（电力系统及其自动化专业论文）云南省220kv镇雄站通信工程设计.pdf

t h ed e s i g no fc o m m u n i c a t i o n e n g i n e e r i n go f2 2 0 k v z h e nx i o n gp o w e rs t a t i o n e l e c t r i c s y s t e ma n d i t sa u t o m a t i z a t i o n p o s t g r a d u a t ew m l gy a n q is u p e r v i s o rt i a ny u a n f u t h ee l e c t r i cp o w e re o m m u n i c a t i o nn e ta p p e a r e dj u s ti no r d e rt oe n s u r e t h es t a b i li t yo fe l e c t r i cp o w e r s y s t e m i tt o g e t h e rw i t ht h es a f e s t a b i l i t yc o n t r o ls y s t e mo fe l e c t r i cp o w e r ，a u t o m a t i o ds y s t e mi sm a t c h e d t ob ec a l i e dt h r e em a j o rp i l l a r st om a k ee l e c t r i cs y s t e ms a f e r u n n i n g a tp r e s e n t i ti sa 1 s of o u n d a t i o nf o rs c h e d u l ea u t o m a t i o no fe l e c t r i c n e t w o r k ，c o m p e t i t i o n w i t hn e t w o r k r u n n i t a g ，m o d e r n i z i n gw i t ht h e m a n a g e m e n t ：a n di ti sa ni m p o r t a n tm e a n st oi n s u r ee l e e t r i cn e t w o r ks a f e t y s t a b i l i t y ，e c o n o m yc i r c u l a t e ，i st h ei m p o r t a n tf o u n d a t i o nf a c i l i t i e so f t h ee l e c t r i op o w e rs y s t e m b e c a u s ee l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o nn e th a s s t r i c tr e q u i r e m e n ta b o u td e p e n d a b i l i t yo fc o m m u n i c a t i o n ，r a p i d i t ya n d a c c u r a c yo fp r o t e c t i o nc o n t r o li n f o r m a t i o nd e l i v e r i n g ，a n dt h ee l e c t r i c p o w e rs e c t i o n o w n st h es p e c i a lr e s o u r c e sa d v a n t a g et od e v e l o p c o m m u n i c a t i o n ，p o w e rc o m p a n i e se s t a b l i s hs p e c i a le o m m u n i c a t i o nn e t w o r k o ft h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e mb yt h e m s e l v e s b e c a u s et h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e mr e q u e s t st h eh i g hc h a r a c t e r i s t i c s t od e p e n d a b i l i t yo fc o m m u n i c a t i o i l ，t h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e sa d o p t e d i ne l e c t r i cp o w e rs y s t e ma r ea l r e a d yn o wt h r o u g hm a t u r ea n dd e p e n d a b l e t e c h n i q u e c a r r i e rw a v ec o m m u n i c a t i o nw a sa tt h ee a r i i e s ts t a g et oa d o p t i ne l e c t r i cp o w e rs y s t e m ，a n di nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to f d a t ac o 咖u n i c a t i o nt e e h n i c a l i l e s s ，d j g i t a lc a r r i e rm a c h i d e sg e ti n t o a p p l i c a t i o ni ne l e c t r i cs y s t e m b u tt h ee l e c t r i cp o w e rl i n ec a r r i e sa l s o h a si t si n t r i n s i cw e a k n e s s ：t h ep a s s a g ei n t e r f e r e n c eisb i g ，a n dt h e h a s i t si n t r i n s i cw e a k n e s s ：t h ep a s s a g ei n t e r f l e r e n c ei s b i g ，a n dt h e a m o u n to fi n f o r m a t i o ni ss m a l l w h j1 et h ef i b e to p t i cc o m m u n i c a t i o nc a n t r a n s f e rh u n d r e dr o u t e so fs i g n a l si n c l u d i n gv i d e os i g n a la n dc o m p u t e r b r o a d b a n dn e t w o r ks i g n a l i th a sm a n ys t r o n gp o i n t s ，s u c ha sb i gc a p a c i t y ， t r a n s m i td i s t a n c el o n g ，a n dl i t t l ea t t e n u a t i o n ，h i g hd e p e n d a b i l i t y ， s t r o n ga b i l i t y t or e s is t e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n e e ，s oo p t i c a c o l n m u n i c a t i o ni sw i d e l yu s e di np o w e rs y s t e m t h em a i nc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e sa d o p t e dp r e s e n t l ya r em a d e s y n t h e t i ci n t r o d u c t i o ni nt h i sa r t jc l e t h i sp a p e rf i r s t l ya n a l y s e st h e f u n d a m e n t a lp r i n c i p l e so fe l e c t r i cc a r t i e rw a v ec o m m u n i c a t i o na n dt h e a p p i c a t i o no fc a r r i e rm a c h i n e ，t h ep r i n c i p l m so ff i b e ro p t i c c o m m u n i c a t i o na n dt h et e c h n i q u eo fs d ht h a ta d o p tn o w m a k es o m e i n t r o d u c t i o n sa b o u tt h ea p p l i c a t i o no fs a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o n ，s p r e a d s p e c t r u m c o m m u n i c a t i o ni ne l e e t r i c s y s t e m s e c o n d l y ，t h e t e l e c o m m u n i c a t i o na n dc o n c e n t r a t i o nc o n t r o l p r o j e c t o f2 2 0 k v z h e n g x i o n g d a c u a n e l e c t r i cs u b s t a t i o n i ny u n n a n p r o v i n c e a r e t h o r o u g h l yd i s c u s s e d ，w h i c hip a r t i c i p a t e dt h ed e s i g no ft h i se n g in e e r i n g b ym e a n so fc o m p a r i s o no ft h eq u a l i t ya n dd a t ar a t aa n dt h ep r o j e c tc o s t o fd i f f e r e n te o m m u n i e a t i o nm o d e is e l e c tc a r r i e rc o m m u n i c a t i o na n d o p t i c a l c o m m u n i c a t i o nw h i c ha r eb e i n gw i d e l yu s e dt om a k ed e t a i l e l a b o r a t i o n a tl a s t p r o c e e d st h ea n a l y s i st ot h ep r e s e n tc o n d i t i o n o ft h ee l e c t r i ep o w e rs y s t e mt e l e c o m m u n i c a t i o n ，p u tf o r w a r dt h ee x i s t e n t p r o b l e ma n dp r e s e n t st h eo u t l o o kf o re l e c t r i cs y s t e mc o m m u n i c a t i o n k e yw o r d s ：e l e c t r i cp o w e rs y s t e mt e l e c o m m u n i c a t i o np r o j e c t ，c a r r i e sw a v e c o m m u n i c a t i o n ，f i b e ro p t i cc o m m u n i c a t i o n ，t h ee l e c t r i c i t ys t a n d sd e s i g n 叫川i 大学硕【学位论文 o 引言 电力通信是现代电力系统的重要组成部分。电力生产发、供、用同时完成 的特点，决定了必须要有一个能够提供特殊保障性服务的通信系统做支持。优 质可靠的通信手段是电网安全稳定发电和供电的基础。而电力通信的物理结构 和服务对象决定了电力通信与电网密不可分。电力通信网主要为电网的自动化 控制、商业化运营和实现现代化管理服务。它是电网运行控制自动化的基础， 是电力市场运营商业化的基础，是电力系统管理现代化的基础，也是非电产业 经营多样化的基础。 在电力系统中采用的通信方式主要有： 1 、光纤通信：其最大特点是通信容量大，速率高，在一根光纤中能传播几 百甚至上千路电话，可传实时图像，而且抗电磁干扰性好，通信质量高，使用 持续时间长，但成本高，尤其远距离架设施工价格昂贵而且受地形限制。 2 、普通微波通信：它是一种无线通讯方式，传输容量大、质量高，配置灵 活，这种通信方式对环境要求较高，如有山峰和楼房阻挡就需增加中继或架设 铁塔避开。另外，一个普通微波通信网的建设，需要现场勘测和设计，故总的 建设费用也很高。 3 、电力线载波通信：这种通信方式比较普遍，最大优点是不用专门架设通 信线路，电力线延伸到哪里，通信就可以到那里，投资不算大，但它的缺点， 首先是可靠性差，当电网出现故障或检修时，通信也中断，而往往这时正需要 通话，第二通信容量小，只有个话路，为了使这个话路既可传语音信号又可 传数据信号，后来将这个话路分成了两部份：下音频( 0 3 2 2 o k h z ) ，传语音， 上音频( 2 4 3 4 k h z ) 传数据，这就造成了语音通信质量差，数据传输速率低， 最高只有 2 0 0 b i t s ，而且从变电所到调度的通信还需架设音频电缆解决。 4 、有线音频电缆通信：该通信方式广泛被采用，在距离较近时是一种较好 的通信方式，它的通信通道是种模拟信道，因此在进行数据通信时，需增加 调制解调器，它抗干扰差，且易遭雷击，长距离通信时，需要的线径较粗，造 价较高。一般不用来组成较大的通信网而只在局部使用。 5 、特高频无线电台通信，这种通信方式是目前县级农电系统使用较多的一 种通信方式，它传输距离远，使用方便，设备价格低，便于维护。但要满足无 四川大学硕= 学位论立 人值班变电所的通信要求是远远不够的，它抗干扰能力差，通信不稳定，通信 指标也很低，它是一种模拟通道，传输数据的速率小于3 0 0 b i t s ，只能做为一 种辅助( 备用) 的通信手段。 6 、无线扩频通信方式：扩频通信即扩展频谱通信技术，是一种数字化通信 技术，属于宽带通信范畴，就是将所传输信息的带宽扩展很多倍再发送出去， 这时发送信号所占据的信道带宽远大干信息本身的带宽，可以被扩展到5 m l l z 、 l o m h z ，甚至更大，与此同时发射到空间的无线电功率谱密度( 单位带宽内的信 号功率) 也大大降低。扩频技术源于著名的香农( s h a n n o n ) 定理，根据香农信道 容量公式c = w l 0 9 2 ( i + p n ) ，式中若信道容量c 不变，则带宽w 和信噪比( p n ) 是可以互换的，也就是说，增加带宽w 就可以在较低信噪比( p n ) 的情况下，以 相同的发射功率来可靠地传输信息。甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要增 加信号带宽，仍能保持可靠的信道。 以上6 种通信方式各有优点和不足，电力系统采用什么方式，应根据实际 情况认真分析和选择。这篇论文正是以本人在电力设计院所做具体工程为背景， 从实际应用角度对电力系统现在所采用的通信方式做了综合归纳，并详细阐述 了具体工程项目的设计。 汹川犬学硕士学位论交 1 电力载波通信 电力载波系统利用连接发电厂和负荷中心的输电线作为可靠的实线路径。 载波通信根据频率搬移、频率分割原理，将原始信号对载波进行一次或多次调 制，搬移到不同的线路传输频带，然后送到线路上传输，从而实现多路通信。 利用高压输电线路传输高频电流具有以下优点： 1 ) 线路衰减小； 2 ) 输电线路机械强度很高，因而具有较高的传输可靠性： 3 ) 不需要通信线路建设的基建投资和日常维护费用等。 因此，电力线载波对小容量、长距离通信来说，是一种经济可靠的通信方 式。 电力载波电路普遍用来传送话音信号。点对点的电力载波通路连接起来形 成一个用户汇接自动拨号的专用电话网，常用四线转接方式。话音的有效传输 频带被限制为3 0 0 - - 2 4 0 0 h z 以叠加复用的信号通道。 电力系统中远方保护最主要使用方式： ( a )由线路另一端保护装置对本端断路器直接跳闸。 ( b ) 将线路一端的继电保护装置的离散信息( 如加速跳闸或闭锁信号) 传送到另一端。 ( c ) 在线路两端的保护装置间传送模拟信息，以控制继电器的动作。 在电力系统发生故障，通道的衰减和杂音都大大增加时，所传送的保护信 号也必须被正确接收。另一方面，杂音绝不能使保护系统误动作。 各种远方保护的共同特点是：( 1 ) 对所接收的信号实时的进行判别。( 2 ) 要求现代的复用或专用的电力载波设备为远方保护的种种功能提供各种可能实 现的方法。远方保护通路处于“监护”状态的时间在数量级上远远大于它处于 “工作”状态的时间即传送跳闸、加速或闭锁信号的时间。这一特点使我 们有可能在同一频带里传送话音或远方保护信号：发送保护信号时将话音信号 闭锁，使全部功率都集中于保护信号。 1 1 载波通信系统的组成原理 整个通信系统主要由电力线载波机，电力线路和耦合装置组成。其中耦合 翔川大学坝? 卜学位论文 装置包括线路阻波器、耦台电容器、结合滤波器和高频电缆。载波通信系统组 成示意图如下所示： 发磊一篡蝌等三鲨 ：站台滤波 ： 圈 ；机i 冀辨纛 一j 结合滤波器 孰 没 机 线路阻波器串连在电力线路和母线之间，阻止高频载波信号泄漏到电力设 备( 变压器或电力线分支线路) ，以减小变电所或分支线路对高频信号的介入衰 减，以及同母线不同电力线路上高频通道之间的相互串扰。线路阻波器的电感 量范围，一般为0 1 2m h 。在实际中常用的阻塞频率为8 4 5 0 0k h z 。大电感 量的阻波器主要用于宽频带耦合或无调谐元件的情况；小电感量一般接并联调 谐电路。 在载波通信系统中可采用电容耦合和电感耦合。电容耦合是用一个高频电容 来连接高频载波信号的输入、输出端与电力线接入点。电容耦合装置属于直接 耦合装置，将高频载波信号直接注入到电网，同时从电力线上接收高频载波信 号。电感耦合又称为变压器耦合，基于变压器电磁感应耦合的原理，将电力线 导线作为副边线圈，而将高频载波信号作为原边线圈。属于非接触式耦合，绝 缘性好。电感耦合器一般安装在地下电缆沟里。按照安装方法，电感耦合又分 为串入式耦合和套入式耦合两种。前者是将电感耦合器串接在电缆屏蔽层的接 地线中，后者是将电感耦合器套在电缆上。 二者区别： 电容耦合属于直接耦合，电路较简单，传输特性理想，工作衰减小。电感耦 合是一种间接耦合，简单安全，但其传输特性相对差一些，工作衰减也比电容 耦合要大2 4 d b 左右，因此在实际应用中多采用电容耦合。也可将耦合电容 器用作组成测量线路电压的电容式电压互感器，用以传输频带很宽或频率较低 圜川大学砸十学位论义 的载波信号。若用于高压电缆载波，耦合电容器的电容量也可能达到1 0 0 0 0 微 微法或以上。 目前，在电力线载波通信系统中耦合方式有：相一相耦合，相一地耦合和相 一相、相一地混合耦合方式。我们多用相地耦合或中相边相做相相耦合来传送 话音和数据信号，其中相相耦合大都用于传送远方保护信号，因为相相耦合方 式高频衰减小，具有较高的安全性。线路两侧都在边相作相地耦合，存在者信 号抵消的危险，因此，两端都在中相耦合是最佳的相地耦合方式，这时附加衰 减与频率、线路几何尺寸、大地导电率无关。 一一 相一地耦合方式 相一相耦否方式 在电力线载波通信中，为了组成以调度为中心的通信网，需要进行电路转接。 常用的转接方式分为两种：话音、远动通路同时转接方式和话音通路单独转接 方式。当话音、远动通路同时进行转接时，可采用中频转接或低频转接；当话 音通路单独转接时，应采用音频转接。 中频转接是指转接的信号为中频信号，不经过中频调制与解调来实现转接。 低频转接是在中频调制电路前与中频解调电路后进行的，实现了话音、远动通 路的同时转接，保证了传输电平的稳定。音频转接是为了单独转接话音信号而 设置的。固定音频转接是四线转接。 1 2 载波机原理及类型 1 2 1 电力线载波机的组成及原理 电力线载波机主要由以下部分组成： ( 1 ) 话音信号传输系统。它是载波机骨干电路，包括发信支路和收信支 路，用于完成话音信号以及二次复用信号的频率搬移、发送和接收。 酗川大学坝二l 学位论文 ( 2 ) 远动信号复用系统。作为远动装置与载波机之间的接1 ：3 电路，完成平 衡电路与不平衡电路的转换，以及信号接口电平的配合与调整，用以保证载波 机的正常工作和音频远动信号通过载波通路顺利传输。 ( 3 ) 呼叫信号系统( 振铃系统) 。包括呼叫发送电路和呼叫接收电路两部 分，用以完成直流呼叫信号与音频呼叫信号的转换。 ( 4 ) 优先强拆信号系统。用以完成自动交换系统中直流强拆信号与载波通 路中音频强拆信号的相互转换。 ( 5 ) 高频保护信号复用系统。( 有类载波机无此功能) ( 6 ) 载频供给系统。用以产生各种载频和导频。 ( 7 ) 自动电平调节系统( 导频系统) 。主要用于补偿高频通道在运行过程 中衰减的变化，保证收信端传输电平稳定。 ( 8 ) 电源供给系统 ( 9 ) 告警系统 ( 1 0 ) 自动交换系统。提高载波通路利用率，保证可靠完成振铃呼叫、自 动交换接续任务。 尽管电力线载波机型号很多，生产厂家不同，但常见的大多数载波机的基 本方框结构大体是相同的。只是在技术特性、电路实现方法和所用元器件类型 等方面有些差别。 电力线载波机可看成是由音频终端电路和载波电路两大部分组成。音频终 端电路完成话音通路的二四线转换( 也就是通过差动变量器) 以及与二次复用 音频信号的接口、汇接与差分。载波电路部分的基本任务是完成频率搬移。 信号发送过程： 首先，从用户来的话音信号首先进入自动交换系统( 也称为自动盘) 。电话 信号从自动盘出来送至二四线转换盘的音频二线端，盘中的混合线圈将二线转 换为四线，使收信支路与发信支路隔离，防止收后重发。之后话音信号进入压 缩器盘，盘内压缩器电路将话音动态范围按照2 ：1 比例进行压缩，并提供1 3 d b 的增益，以改善通路信噪比。压缩后的话音信号，由限幅器抑制话音信号的瞬 间过幅，防止发信支路线路放大器过载而产生非线性失真。发送低通盘中低通 滤波器用来选出2 k h z 以下的话音信号。话音、远动和呼叫信号由中频调幅盘入 口处的有源低阻汇接网络汇接后，再与要复用的远方保护信号汇接在一起送至 四川大学硕士学位论文 3 0 0 h z 的高通滤波器，组成一个频谱为o3 3 7k h z 的复合信号。复合信号经 中频调制和中频带通滤波器取出上边带，得到1 2 1 1 5 7k h z 的中频信号。在 电力线高频通道4 0 5 0 0k h z 的载波频率范围内，规定每4k h z 为一个基本载 波频带，共有1 1 5 个载波信道。每台载波机根据其工作频带，选择相应通带的 高频带通滤波器。高频信号送入线路放大器提高电平，最后通过方向发送滤波 器，经外线端输出到高频通道。 信号接收过程： 从高频电缆送来的高频信号经外线侧首先进入方向接收盘，选择接收对方送 来的有用信号，抑制并机和本机发送功率对收信支路的干扰。经电平调整后的 高频信号进入高频带通盘，进一步抑制收信频带4k h z 之外的高频干扰。高频 信号在高频反调盘中实现解调，经辅助带通滤波器滤除解调后无用产物和载漏， 输出1 2 1 5 7k h z 的中频信号。解调后的中频信号送入导频调节盘，通过自动 电平调节系统的作用，放大、整流，并产生相应的控制信号，输出一个电平恒 定的中频信号。之后进入中频带通盘，抑制高频紧邻干扰，经过解调，从3 7k h z 低通滤波器输出端得到o 3 3 7k h z 的音频复合信号。该音频信号进入低频放 大盘，提供信号增益，均衡频率。低频放大器输出端采用有源低阻汇接电路， 把音频复合信号差分到呼叫、远动话音信号通路和远方保护信号输出通路。接 收低通盘内的低通滤波器，选出2k h z 以下的话音信号。扩张器按1 ：2 关系恢 复话音信号的动态范围。话音信号进入- 四线转换盘收信支路，完成四线到二 线的转换。 4 w + e m 接口工作方式： 4 w + e ，m 的中继接口目前普遍采用在交换机和传输系统的音频终端设备之 间，其中4 w 表示四线制话音传输接口，e 和m 分别表示用以接收和发送状态 信号的e m 控制线。e m 控制线本身传输的是直流信号，其传输距离有限。因 此往往需要通过传输设备的信号终端，把e 和m 控制线的状态信号变换成便于 在传输系统中传输的信号，一般在传输话音信号频带以外的频带内传送，这样， e m 控制线的信号传输就不受距离的限制了。 m 线的功能主要是发送线路监控信号。在近距离内，交换机和交换机直接连 接，从主叫端交换机e m 中继接口电路的m 线发出线路监控信号，如占用、释 放、应答信号，直接启动被n t t n e m 中继接口的e 线，送出n 乎n t t 请求信号，被 到川大学硕士学位论文 叫端交换机准备接收并处理呼叫，反之亦然。距离远时，由于话音衰减及e m 接口电路直流环路电阻的限制，交换机之间需要通过长途传输电路，如微波、 载波等传输电路。这时主叫侧交换机e m 中继接口电路的m 线则控制主叫侧传 输电路信号单元的m 线，这样一级级地传到被n q ，f o ! f j 传输电路信号单元的e 线， 再启动被叫端交换机，反之亦然。m 线的另外一个功能是用于发送拨号脉冲d p ( d i a lp u l s e ) 信号。在中继接口电路中往往需要传送- - t 0 用断续的拨号脉冲d p 信号所表示的被叫用户号码，这种信号一般是经由m 线传送。 e 线用于接收对端交换机m 线或信号单元发来的控制信号，释放、应答、 证实及拨号脉冲d p 信号等。e 线属于被控制线，接收并完成m 线的控制功能。 1 2 2 目前电力载波机的种类 现代的电力载波设备为用户提供4 k h z 或2 5 k h z 的标准音频通道，传送 话音、数据、电报、遥测、遥控及远方保护等信号。根据不同的要求，可以采 用话音、数据、远方保护的复用设备，也可以采用单一功能的专用设备。电力 载波机主要是由音频部分和信道部分组成，根据音频部分是否采用复接技术和 信道部分所采用的调制方式，可将电力线载波机分成模拟电力线载波机、数字 式( 数字化) 电力线载波机和全数字电力线载波机三大类。 l i 模拟电力线载波机的主要特点 音频部分主要采用频分技术 信道部分采用s s b 调制，即单边带调幅模拟调制方式 利用频分技术可提供一路话音和一路数据，即一路窄带话音( o _ 3 2 0 k h z ) 、一路低速数据( 速率 6 0 0 b p s ) 2 数字式( 数字化) 电力线载波机的主要特点 音频部分采用t d m 加t c m ( 时分复按、网格编码) 或d s p 等数字技术， 即音频部分采用多路数字复接器 信道部分采用s s b 调制，即单边带调幅模拟调制方式 可提供多路语音和多路异步数据( 理论上，但实际达不到) 3 全数字电力线载波机的主要特点 音频部分采用t d m + t c m ( 时分复接、网格编码数字技术) ，即音频部分 采用多路数字复接器 四川大学硬l ：学位论文 信道部分采用o p q s k 数字调相等高效数字调制技术 可提供多路语音和多路高速异步数据( 目前市场上最多6 通道) 其中数字载波机方框图如下所示： 。、 数字复接单元调制r 衅调元助破目，c发诚单元 m ：匝糯， 韵衄 彀聿 睡精卦曰母 t 删 立5 i e 冼调制 肉 外蛙 叫夏帽爵 时罔 “m 卜才一 分辖 数字一 母耐i # 1 _ 蔫 囱p 母 次解谭 l j 接码 8 ( r + s a 4 a 2 。) ：辫 丌 ：。i 。 一 一 士 模拟远稿 ：! 夏 ：l 储日。ij 。：。：。i ( 嗌m d 口 1 2 3 电话接口方式： 配置f x s - f x s 的点对点直通电话 f ) 【s 单元是完成从二线话机用户到四线e l m 之间的转换。 蓄 直通用 户 配置f x o f x s 的远程用户电话 f x o 单元是完成从二线交换机用户到四线e m 之间的转换。 用户在一对全数字电力线载波机之间的对应通路上通过配置f x o - f x s 板，建 立远程拨号电话( 用户延伸电话) 。其功能是当话机侧的用户摘机时，听拨号音 再拨对端交换机内部任一用户号码，被叫用户振铃，摘机通号。当对端交换机 内部任用户摘机且拨连接于电力线载波机的分机( 小号) 号码时，话机侧用 户的话机随交换机送至分机( 小号) 的振铃信号而振铃，话机侧用户摘机应答。 叫j 1 1 a 学硕士学位论文 煮雕小罴 交换机i 丑il 扭j 4 w e l m 信令方式的电话 在一对全数字电力线载波机之间的对应通路上，两端均可通过4 we m 信 令方式与交换机构成电路链路，并提供两条中继路由。四线e m 和r s 2 3 2 接口 用于传载波和远动。 交 换 机 远动接口方式 远动l 远动2 用户詹 f l i p 詹 0 交 换 机 远动1 远动2 蓄用户1 譬用户2 凹1 1 人学 i | i l 士学位论文 1 3 电力载波系统存在的实际问题 信道容量长期以来一直是电力线载波通信存在的关键问题，如何进一步实 现更高速、多路的电力线载波通信是进一步发展的主要课题。为了扩大数字通 信容量，可以采取以下两种措施。是采用p c m 3 0 3 2 系统( 又称基群或一次 群) 复用的方法。另一种是将几个经p c m 复用后的数字信号再进行时分复用， 形成更多路的数字通信系统。p c m 复用是指用户信号经过差动变量器l 2 端 送入p c m 端机的发送端，经放大、低通滤波、抽样、合路和编码，编码后的 p c m 码、帧同步码、信令码、数据信号码在汇总电路里。目前我们已通过成功 地采用数字复接技术扩展了频域4 k h z 带宽的信道容量( 达到2 8 ，8 k b i t s s ) ，今 后还可在线路频率的回波抵消上进行一番深入研究。国内以前曾有过对模拟正 交调制实现通道容量倍增的研究，随着技术的发展，高精度的d d s ( d i r e c t d i g i t a lf r e q u e n c ys y n t h e s i s 直接频率合成) 技术已经商业化，这一研究还 可继续进行下去。同时，在电力线载波频率资源趋于宽松的情况下，在载波线 路频谱上采用比当前4 k h z 载波基本频带更宽的频带已成为可能。 数字多路复接类型的电力线载波机在进行远动数据传输时，有时会产生瞬 时中断现象，这种现象对于语音传输无大影响，但是对于数据传输，尤其是一 些重要的控制信号的传输将带来不良的后果。据分析，这一现象可能是由线路 上的突发脉冲干扰引起的，因此，解决这一问题可以考虑两个方面，一是在载 波机设计中有针对性地重点考虑如何解决( 据说已有产品，还需现场验证) ；二 是在现场应用中也要注意不能一概而论地上数字复接载波机，应针对实际应用 的场合来选择合适的载波机类型。如果线路突发噪声比较高，频繁出现这样的 瞬时中断时，在目前情况下应考虑采用d s p 制式的数字化电力线载波机。 载波机的接口类型目前有音转、二线e m 、四线e & m 、小号、延长线、远动 等，还需更趋于完善，尤其是与数字设备和通信网管理系统以及调度自动化系 统的接口更需规范、适用。载波机与程控调度交换机的结合方式应更便于组网 应用，使调度机的功能覆盖到全网。 目前载波机的设计主要针对高压和农电两个方向来进行，虽然我们研究了 许多不同的制式，如呼叫信号有脉冲、单频移频、双频移频和带内编码型；导 频制式有单导频、无导频、间歇导频：调制方式有次、二次和三次调制，但 四j i l 大学碗二l 学位论文 在下面一些方面还需努力，如：组合功放、线路回音抵消、高频数字调制、抗 突发噪声的数字复接器、自适应线路阻抗匹配、工艺水平、过程质量管理等。 对于远动的防卫度问题，应当尽可能地设计为自适应地保持恒定的防卫度水平， 而不是随着话音和远动电平的浮动而改变，这样将更有利于远动信号的传输可 靠性。 为满足现代电力系统发展的需要，适应全球性通信发展的大趋势，我国电力 通信向高速率、宽频带、大容量方向发展，我们提倡大力发展应用更为先进的 通信手段。但电力线载波作为电力通信网中一个强有力的手段，有着雄厚的发 展基础和广阔的市场，仍有其适应的生存和发展的环境和空问，它不会简单地 消失或停滞不前。 1 2 四川大学硕士学位论文 2 光纤通信 进入八九十年代以来，我国电力事业和电力系统以前所未有速度迅猛发展。 大电站、大机组、超高压输电线路不断增加，电网规模越来越大。电网的发展 必然对电网管理和技术提出更高的要求，这就要求电力系统通信更加完善和先 进。电力线载波由于其固有的弱点：通道干扰大、信息量小，再加上我们设备 水平、管理维护等方面造成的稳定性差、故障率高等不足，已显得不能适应现 代电网对通信多方面、多功能的要求；而与此同时，信息时代的到来，促进了 全世界范围内电信科技的全面、多维发展，各种新兴的通信技术不断出现；通 信设备性能越来越先进，价格越来越低廉。于是，数字微波、卫星通信、光纤 通信、移动通信、对流层散射通信、特高频通信、扩频通信、数字程控交换机 及以数据网等新兴通信技术在电力系统中得以逐渐的推广应用。目前，电力系 统光纤通信承载的业务主要有语音、数据、宽带业务、i p 等常规电信业务；电 力生产专业业务有保护、安全自动装置和电力市场化所需的宽带数据等。特别 是保护和安全自动装置，对光缆的可靠性和安全性提出了更高的要求。可以说， 光纤通信已经成为电力系统安全稳定运行以及电力系统生产生活中不可缺少的 一个重要组成部分，目前各级电力部门都把光纤通信网络建设纳入“十一五” 建设重点。 2 1 光纤通信的基本原理 2 1 1 光纤通信系统概述 依靠光纤通信的站点间，仅使用光缆内的两根光纤，就可以同时传输包括 对带宽要求很高的数十路甚至上百路视频信号、计算机宽带网络信号在内的各 种类型的数据流。通信原理可以简单的描述如下：各种待传送的原始数据流经 相应中间设备( p c m 复用器、视频服务器等) 进行格式转换、复用、调制后通 过标准协议( 如i t u t g 7 0 3 ) 与光端机的e 1 口相联，光端机进行交叉连接、 电一光转换后将数据流调制到1 2 l o ”h z 2 4 1 0 “h z 的光载波上由光发射 模块送入光纤向远方传送。对方收到光载波后，按照时隙配置进行交叉变换， 光一电转换后通过标准协议由e 1 口转送到相应的中间设备( p c m 复用器、监 四川大学砸士学位论文 控主机等) 进行格式转换、解调后输出给终端设备。 一! f 器- - - - j 蠢蚤：器 一一。设备f g 而嚣l 连接一 原始! i 海议 ”。 数据 接收过程 终端一 p c m 一j 交叉 囊一蒸：? 纤 如果通信距离很长，由于受光纤损耗和带宽的限制作用，中间必须增加中 继站，对已被衰减和变形的光信号，进行放大整形后再输入到光纤中进行再传 输。 按照调制方式，光纤通信系统可分为内部调制系统和外部调制系统。内部 调制是直接在光源上对输出光功率进行调制，而外部调制则是在光输出的通路 上对光波进行调制。目前的光纤通信都是采用内部调制方式。在内部调制方式 中，又分为模拟调制系统和数字调制系统，都属于强度调制直接检波的光 纤系统。由于光只能以通、断的方式表示二进制信号，所以光纤数字通信使用 的线路码必须是单极性的。适合光纤数字通信使用的单极性线路码主要有两种： 单极性不归零码( n i 屹) ，单极性归零码( r z ) 。可根据光源的调制特性、接收 机灵敏度以及传输线路的频带宽度等来选择码型。在复用方式上有时分复用、 波分复用和空间复用。 2 1 2 复用方式 光纤通信系统中的复用方式可按光复用和电复用考虑。在光复用方面，有 光波分复用和光空间复用，在电复用方面，有时分复用。t d m ( 时分复用) 把 传输时间分为若干个时隙，在每一个时隙内传输一路信号。e i 于光纤具有比电 缆更宽的带宽，所以时分复用方式用于光纤传输系统之后，将比电缆传输系统 的容量更大。空间复用是采用多芯光缆的传输方式。在以大容量和经济性为目 的的传输系统中，以采用时分复用方式为好，但是时分复用方式要受复用设备 ( 电子电路) 和高速中继器以及中继距离随传输速率的增高而缩短等诸因素的 的波 烂一 电换 恍愤一 g t ! jr i 大学硕士学位论文 影响。因此当需要更大的传输容量时，应考虑采用波分复用和空间复用方式。 2 1 3 波分复用( w d m ) 原理 波分复用就是将一系列载有信息的光载波，在光频域内以1 至几百纳米的波 长问隔合在一起沿单根光纤传输，在接收端再用一定的方法将各个不同波长的 光载波分开的通信方式。在一根光纤上同时传输几个，十几个，甚至几十个的 光载波，而各个载波载运各自的信息以增加光纤上传输的信息容量。在1 3 1 0 n m 窗口和15 5 0 n t o 窗口共约2 0 0 n m 的低损耗区可利用，这相当于光纤的3 0 t h z 带 宽资源。若波长间隔为2 n m ，则可复用约1 0 0 个载波。目前所应用的w d m 系 统常为双窗口( 1 3 1 0 n m ，1 5 5 0 n m ) 2 波复用，以及4 、8 、1 6 、3 2 甚至更多， 如8 0 个波长的复用系统。 w d m 的关键技术 ( 1 ) 频率稳定的可调谐激光器可调谐激光器是实现w d m 最重要的器件。 近年来制成的单频激光器都用多量子阱( m o w ) 结构、分布反馈( d f b ) 式或分布布 喇格反射( d b r ) 式结构，有些能在1 0r i m 或1t h z 范围内调谐，提高了调谐速度。 由于发射激光器的频率( 或波长) 随着工作条件( 如温度和电流) 的变化而发生漂 移，所以应采用有效措施保持各载波频率至少是相对的稳定，使信道间隔恒定。 一种稳频的方法是将激光器的频率锁定在某种原子或分子的谐振频率上。在 1 5m 波长上，已经利用氨、氪、乙炔等气体分子实现了对半导体激光器的频 率稳定。利用光生伏特效应、锁相环技术等都实现了半导体激光器的频率稳定。 ( 2 ) 波长复用解复用器波长复用解复用器是w d m 系统中的关键部件，其 性能的优劣对系统的传输质量起着决定性作用。波长复用解复用器具有插入损 耗小、带内损耗平坦、带外插入损耗变化陡峭、隔离度大、复用信道多、温度 稳定性好等特点。波长复用解复用器种类繁多，目前商用化的主要有耦合器型、 介质膜滤波器型、集成光波导型和布拉格光栅型。 ( 3 ) 掺铒光纤放大器( e d f a ) 目前w d m 系统采用1 5 m 波长窗口，随着通 信容量需求的增加和技术的发展，研究和开发宽谱增益平坦的e d f a 已成为研究 热点。有关文献报道了7 6 5g b s 2 0 0 0k m 系统使用的e d f a 带宽为6 0r i m ， 但其增益较低，为1 1 7d b 。还有文献报道了3t b s 使用碲化e d f a ，带宽加至 7 0n m ，增益为1 3d b 。另外，有关专家提出的动态e d f a 具有自动调整增益平坦 心川大学硕l 学位论文 性的功能，利用电的反馈回路自动调整增益均衡滤波器( g e f ) 的特性和放大器的 抽引功率，使输出信号达到需要值。这种动态e d f a 对w d m 系统很有用，可以在 光的分插复用器( 0 a d m ) 等场合应用。 ( 4 ) 全光再生技术对于超长距离全光传输系统，经过、一定的长距离光纤和 e d f a 传输后，有必要对光信号进行光再生，借以减小定时抖动和遏制噪声累积。 最新研制的一种4 0g h z 用i n p 的推挽式m z ( m a t h z e h n d e r ) 调制器，对1 5l a i n 波长、4 0g b s 光信号再生后距离延长至2 万公里，其测试性能良好。 在光缆通信干线传输网上采用w d m 系统具有以下特点： ( 1 ) 可充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波传输 容量增加几倍至几十倍。 ( 2 ) 对于早期敷设的芯数不多的光缆，采用w d m 进行扩容可不必对原有 系统作较大的改动。 ( 3 ) 由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因而可以传输完全不同特 性的信号，完成各种数字信号和模拟信号的综合和分离，以及p d h 和s d h 信 号的综合与分离。 随着通信容量需求的飞速增加和通信业务形式多样化，w d m 技术以其优越的 性能而倍受青睐，成为当前光传输领域中的开发和应用热点。由于其利用波长 复用的方式来增加通信容量，所以，能利用光纤的巨大带宽极大地满足对通信 容量的需求，并大大降低对光纤的耗用。同时由于w d m 系统直接对光波长进行 处理而不针对信号的内容，即对信号是透明的，因而非常适宜多媒体综合业务 的发展。w d m 系统作为全光网的基