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5/12/202415/12/20242前言5/12/20243電力通信網(wǎng)是電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，依托電網(wǎng)進(jìn)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(jìn)，通信專業(yè)的重要性不斷提升。同時(shí)，“通信與信息系統(tǒng)”、“電機(jī)”分屬于不同的專業(yè)范疇，項(xiàng)目前期工作人員對(duì)通信專業(yè)的了解有限，亟須溝通交互。

本報(bào)告的目標(biāo)人群：電網(wǎng)規(guī)劃、項(xiàng)目前期工作人員

本報(bào)告主要內(nèi)容：

⑴電力通信技術(shù)的普及性介紹

⑵電力通信規(guī)劃的總體介紹

⑶在可行性研究階段，通信設(shè)計(jì)工程實(shí)例5/12/20244通信技術(shù)5/12/20245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。傳輸網(wǎng)是“信息”廣域交互的基礎(chǔ)平臺(tái)。

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(yùn)行，并實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、電路調(diào)度等。5/12/20246

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(yuǎn)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(duì)優(yōu)勢(shì)。

微波電路的最主要優(yōu)勢(shì)在于抗自然災(zāi)害的能力強(qiáng)，在風(fēng)、雨、雪和冰災(zāi)時(shí)，信道質(zhì)量會(huì)受影響，但通常電路不會(huì)中斷；它的主要缺點(diǎn)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)盡量避免使用。目前，電力線載波基本均用于500kV、220kV無(wú)光纜線路的線路繼電保護(hù)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(fèi)已大幅度下降，地面站間的２M專線通道約1200元每小時(shí)，可按需申請(qǐng)，而衛(wèi)星手機(jī)的資費(fèi)則要低得多，已在牧區(qū)廣泛使用。２M帶寬可滿足30個(gè)常規(guī)電話同時(shí)通信。

光纖通信的帶寬、性能具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，光纜價(jià)格低廉，因此成為絕對(duì)主流。光纖的帶寬潛力巨大，實(shí)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(guò)DWDM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)32路信號(hào)同纖運(yùn)行。傳輸網(wǎng)5/12/20247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(duì)于特種光纜而言的，泛指電信企業(yè)常用的無(wú)金屬光纜，主要用于10kV架空線或管道敷設(shè)。OPGW：Opticalfibercompositeoverheadgroundwire

ADSS：All-dielectricself-supportingopticalcable5/12/20248左圖為ADSS，下圖為OPGW。

ADSS光纜由內(nèi)到外為FRP加強(qiáng)芯、容納光纖的松套管/填充繩、內(nèi)護(hù)套、芳綸紗、外護(hù)套。

OPGW由鋁合金單絲、鋁包鋼單絲、容納光纖的中空不銹鋼管組成。5/12/20249OPGW為金屬結(jié)構(gòu)，不存在電腐蝕的問(wèn)題，可以應(yīng)用于各類電壓等級(jí)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(yùn)行情況來(lái)看，OPGW到主要問(wèn)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(yùn)行的時(shí)間跨度來(lái)看，雷擊斷股的情況很少，而且多數(shù)情況可通過(guò)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(shuō)明的是，江蘇多平原，落雷密度低，OPGW雷擊損傷是比較罕見(jiàn)的。在重雷區(qū)，廣泛使用OPGW是有爭(zhēng)議的，特別是在110kV線路上架設(shè)OPGW，這時(shí)ADSS應(yīng)是一個(gè)較好的選擇。OPGW綜述5/12/202410常規(guī)地線多采用鋼絞線，鋼的熔點(diǎn)高，耐雷水平較高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易修復(fù)。

OPGW防雷OPGW內(nèi)置光纖，材質(zhì)為鋁合金、鋁包鋼，防雷性能遠(yuǎn)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(diǎn)。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(shí)，為降低OPGW的落雷概率，匹配地線也要求逐塔接地。

110kVOPGW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。5/12/202411送電線路為雙地線結(jié)構(gòu)，需架設(shè)OPGW時(shí)，通常按一根OPGW、一根地線設(shè)計(jì)。

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(hù)角基本一致，水平張力也盡量接近，即OPGW與地線的機(jī)械特性應(yīng)盡量一致。

線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，OPGW與地線會(huì)流經(jīng)短路電流，產(chǎn)生焦耳熱，危及OPGW安全。首先對(duì)該段線路進(jìn)行短路電流計(jì)算，根據(jù)短路電流水平合理設(shè)計(jì)OPGW和地線的分流能力。OPGW地線匹配及分流5/12/202412地線OPGW-50OPGW-100OPGW-110OPGW-130OPGW-150計(jì)算截面(mm2)51.32100.02113.83128.21148.8外徑(mm)9.913.314.3515.216.3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(jì)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)181420181420196130181423181420線膨脹系數(shù)(10-6/℃)11.511.51211.511.5地線LGJ-95/55JL/LB1A-95/55計(jì)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/℃)15.317.15/12/202413光纖色譜測(cè)量溫度（℃-舊SCSCSCSCSCX橙OOOOOX綠OOOOOX棕OOOOOX灰OOOOSCX白SCSCWYWYWYX紅OOOSCOSC本SCSCSCSCSCX黃SCSCWYWYWYX紫OOSCSCSCX粉紅SCSCSCSCSCX青綠SCSCSCSCSCX藍(lán)-新OOSCSCSCG棕-新OOOOOSC黃-新OOSCSCSCX1.測(cè)試樣本為充有油膏的不銹鋼管內(nèi)的光纖；

2．O表示沒(méi)變色；SC表示輕微變色但可識(shí)別；WY表示黃色白色無(wú)法區(qū)分；G表示變成綠色；X表示變色且無(wú)法區(qū)分。5/12/202414ADSS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(wèn)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(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高，以目前的工藝水平不具備架設(shè)ADSS的可能。

江蘇ADSS應(yīng)用較多，在2003年以后陸續(xù)發(fā)生多起220kVADSS電腐蝕斷纜事故，鎮(zhèn)江、徐州、揚(yáng)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(guò)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(wú)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。5/12/202415徐州5/12/202416淮安5/12/202417鎮(zhèn)江5/12/202418⑴500kV/220kV混壓四回路，原則上應(yīng)按雙OPGW建設(shè)。

⑵500kV/220kV新建架空線路，原則上均采用OPGW。

⑶110kV電廠送出線、220kV變間的110kV聯(lián)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(hù)，是否架設(shè)光纜視通信需求而定。

①110kV全線新建線路，推薦采用OPGW。

②110kV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(duì)長(zhǎng)度和比重而定。

⑶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。

⑷20kV/10kV架空線，不宜架設(shè)光纜，調(diào)度端出局光纜除外。

⑸光纜纖芯配置：

①220kV同塔雙回線，一般按36芯配置；

②110kV光纜，一般按24芯或16芯配置；

③調(diào)度端出局光纜（調(diào)度端至第一個(gè)變電所）原則上不低于36芯；光纜建設(shè)意見(jiàn)5/12/202419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(PlesiochronousDigitalHierarchy)是早期的技術(shù)體制，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，帶寬?。ㄍǔ?×2M），因設(shè)備價(jià)格低廉，個(gè)別場(chǎng)合仍在使用。例如，小型電廠接入，與電信企業(yè)電話交換機(jī)互聯(lián)。

ATM(AsynchronousTransferMode)是2000年左右比較流行的技術(shù)體制，近年來(lái)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(dòng)，因過(guò)于追求完美，系統(tǒng)復(fù)雜度極高，在ATM與IP之爭(zhēng)中落敗，最終被市場(chǎng)淘汰。ATM體制提出，“統(tǒng)計(jì)復(fù)用，虛擬連接，定長(zhǎng)分組，快速交換”等非常有建設(shè)意義的觀點(diǎn)，這些觀點(diǎn)被IP/以太網(wǎng)體制接受。

IP（InternationalProtocol）、以太網(wǎng)(Ethernet)

IP體制由市場(chǎng)推動(dòng)，跟蹤業(yè)務(wù)需求，不斷完善，已成為絕對(duì)主流。從目前的形勢(shì)來(lái)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(chǎng)的共同選擇。5/12/2024205/12/202421SDH采用同步復(fù)接，低速信號(hào)線性復(fù)接成高速信號(hào)。SDH的基本速率單位為STM-1（155.52M），實(shí)際量產(chǎn)設(shè)備支持STM-1/STM-4/STM-16/STM-64,對(duì)應(yīng)帶寬（速率）為155.52M/622.08M/24488.32M/9953.28M。

STM-1內(nèi)可容納基群或四次群，即63×2M（2.048M）或139.264M。5/12/202422SDH最突出的特點(diǎn)是支持環(huán)網(wǎng)保護(hù)。

江蘇境內(nèi)的SDH環(huán)網(wǎng)保護(hù)型式主要有三種：

①二纖單向通道保護(hù)環(huán)，絕大多數(shù)情況；

②二纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)，市－縣、各城區(qū)/縣區(qū)待建的主環(huán)

③四纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)，國(guó)網(wǎng)、華東電路5/12/202423二纖單向通道保護(hù)環(huán)

①信號(hào)單向傳輸，A->B與B->A是不同路徑

②信號(hào)雙向傳輸，選擇接收，本地倒換

③中心匯聚型網(wǎng)絡(luò)，不支持共享環(huán)網(wǎng)5/12/202424四纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)

①信號(hào)雙向傳輸，A->B與B->A路徑一致，時(shí)延相同

②故障相鄰節(jié)點(diǎn)倒換

③相鄰型業(yè)務(wù)，支持共享環(huán)網(wǎng)5/12/202425DWDM是一種模擬技術(shù)，它可以將不同波長(zhǎng)（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(hào)通過(guò)一組光纖傳送，等同于擴(kuò)展光纜芯數(shù)，且多路信號(hào)同時(shí)放大。換句話說(shuō)，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10G×32波系統(tǒng)，也就是說(shuō)系統(tǒng)最終規(guī)模為32個(gè)頻段，每個(gè)頻段的最高傳輸速率為10G，這樣的帶寬對(duì)于電力專網(wǎng)是足夠的。5/12/202426業(yè)務(wù)網(wǎng)綜述傳輸網(wǎng)負(fù)責(zé)廣域、大容量、長(zhǎng)距離的信號(hào)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(huì)議電視網(wǎng)、調(diào)度數(shù)據(jù)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(jī)，電路交換模式，美國(guó)80年代軍方產(chǎn)品。目前，電信企業(yè)中，傳統(tǒng)電話交換機(jī)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(diǎn)軟交換，運(yùn)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(shì)。

會(huì)議電視系統(tǒng)已在各縣級(jí)單位布點(diǎn)，使用頻繁。遠(yuǎn)景，宜在省內(nèi)建設(shè)IP會(huì)議電視系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)化會(huì)議召開(kāi)模式，提高可靠性，降低建設(shè)、運(yùn)行成本。5/12/202427調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)示意圖5/12/202428調(diào)度電話交換網(wǎng)組網(wǎng)示意圖5/12/202429支撐網(wǎng)主要涉及網(wǎng)管、時(shí)鐘同步和監(jiān)控。

SDH設(shè)備、電話交換機(jī)等通過(guò)網(wǎng)管系統(tǒng)管理

上級(jí)過(guò)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(dòng)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(yùn)。

通信設(shè)備均需時(shí)鐘同步支持，準(zhǔn)確地說(shuō)是頻率同步。目前，各地區(qū)公司均已配置同步時(shí)鐘設(shè)備，均按雙GPS、雙銣鐘配置。支撐網(wǎng)綜述5/12/202430通信規(guī)劃5/12/202431傳輸網(wǎng)

江蘇電力傳輸網(wǎng)由三級(jí)網(wǎng)（省干網(wǎng)）、四級(jí)網(wǎng)（地區(qū)主干網(wǎng)）和五級(jí)網(wǎng)（城區(qū)/縣級(jí)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(dú)立的傳輸平臺(tái)。主平面為以省調(diào)、地調(diào)為節(jié)點(diǎn)的DWDM環(huán)網(wǎng)，采用SDHoverDWDM模式，DWDM系統(tǒng)容量為32×10G，SDH系統(tǒng)容量為10G；次平面為以省調(diào)、地區(qū)第二匯接點(diǎn)（指定的500kV變）為節(jié)點(diǎn)的SDH環(huán)網(wǎng)，帶寬為2.5G。第二匯接點(diǎn)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(diǎn)接入。5/12/2024325/12/2024335/12/202434四級(jí)網(wǎng)（市－縣）由省公司牽頭，統(tǒng)一建設(shè)，于2004年投運(yùn)，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(jí)網(wǎng)（市/縣－變電所/供電所）通過(guò)縣級(jí)電力信息網(wǎng)工程建設(shè)，并通過(guò)輸變電工程逐步建設(shè)、擴(kuò)展。五級(jí)網(wǎng)的現(xiàn)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(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后的五級(jí)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(diǎn)就近組成支環(huán)，兩點(diǎn)接入主環(huán)。5/12/202435地區(qū)主干網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖5/12/202436城區(qū)網(wǎng)分層分區(qū)示意圖5/12/202437通信方案5/12/202438案例：2010年220kV項(xiàng)目包戰(zhàn)略項(xiàng)目，220kV淮安南變5/12/202439馬壩變是電網(wǎng)、電力通信網(wǎng)的重要站點(diǎn)。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均利用了上述光纜。同時(shí)馬壩變又是寧射微波的站點(diǎn)。寧射微波通道大致為省調(diào)－盤(pán)城－烏石－馬壩－洪澤－淮安－漣水－阜寧－射陽(yáng)－射陽(yáng)電廠。

2003年都梁變投運(yùn)，新建220kV都梁－馬壩單回線，并將楊馬線向西改接進(jìn)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(jìn)都梁變的西延段未架設(shè)光纜。楊馬線改接點(diǎn)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