中繼臺(tái)系統(tǒng)在超高壓輸電線路運(yùn)行檢修中的應(yīng)用

吳繼偉，朱正，廖必文，方小馬

（安徽送變電工程公司，合肥市，230601）

0 引言

在超高壓輸電線路運(yùn)行和檢修過程中，通常采用的通信方式是使用手持對講機(jī)，但是手持對講機(jī)在平原地區(qū)的通信距離只有2～3 km，在山區(qū)的通信距離更短。實(shí)際工作中，以下幾種通信手段也在特定的范圍內(nèi)應(yīng)用：

（1）普通移動(dòng)電話。該種通信方式受其信號(hào)網(wǎng)點(diǎn)制約，在山區(qū)常會(huì)遇到?jīng)]有信號(hào)的問題，這樣將影響輸電線路運(yùn)維和檢修效率。此外該種通信方式不能實(shí)現(xiàn)1點(diǎn)對多點(diǎn)的信息傳遞。

（2）衛(wèi)星電話。該種通信方式可以解決普通移動(dòng)電話在局部區(qū)域無通信信號(hào)的問題，但其購置費(fèi)用和通信費(fèi)用較高。使用衛(wèi)星電話和普通移動(dòng)電話一樣，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信，不利于調(diào)度命令和現(xiàn)場檢修任務(wù)的下達(dá)。

（3）中繼臺(tái)通信。使用單個(gè)中繼臺(tái)進(jìn)行通信，可以實(shí)現(xiàn)1點(diǎn)對多點(diǎn)通信，利用最新的撥號(hào)對講機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信。一般普通中繼臺(tái)的信號(hào)覆蓋半徑為15 km左右，但超高壓輸電線路的運(yùn)行檢修區(qū)段的長度一般都在幾十、幾百km，此種通信手段不能滿足實(shí)際要求。

通過統(tǒng)籌考慮，安徽送變電工程公司決定在單個(gè)中繼臺(tái)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，沿線路布設(shè)若干個(gè)中繼系統(tǒng)，并加裝1套鏈路系統(tǒng)，將沿線各個(gè)中繼點(diǎn)連接起來，形成1個(gè)中繼通信系統(tǒng)，有效地?cái)U(kuò)大了中繼臺(tái)信號(hào)的覆蓋范圍。通過鏈路系統(tǒng)的鏈接，其使用對講機(jī)通信的距離可以達(dá)到200 km以上，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、1點(diǎn)對多點(diǎn)，以及傳遞范圍內(nèi)任意1點(diǎn)對其他點(diǎn)等方式的信息傳遞功能，有效地解決了山區(qū)通信信號(hào)不暢的問題。

1 山區(qū)通信系統(tǒng)原理和組成

1.1 通信系統(tǒng)原理

所設(shè)計(jì)的山區(qū)通信系統(tǒng)通信原理如圖1所示，①表示鏈路臺(tái)信號(hào)傳輸；②表示中繼臺(tái)信號(hào)傳輸；③表示對講機(jī)處于2個(gè)中繼臺(tái)信號(hào)覆蓋的重疊范圍內(nèi)，對講機(jī)與中繼臺(tái)信號(hào)的傳輸，在安裝鏈路控制系統(tǒng)后，對講機(jī)在此范圍內(nèi)自動(dòng)接收信號(hào)較強(qiáng)的中繼臺(tái)發(fā)出的信號(hào)，以及向該中繼臺(tái)發(fā)射信號(hào)；④表示該系統(tǒng)內(nèi)的連接線和與天線連接的饋線。

圖1 通信原理圖Fig.1 Schematic diagram for communication

1.2 通信系統(tǒng)組成

以±500 kV龍政和±500 kV宜華輸電線路的全線路通信解決方案為例，介紹該套系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用。此系統(tǒng)主要由中繼臺(tái)系統(tǒng)、鏈路系統(tǒng)、電源系統(tǒng)構(gòu)成。中繼臺(tái)和鏈路臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 中繼臺(tái)、鏈路臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig.2 Configuration of relay station and link station

（1）中繼臺(tái)系統(tǒng)。中繼臺(tái)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)本地范圍內(nèi)的無線通信，主要由2臺(tái)摩托羅拉車臺(tái)、雙工器和全向天線組成。

（2）鏈路系統(tǒng)。鏈路系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將各個(gè)中繼臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行連接，主要由總鏈路和分鏈路組成。通過鏈路系統(tǒng)可以將線路上某1點(diǎn)的信息通信傳輸?shù)狡渌鱾€(gè)中繼臺(tái)覆蓋范圍內(nèi)的手持對講機(jī)上。其中總鏈路由2臺(tái)摩托羅拉車臺(tái)、功分器、鏈路控制系統(tǒng)和2根定向天線組成；分鏈路由1臺(tái)摩托羅拉車臺(tái)、鏈路控制系統(tǒng)和1根定向天線組成[1]。

（3）電源系統(tǒng)。電源系統(tǒng)由太陽能板、太陽能控制器和太陽能蓄電池組成，主要為對講系統(tǒng)供電。

2 通信系統(tǒng)方案

在項(xiàng)目實(shí)施之前，在超高壓輸電線路上對通信系統(tǒng)的通信距離進(jìn)行了測試，中繼臺(tái)系統(tǒng)利用安裝在鐵塔上的全向天線向本地發(fā)送信號(hào)，其覆蓋的通信范圍在山區(qū)半徑為15 km左右，在平地半徑為20 km左右；鏈路系統(tǒng)通過定向天線相互發(fā)送信號(hào)，其點(diǎn)對點(diǎn)的有效通信距離為120 km左右。通過測試后，制定了以下系統(tǒng)安裝方案，系統(tǒng)現(xiàn)場布置如圖3所示。

圖3 通信系統(tǒng)現(xiàn)場布置圖Fig.3 Arrangement diagram for communication system

首先，在基地安裝1套通信系統(tǒng)（圖3中的6號(hào)通信系統(tǒng)），包括1套中繼臺(tái)系統(tǒng)和1套總鏈路系統(tǒng)?？傛溌废到y(tǒng)由2個(gè)單鏈路系統(tǒng)組成，主要負(fù)責(zé)輸電線路上各個(gè)通信點(diǎn)信息的接收和發(fā)送。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，合肥基地的通信系統(tǒng)采用220 V交流電源供電。

其次，在輸電線路上一定范圍內(nèi)選擇地勢和桿塔高度都較高的鐵塔安裝通信系統(tǒng)，包括1套中繼臺(tái)系統(tǒng)和1套分鏈路系統(tǒng)，確保其信息覆蓋范圍沒有通信盲點(diǎn)[2]。

最后，利用總鏈路系統(tǒng)將各個(gè)分鏈路系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)整條超高壓輸電線路形成1條帶狀的信號(hào)覆蓋，在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)各個(gè)手持對講機(jī)可以進(jìn)行無障礙通信。

3 項(xiàng)目實(shí)施過程中的問題及解決方案

3.1 頻率干擾

目前，在城市中使用中繼臺(tái)和車載臺(tái)的單位和機(jī)構(gòu)越來越多，在使用過程中容易出現(xiàn)同頻干擾問題，導(dǎo)致在使用對講機(jī)進(jìn)行信息溝通時(shí)出現(xiàn)信號(hào)差或者信號(hào)干擾。主要采取了以下4種解決方案：

（1）向無線電管理部門購買專用的頻點(diǎn)，由無線電管理部門對非法使用該頻點(diǎn)的用戶進(jìn)行管理，這種方法在城市中比較有效。

（2）使用中繼臺(tái)和鏈路臺(tái)自帶的加密功能，避免其他用戶的干擾。此方法只在此通信系統(tǒng)待機(jī)的情況下有效，如果該系統(tǒng)在使用，其他同頻率用戶仍然可以對其產(chǎn)生干擾。對于本系統(tǒng)來講，使用加密功能還是很有必要的，因?yàn)榇送ㄐ畔到y(tǒng)大多安裝在鐵塔上，均采用太陽能供電，加密后可以避免通信系統(tǒng)因連續(xù)工作導(dǎo)致電源供應(yīng)不足的問題。

（3）通信系統(tǒng)應(yīng)盡量避免安裝在主要的水上航道附近。原因是大多數(shù)船舶使用車載臺(tái)進(jìn)行通信，根據(jù)現(xiàn)場測試船舶上使用的車載臺(tái)對此系統(tǒng)的同頻率干擾相當(dāng)嚴(yán)重，而且船舶的流動(dòng)性很高，無線電管理部門對此進(jìn)行管理也相當(dāng)困難。

在此系統(tǒng)安裝過程中，以上3種方案需要有機(jī)地結(jié)合來解決同頻干擾問題。

（4）另一種同頻干擾來自于系統(tǒng)本身，從圖3可以看出，要使無線電信號(hào)對整條輸電線路進(jìn)行全面覆蓋，中繼臺(tái)信號(hào)覆蓋的范圍為1個(gè)圓形，理想狀態(tài)是2個(gè)中繼臺(tái)信號(hào)覆蓋的圓形相切，但是現(xiàn)場實(shí)際情況不能滿足這種要求，因此在布置中繼臺(tái)的過程中往往是相鄰2個(gè)型號(hào)覆蓋的范圍有一部分是重合的。如果用戶使用的手持對講機(jī)在信號(hào)重合的范圍內(nèi)，則會(huì)出現(xiàn)同頻干擾的問題，即手持設(shè)備對于2個(gè)中繼臺(tái)接收和發(fā)送的信息不能判斷。為了解決此問題，在通信系統(tǒng)的鏈路系統(tǒng)中安裝上鏈路控制器，使位于該重合范圍內(nèi)的對講機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)的中繼臺(tái)發(fā)出的信號(hào)。

3.2 信號(hào)干擾

此系統(tǒng)在現(xiàn)場的安裝測試中，曾經(jīng)遇到過信號(hào)干擾的問題，通過現(xiàn)場技術(shù)人員的仔細(xì)研究，最終解決了此問題。主要采取了以下2種解決方案[3]：

（1）各種天線與設(shè)備連接的饋線使用屏蔽性能好的饋線，盡量降低鏈路臺(tái)和中繼臺(tái)之間的相互干擾。

（2）此系統(tǒng)使用的全向天線架設(shè)在定向天線上方，其垂直高差不小于10 m。目前此系統(tǒng)在現(xiàn)場使用的定向天線與全向天線垂直高差均在10 m以上。

3.3 信號(hào)差

在此系統(tǒng)的安裝過程中，特別是在山區(qū)，遇到過信號(hào)差，通信的實(shí)際距離與理論距離相差較大的問題。主要采取了以下5種解決方案：

（1）此系統(tǒng)盡量安裝在至高點(diǎn)，因?yàn)槿蛱炀€安裝的高度越高，其信號(hào)覆蓋的范圍就越廣。

（2）中繼臺(tái)系統(tǒng)安裝的桿塔周圍不能有大山阻隔，否則會(huì)導(dǎo)致定向天線不能向總鏈路系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)，同時(shí)也不能接收總鏈路向該分鏈路發(fā)射的信號(hào)。

（3）采用150 MHz頻段的對講機(jī)、中繼臺(tái)和鏈路臺(tái)，因?yàn)槭褂?50 MHz頻段的對講機(jī)、中繼臺(tái)和鏈路臺(tái)相對來講信號(hào)的繞射性比較強(qiáng)，適應(yīng)于山區(qū)使用。

（4）如果只在某個(gè)固定點(diǎn)或在車輛上使用對講系統(tǒng)，只需配備發(fā)射功率更大的車載臺(tái)代替手持對講機(jī)，以擴(kuò)大本地通信的范圍。

（5）在分鏈路與總鏈路距離比較遠(yuǎn)（120 km左右），使用發(fā)射功率較大的分鏈路，以利于分鏈路所處的范圍內(nèi)通信信號(hào)向總鏈路發(fā)射。

通過以上幾種方案的綜合使用，目前該系統(tǒng)已經(jīng)在超高壓輸電線路上成功使用，并且取得了良好的效果。

4 結(jié)語

目前，該通信系統(tǒng)在超高壓輸電線路的運(yùn)行檢修中的應(yīng)用并不廣泛，但現(xiàn)場使用結(jié)果表明，該系統(tǒng)在山區(qū)使用的效果良好。通過在鐵塔上安裝中繼臺(tái)通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超高壓輸電線路上各個(gè)中繼點(diǎn)信息的互相交流，其通信的帶狀距離在200 km以上；利用該系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)使用手持對講機(jī)在手機(jī)信號(hào)不通暢的山區(qū)進(jìn)行信息溝通，且造價(jià)低（以上述案例為例，1套總通信系統(tǒng)和8套分通信系統(tǒng)的總造價(jià)在25萬元左右）、維護(hù)簡單。該系統(tǒng)的開發(fā)和使用解決了超高壓輸電線路，特別是山區(qū)線路段在運(yùn)行和檢修工作中通信不暢和手持對講機(jī)通信距離近的問題，對提高運(yùn)行和檢修過程中信息溝通能力，提高工作效率和對突發(fā)事故的應(yīng)急處理能力具有十分重要的意義。它的投用將進(jìn)一步提高輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，同時(shí)也為其他行業(yè)內(nèi)的信息通信問題提供了借鑒和參考。

[1]萬連順，門玥聰，付衛(wèi)山.差轉(zhuǎn)臺(tái)中繼鏈路方法的研究[J].物探裝備，2008，18（3）：162-165.

[2]李培榮.森林防火無線通信網(wǎng)絡(luò)跨段中繼臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國無線電，2008（2）：39-41.

[3]肖非，王永森，等.用V/U跨段方式解決尋呼臺(tái)對林區(qū)森林防火通信系統(tǒng)的干擾[J].林業(yè)科技，2001，26（2）：32-34.