安漣水阜寧射陽射陽電廠。2003年都梁變投運，新建220kV都梁馬壩單回線，并將楊馬線向西改接進都梁變，形成220kV楊都4673線（華能淮陰電廠都梁變）。馬都4669線上架設(shè)一根16芯OPGW。楊馬線改接進都梁變的西延段未架設(shè)光纜。楊馬線改接點距離馬壩較近，省網(wǎng)ADSS仍維持華能淮陰電廠馬壩不變。都梁變接入盱眙縣級通信網(wǎng)，由馬壩變、110kV盱眙變接入。2004年，淮安市縣環(huán)網(wǎng)建成投運，北環(huán)網(wǎng)大致通道為淮安地調(diào)上河變金湖縣調(diào)馬壩盱眙縣調(diào)洪澤縣調(diào)淮安地調(diào)。其中上河金湖縣調(diào)馬壩段，利用上河馬壩光纜、盱眙縣調(diào)洪澤

22、縣調(diào)淮安地調(diào)段利用馬壩華能淮陰電廠段光纜。2005年，雙龍變投運，上河馬壩線路接進雙龍變，并將雙龍變環(huán)入市縣環(huán)網(wǎng)，雙龍變至金湖縣調(diào)有兩條獨立光纜路由，市縣環(huán)網(wǎng)調(diào)整為上河金湖雙龍馬壩。工程背景2022-4-1041 2005年，西通道工程中將都梁變設(shè)為雙泗三汊灣的通信中繼站，相應(yīng)將馬都4669線046070塔區(qū)間另一根地線更換為48芯OPGW。2008年， 220kV新港變投運，都梁華能淮陰電廠線接進新港變。2010年， 220kV都梁新港線改接進淮安南變，沿都梁新港變線路徑新建同塔雙回線淮安南朱壩新港。工程背景2022-4-1042 通信方案： 淮安南變?yōu)閼?zhàn)略項目，遠景將升壓為500kV變電所

23、，220kV出線宜采用光纖分相電流差動保護，優(yōu)先采用本線光纜，淮安南宜環(huán)入淮安地區(qū)市縣環(huán)網(wǎng)。本工程擬將220kV淮安南變通過盱眙縣調(diào)、洪澤縣調(diào)環(huán)入淮安地區(qū)市縣環(huán)網(wǎng)南環(huán)，由此構(gòu)成淮安南變的主備用通道。 光纜建設(shè)方案： 淮安南都梁南線雙OPGW，48芯16芯，區(qū)段更換地線 淮安南馬壩16芯OPGW 淮安南都梁北線更換地線，36芯OPGW 淮安南朱壩雙OPGW，236芯此外，在淮寶變工程中應(yīng)建設(shè)朱壩淮寶新港雙OPGW，236芯。2022-4-10432022-4-10442022-4-10452022-4-1046電力企業(yè)應(yīng)用的光纜主要有OPGW、ADSS和普通光纜三類。OPGW、ADSS屬于特種光纜范疇，可用于高壓、大檔距條件，即35kV及以上線路。普通光纜是相對于特種光纜而言的，泛指電信企業(yè)常用的無金屬光纜，主要用于10kV架空線或管道敷設(shè)。500kV220kV110kV35kV20kV/10kVOPGWADSS普通光纜OPGW