固定中繼站在全網(wǎng)通訊上的應(yīng)用探索

陳世海+曾紅剛+劉繼武

【摘要】固定中繼站是實現(xiàn)特高壓輸電線路電力通訊超遠距離傳輸?shù)募夹g(shù)。本文在介紹影響電力通訊傳輸因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建固定中繼站的模型系統(tǒng)，探索固定中繼站在全網(wǎng)通訊中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】固定中繼站；全網(wǎng)通訊；特高壓輸電線路

引言

我國煤炭和水電資源大部分集中在中西部地區(qū)，而電力能源能耗量最大的區(qū)域卻集中在東部及沿海地區(qū)。為了滿足不同地區(qū)持續(xù)快速增長的用電需求，電網(wǎng)建設(shè)成為我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，其中特高壓輸電線路又是未來國家電網(wǎng)建設(shè)的重點。特高壓輸電線路走廊帶位于通常在人煙稀少地區(qū)，輸送電力的路線距離較長，橫跨不同區(qū)域，因此給電力通訊的建設(shè)帶來的新的難題。受到輸電線路傳輸距離長，技術(shù)特點以及其他等方面的限制，傳統(tǒng)的解決高壓和超高壓線路電力通訊長距離問題的技術(shù)，例如光放大器、信號編碼、拉曼及遙泵等技術(shù)，卻無法應(yīng)用于特高壓輸電線路電力通訊超長距離傳輸。解決特高壓輸電線路全網(wǎng)通訊超長距離傳輸?shù)膯栴}，需要引入中繼站的技術(shù)。本文在電力通信存影響因素進行分析的基礎(chǔ)上引入用固定中繼站，探索超距離輸電線路電力通訊的方案。

1.全網(wǎng)通訊概述及影響因素分析

電力通訊是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是實現(xiàn)電網(wǎng)安全和經(jīng)濟調(diào)度的重要手段。因此電力通訊對于電網(wǎng)企業(yè)實現(xiàn)電網(wǎng)智能調(diào)度及管理的現(xiàn)代化有著重要意義。目前電力通訊主要采用光通訊，光纜和電力輸電線路在一個輸電線桿進行架設(shè)。

影響電力通訊傳輸?shù)囊蛩刂饕泄饫w衰耗、色散，具體分析如下：

（1）光纖衰耗。主要指在傳輸過程中光的損耗。在光纖傳輸中光信號一般為模擬信號，或者是數(shù)字脈沖，無論哪種線號，在光纖中傳輸中，都會減小信號幅度。光纖衰耗是影響光信號長距離輸送的主要因素。產(chǎn)生光纖衰耗的原因主要有散射衰減和吸收衰減。衰減系數(shù)是對光纖衰耗的測定系數(shù)，也是衡量光纖品質(zhì)的重要因素。常用的G652.G655光纖的衰減系數(shù)一般為0.23dB/km和0.25dB/km，隨著技術(shù)水平的提升，光纖衰減技術(shù)以及可以做到0.21dB/km以內(nèi)[1]。

（2）色散。主要指由于光信號中不同波長的成分不同群速度導(dǎo)致的光脈沖擴展的情況。

在電力通訊傳輸過程中，由于存在光纖衰耗和色散現(xiàn)象，因此直接利用光纜進行通訊的傳輸距離都比較短。實現(xiàn)電力通訊長距離傳輸，主要是利用光放大技術(shù)（光纖放大器直接對光信號進行放大的技術(shù)）和色散補償技術(shù)（色散補償光纖、光纖布拉格光柵色散補償方案）。通過以上技術(shù)手段的應(yīng)用，可以使得電力通訊傳輸距離到達300km以上。但是對于輸電線路距離在1000km以上的特高壓電網(wǎng)中卻無法實現(xiàn)電力全網(wǎng)通訊，因此需要引入固定中繼站技術(shù)。

2.固定中繼站概述及構(gòu)成組成

中繼站是在輸電線路附近設(shè)置的，通過接收信號，對信號進行再生及放大處理后，發(fā)送給下一個中繼站，通過這種方式來確保信號的傳輸質(zhì)量的轉(zhuǎn)運站。因此通過中繼站的方式可以電力通訊信號傳到幾千公里之外，最終實現(xiàn)全網(wǎng)通訊。因此中繼站是解決特高壓電網(wǎng)電力通訊超遠距離輸送問題的有效措施。目前中繼站主要分為標準通訊中繼站及固定中繼站。標準通訊中繼站建設(shè)前期需要征用土地，辦理相關(guān)手續(xù)較為繁瑣，同時建設(shè)完成之后需要專人進行值守等問題，因而成本較大。固定中繼站一般安置于輸電線路鐵塔上，因此不需要占用土地，建設(shè)完成之后不需要專人進行值守，應(yīng)用成本較低。固定中繼站具有體積小，按照不同需求進行配置，后期維護較為方便。傳統(tǒng)標準通訊中繼站與固定中繼站在電網(wǎng)通訊中應(yīng)用對比圖如下所示[2]。

海底通訊光纜長達可以達到上萬公里，因此電力通訊傳輸可以借鑒其通訊原理，將中繼站作為電纜線路整體的一部分進行安裝布置。固定中繼站核心是中繼器模塊，根據(jù)不同的傳輸距離可以進行靈活配置。中繼器模塊的核心是光信號放大模塊和色散補償模塊。與傳統(tǒng)的標準通訊中繼站共享變電站電源不同，固定中繼站需要額外進行電源的配置設(shè)計，因此需要電源配置模塊和網(wǎng)管等輔助模塊。固定中繼站模型構(gòu)成如下如所示[1]：

電源模塊：主要提供中繼器設(shè)備供電，基礎(chǔ)供電電源電壓為48V，通過電壓轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為中繼器使用電壓電源等級。電源問題是固定中繼站需要解決的關(guān)鍵問題。特高壓輸電網(wǎng)走廊的偏僻性，因此固定中繼站的布置一般在人跡罕至地區(qū)，因此供電可靠性非常電。因此電源設(shè)計成農(nóng)電與太陽能供電相結(jié)合的供電系統(tǒng)。當太陽日照豐富時，以太陽能供電系統(tǒng)作為中繼器電源的來源，同時對蓄電池組進行充電；日落之后或者天氣不好時，采用農(nóng)電進行電源的供應(yīng)及對蓄電池組進行充電；當農(nóng)電線路發(fā)生故障并且沒有日照的情況下，利用蓄電池對于對中繼器進行供電。電源模塊設(shè)計系統(tǒng)如下圖所示：

光信號放大模塊：光放大模塊的采用級聯(lián)模式對于光纖衰減的光信號進行再生及放大處理，從而使光信號達到超遠距離傳輸目的。除了對光信號進行增益放大，光放大模塊不可不可避免的也會對光信號發(fā)出時的發(fā)射噪聲進行增益放大，由于發(fā)射噪聲在傳輸?shù)倪^程中不會發(fā)生損耗，會隨著光信號的在光纖的傳輸中逐漸積累，因此對于發(fā)生噪聲的增益放大會使光信號的信噪比的數(shù)值逐步變差，影響光信號的傳輸質(zhì)量。因此利用光放大模塊級聯(lián)進行光信傳輸時候，應(yīng)該對于單跨距離進行選擇。目前電網(wǎng)的傳輸速率通常為2.5GB/s，單波10GB的系統(tǒng)可以滿足電力通訊的擴容需求[3]。

網(wǎng)管模塊：網(wǎng)管模塊主要實現(xiàn)對中繼器設(shè)備進行遠程監(jiān)控及檢測，實現(xiàn)固定中繼站遠程管理，節(jié)約成本。中繼器的網(wǎng)管信息的傳遞與檢測主要是通過專用波分系統(tǒng)光纖信道進行的。

3.固定中繼站在電力通訊中應(yīng)用

固定中繼站在對現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進行開拓創(chuàng)新，借鑒海底電纜通訊理論，利用多級級聯(lián)模式解決全網(wǎng)通訊中超長距離傳輸光信號受限的問題，為電力通訊超長距離通訊提供了很好的解決方案。固定中繼站在全網(wǎng)通訊上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下3個方面：

（1）固定中繼站使電力通訊傳輸距離不再受限制。在高壓等輸電線路距離在300km以內(nèi)的電力通訊的長距離傳輸可以利用光放大器等技術(shù)來實現(xiàn)。對于特高壓等輸電線路距離在1000km以上的電力通訊傳輸距離存在限制，無法實現(xiàn)全網(wǎng)通訊。在全網(wǎng)通訊中應(yīng)用固定中繼站，解決了電力傳輸距離與直流輸電線路長度不配套的問題。

（2）有效降低電力通訊光纜影響其他輸電線路的風險。隨著電網(wǎng)布置的密集，建設(shè)在電力傳輸路線附近的傳統(tǒng)標準中繼站，在接線處可能會對

其他直流輸電線和其它低電壓線路產(chǎn)生干繞。固定中繼站布置在電塔里，可以避免對其他輸電線路產(chǎn)生影響，使電力通訊傳輸更加安全可靠。

（3）節(jié)約成本，效率更加高效。傳統(tǒng)標準中繼站需要占用土地，征地拆遷手續(xù)復(fù)雜，耽誤中繼站建設(shè)的工期，同時標準中繼站在日常運行中需要專人進行值守，增加了人力成本的支出。固定中繼站不需要進行征地，不需要專人進行維護，同時減少了通訊設(shè)備的配置，因此使投資成本大大降低。

4.結(jié)語

國家電網(wǎng)公司在2008年發(fā)布的《關(guān)于轉(zhuǎn)變電網(wǎng)發(fā)展方式、加快電網(wǎng)建設(shè)的意見》中指出：“十二五”，“十三五”將會全面建設(shè)特高壓電網(wǎng)，形成以華東、華北、華中三地位核心，輻射各大電網(wǎng)，煤電基地等的堅強骨架，因此特高壓輸電線路正迎來建設(shè)的密集期。固定中繼站具有傳輸距離不受限制、體積小、質(zhì)量輕、消耗資源少，配置及安裝靈活的優(yōu)勢，將固定中繼站應(yīng)用于特高壓輸電線路的全網(wǎng)通訊中，可以解決電力通訊的傳輸中的一系列問題。同時在固定中繼站中引入太陽能蓄電池技術(shù)，響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，為以后探索中繼站清潔能源的利用提供了可貴的經(jīng)驗。

參考文獻

[1]張延童.電力線路塔上光中繼站相關(guān)技術(shù)研究[D].山東大學(xué)，2012.

[2]雷學(xué)義，鄧黎，姜輝，等.超長距電力通信塔內(nèi)光中繼技術(shù)應(yīng)用研究[J].電力信息與通信技術(shù)，2015（12）：6-9.

[3]孫海蓬，劉衛(wèi)華，王子龍.特高壓超長距光傳輸?shù)闹欣^站應(yīng)用研究[J].電力系統(tǒng)通信，2011，32（9）：16-21.