（电力系统及其自动化专业论文）安沙变电站通信系统的设计.pdf

a b s t r a c t n a t i o n a le c o n o m yi sd e v e l o p i n gv e r yq u i c k l yi tb r i n g sa d v a n t a g et op u b l i c b u t a l s on l a k e sh i g hd e m a n d s0 1 1n a t i o n a lb a s i ce s t a b l i s h m e n t t h a th o wt op r o v i d em o r e h i g hq u a l i t ye l e c t r i cp o w e re n e r g yt oc o n s u m e r ss a f e l y , c o n t i n u i n g l ya n de c o n o m i c a l l y i st h em o s ti m p o r t a n td a i l yw o r ko ft h el e a d e r sa n dd i s p a t c h e r so fo u re l e c t r i cp o w e r u t i l i t i e s d i s p a t c h e r ss h o u l da r r a n g er e a s o n a b l eo p e r a t i o nm o d e sb a s e do nt h en o r m a l l o a df l o wc o n d i t i o n t h e ys h o u l db e q u a l i f i e di na n a l y s i n gf a u l t sa n dg e t t i n gr i d eo f t h e f a u l t si ne m e r g e n c yt h ed i s p a t c h e r s 咖tg u a r a n t e et h e s ej u s tr e l yo e tt h et r a d i t i o n a l s u b s t a t i o n o p e r a t o r sr e p o r t s a sar e s u l t t e c h n o l o g i c a l m e a n ss u c h 醛s c h e d u l i n g a u t o m a t i o na n ds u b s t a t i o n i n t e g r a t e d a u t o m a t i o na p l m a r t h e s p e e d a n da c c u r a t e t r a n s m i s s i o no fi n f o r m a t i o ni np o w e rs y s t e m sp l a yam o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l ei n e l e c t r i c p o w e rp r o d u c t i o n , e s p e c i a l l y i n p o w e rs y s t e mo p e r a t i o n a n do v e r h a u l t h e r e f o r c 。t h er o m o t e - t e r m i n a l u n i ti n f o r m a t i o nc h a n n e l sb e c a m eak e y h o wt os e l e c t c o m m u n i c a t i o nc h a n n e l sf i - o mas u b s t a t i o nt oad i s p a t c hc e n t r eh a sb e e nah o tt o p i ci n r e c e n ts t u d yo f p o w e r s y s t 脚nc o m m u n i c a t i o n t h i st h e s i sf o c u so i lt h e s t u d y , d e s i g na n ds u m m a r i z a t i o no fc o m m u n i c a t i o n s y s t e m sb e t w e e ns u b s t a t i o n sa n dd i s p a t c hc e n t r e si ne l e c t r i cp o w e rc o n s t r u c t i o n t h e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m sw i l d l y u s e d n a t i o n a l l y a n di n t e r n a t i o n a l l y , s u c h 髂a u d i o f r e q u e n c y w i r e c o m m u n i c a t i o n , c a r t i e r - c u r r e n t c o m m u n i c a t i o n ,m i c r o - w a v e c o m m u n i c a t i o n ，o p t i c - f i b e rc o m m u n i c a t i o n , e x p a n d i n gf r e q u e n c yc o m m u n i c a t i o na n d s a t e l l i t er e l a yc o m m u n i c a t i o n a r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l t h ed i f f e r e n tc o m m u n i c a t i o n s y s t e m su s e di nc h a n g s h ac o u n t ye l e c t r i cp o w e rs y s t e m sa r ea n a l y s e di nd e t a i l a sa r e s u l t ，t h eb e s tc o m m u n i c a t i o ns y s t e mf o rs u b s t a t i o nt od i 印a 曲c e n t r ei ne l e c t r i cp o w e r s y s t e m si ss u g g e s t e d a tl a s t ，ac o m m u n i c a t i o ns y s t e mf o ral1 0 k vs u b s t a t i o nr u nb y c h a n g s h ac o u n t y e l e c t r i cp o w e rb u r e a ui s d e s i g n e da n da n a l y s e di nt h ed i s s e r t a t i o n t h c s y s t e m h a sb e e nf i n i s h e dc o n s t m c 6 0 na n d p u ti n t o 鲫f c i c en o r m a l l yf o rs o m e 血n e k e yv v o r d s ：s u b s t a t i o n ；i n t e g r a t e da u t o m a t i o n ；c o m m u n i c a t i o n ；o p t i c f i b e r ；t e l e c o n t r o l 湖南大学 学位论文原创性声明 本入郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立迸行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 名：羔齐h 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 、7- 作者签名：彳，本1 , - 弋 日期：批年r 月，1 日 导师签名：勃藿劈 日期：o l - 年，月，日 1 1 通信系统发展概述 第1 章绪论 当今世界是由物质、能量和信息三大要素所构成。担任信息传递的通信技术 的发展代表者人类社会的文明和进步。因此，从事通信工作的人员应该了解通信 技术的过去和现在，预铡未来的发展。 自人类存在以来，在生存斗争中总是要进行思想交流和消息传递。远古时代 的人类用表情和动作进行消息交换，这是人类最原始的通信。在漫长的生活斗争 中，人类创造了语言和文字，进而用语言和文字( 书信) 进行消息的传递。这种 通信方式一直保留到今天。 在电信号出现以前，人民还创造出许多种信息传递的方式：如古代的烽火台、 金鼓、旌旗，航行用的信号灯等。这些方式，可以在较远的距离之间及时地完成 信息的传递。 大约从1 8 0 0 年，伏特( v o l t a ) 发明电源以来，人们就试图用电技术进行通信。 在1 8 3 7 年，莫尔斯( m o r s e ) 第一个发明了电信号的通信有线电报通信“j 。这 种通信是利用导线中电流的有无来区别传号和空号，并利用传号和空号的长短进 行电报符号的编码。这给远距离的信息传递揭开了崭新的一页，标志着通信技术 进入了电的时代。 在发现了电磁感应现象以后，1 8 7 6 年贝尔( a g b e l l ) 利用电磁感应原理发 明了电话机，从而可以直接利用导线上电流的强弱来传送语音信号，通信技术的 发展又迸了一步。这种通信方式一直保留到今天。但是这种有线通信方式建造线 路的代价很高，甚至在有些情况下( 如隔海洋) 是难以实现的。 1 8 6 4 年麦克斯韦( m a x w e l l ) 预言了电磁波辐射的存在，1 8 8 7 年赫兹( h e r t z ) 通过实验加以证实，这为现代的无线电通信提供了理论依据。无线电波可以在大 气媒质中传播，不需要价格昂贵的线路投资。这一理论的创立大大推动了通信技 术的发展。 在实践中，人们发现正弦波易于产生和控制，在2 0 世纪初期就出现了用代表 信息的信号去控制高频正弦波振幅的调制方式一a m 制( 调幅制) 。它的出现使 通信打开了新局面，它不仅可以传送语音、电报，还可以传送音乐、图象等。这 种a m 通信方式使点对点通信发展到了点对面的通信( 如广播) ，深刻影响着人们 的生活。 调幅制传送信号容易受到噪声干扰，使信号失真，影响通信质量。1 9 3 6 年， 发明了抗干扰能力比a m 制强的调频技术( f m ) 。f m 制不仅提高了抗干扰能力， 而且大大推动了移动科技的发展。a m 和f m 制的应用标志着本世纪3 0 年代是世 界上模拟通信的兴旺时期。 自从1 9 2 8 年耐奎斯特( n y q u i s t ) 定理提出到1 9 3 7 年瑞维斯( a h r e e v e s ) 发明了p c m ( 脉冲编码调制) 通信，使通信技术由频分制、( f d m ) 发展到时分制 ( t d m ) ，由模拟通信发展至q 数字通信。数字通信是将模拟信号数字化以后再传送， 进一步提高了抗干扰能力。1 9 5 0 年贝尔实验室制造出第一台实用的p c m 设备。新 器件的出现对通信技术起着很大的推动作用。数字通信不仅可使人和人之间通信， 而且能完成人与机器、机器与机器之间的通信和数据交换，为现代通信网奠定了 良好的基础。 随着通信容量的增加和通信范围的扩大，1 9 5 5 年皮尔斯( p i e r c e ) 提出卫星通 信的设想。在1 9 6 2 年发射了人类历史上第一颗通信卫星电星号( t e l $ t a r ) 。为 国际通信开辟了道路。这一技术的发展与大规模集成电路( l s i ) 的出现有着密切 豹关系。集成电路的出现，使通信设备小型化，可靠性提高，它对空闻通信起了 促进作用【2 l 。 更大容量和更加可靠的光纤通信。在6 0 年代初已经闯世，在8 0 年代以后得 到了广泛的运用。在这方面，我国正在紧追世界先进水平。目前，我国的光纤通 信正处在大面积应用阶段。 当今社会处于信息时代，人们要求通信系统能够更加迅速、有效、准确、可 靠地传递信息，从而充分乖j 用社会上现有的财富帮更好地发挥各种资源的效用。 因此，一个综合性的信息交换网正在形成。这就是“计算机技术、通信系统和自 动化系统”构成的完整信息交换系统。8 0 年代以来，全球化的综合业务数字网 ( i s d n ) 应运而生。以其的传输容量大、反应迅速、可靠性高成为了发展和研究 的新方向。1 9 9 4 年，c c i t t 有关组织( 啦e 的8 0 2 委员会) 推出了i 系列关于i s d n 的功能、鼹络结构、接口及弼络互联等方面的建议。可以预见，i s d n 是今后一、 二十年世界通信发展的必然趋势0 - 4 t 。 到了9 0 年代末期，计算机得到大规模的应用、普及，因特网( i n t e r a c t ) 的迅猛 发展，在把人们带入神奇的数字世界的同时，也给通信发展带来了前所未有韵机 遇和挑战，进一步推进了通信技术的发展。 回顾通信的发展历史，可以看到通信技术是何等年轻，而又是发展得何等迅 速的新技术! 短短一百多年的时间，从简单的通信技术发展为通信科学。这样迅 速的发展原因除了生活实际、社会要求和新器件发明的推动之外，通信理论的指 导起着十分重要的作用。在本世纪四、五十年代通信理论的发展出现了高峰，过 滤和预铡理论、香农信息论、纠错编码理论、信号和噪声理论、调制理论和信号 检测理论等使通信理论在有效性和可靠性的研究方面出现了突破。这些理论使通 垦要兰垄堡主兰垡丝兰 信技术变成了通信科学。尽管如此，通信目前仍不能满足人民越来越高的要求。 一般而言，技术来源于科学，推进社会进步，又不断发展，可以预见，通信技术 必将随着其他技术的发展而共同进步。 1 2 通信系统在电力系统中的作用和要求 我国的通信格局内有许多家通信网，如电信通信网、铁路通信网、公安通信网、 军队通信网和电力系统通信网等。电力系统通信网是国家专用通信网之一，是电 力系统不可缺少的重要组成部分，是电网调度自动化、电网控制自动化和企业管 理现代化的基础，是确保电网安全、经济、优质运行的重要手段。电力系统通信 为电力调度、水库调度、继电保护、安全自动装置、电网调度自动化、电网控制 自动化、电能计费、计算机通信、电视会议、雷电定位系统、故障录波、m i s 系 统和电力公司的企业管理等提供多种信息通道并进行信息交换。电力系统通信网 主要为电力生产服务，同时也为基建施工、防汛抗灾、企业管理等服务，为电力 职工服务。 随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，人民群众对电力的需求量 越来越大，对电能质量、供电可靠性等指标也提出了更高的要求。如何保证安全、 优质、持续、可靠、经济地向广大客户供电，成为了摆在各级领导、生产指挥人 员、调度运行人员面前一个相当突出的问题。要解决这一问题可以依靠三个途径： 一是进行城市电网建设与改造工程( 简称城网改造) 和农村电网改造，改造电网 结构，使其日趋合理；二是在变电站和开关站安装远动装置r t u ，监控变电站、 开关站的运行状况和实现远方操作。实现调度自动化、变电站自动化及配电网监 控自动化；三是地理管理信息系统( g i s ) ，实现基于i n t r m u e t 和浏览器( m ) 的计 算机信息联网，不断提高交电站、开关站配电网络管理的现代化水平以实现优质 可靠供电【，】。 变电站、开关站实现自动化需要高可靠性、高速度的信息通道来传递主控中 心( 调度端) 到大量变电站和开关站的远动装置( r t u ) 之间的信息、数据和控 制信号以及提供话务通道，因而变电站、配电网自动化和管理信息系统( m i s ) 除 了要求其本身要有极高的可靠性外，在很大程度上，取决于通信网所提供的信息 数据通道( 即信道) 的可靠性。 随着目前变电站、输电、配电网络的电压等级不断提高、容量的不断扩大， 以及用户对电能质量、可靠性要求的不断提高，准确、高速、低耗地传递变电站 的运行工况、方式变化及数据变化已是一个刻不容缓的要求。因而调度端与r t u 端信息传递的通道显得极为重要。变电站、配电网和管理信息系统对通道的要求 般有； ( 1 ) 通信的可靠性； ( 2 ) 通道的误码率低于1 矿； ( 3 ) 通信系统的性价比应该合适，通信系统的投资额与变电站、配电网和管 理信息系统的投资比例应该合适： ( 4 ) 满足调度自动化系统和m i s 数据传输的速度； ( 5 ) 提供双向通道的能力； ( 6 ) 在变电站停电和故障时有通信能力； ( 7 ) 有足够带宽传输大量数据； ( 8 ) 方便运行、维护； ( 9 ) 有一定的扩展性和通用性。 目前，在国内电力系统中传递控制信号、运行情况、数据变化以及语音通话 的通信方式有许多种，如在电力系统中广泛应用的电力线载波、无线微波数据通 信、利用音频电缆以及近年来经过一段时闻应用已有后来居上之势的无线扩频、 光纤通信、扩频载波、卫星中继等方式。可以说现在的通信家族里的成员是五花 八门、多种多样，函括了从天上到地下、从有线到无线的各个层次。它们的得以 广泛应用，使得电力系统能够形成一套强大而可靠的不依赖于外界独立运行的通 信网传递调度、保护、综合自动化、企业管理的信息，为电力系统的安全、稳定 运行发挥了极大的作用。 1 3 本文的主要工作 2 0 0 0 年以前，长沙电力局所在地长沙县东北部由于没有高电压等级变电站， 东北部近十个乡镇的供电就依靠一条3 5 k v 的输电线路进行供电。电网结构薄弱， 供电半径过大导致末端电压偏低，严重制约着长沙县东北部的经济发展。为了彻 底解决这一问题，长沙电力局于2 0 0 0 年下定决心，经过努力多方筹措资金，建设 了安沙1 1 0 k v 变电站。这个变电站的立项、动工、竣工、验收都经过了严格的把 关，工程中的土建、一次、二次、综合自动化、通信等项目都经过了严谨的论证， 是一个成功的变电站建设工程。其中，关于安沙变电站应该采取何种通信方式的 问题曾经出现过多种分歧，本文作者作为工程技术人员参与了讨论并提出了自己 的观点 6 - 7 1 。 结合国内外有关变电站综合自动化和配电网自动化系统的通信技术，剖析了 目前我国变电站通信系统的现状及其发展趋势；针对现有的典型通信方式( 包括 自动化系统内部数据的通信方式、综合自动化系统一变电站端到调度端的远动通 信方式) ，在对性能价格进行全面比较分析的基础上，提出了适合我国国情的若干 种较好的通信方式；以安沙变电站为对象，经过技术经济分析，优选出一种最合 _ d ：。：。些墼塑些篓鍪圣：。：。：一 适的通信方式光纤通信。最后，论文就安沙变电站光纤通信工程的实施过程、 实施过程中遇到的问题及其解决方法进行了允析，并给出了对以后的工作具有 定指导意义的结论。 第2 章远动数据通信的基本方式 电力系统中，人们经常会听到远动数据、综合自动化等概念。究竟什么是远 动数据，它以什么样的形式进行传输，以什么样的格式来区别，本章简要介绍了 这些内容。 2 1 远动数据 远动设备r t u ( r e m o t et e r m i n a lu n i t ) 在电力系统是一个经常出现的名词， 英文直译为远方终端单元。在电力系统中远动设备一般安装在一些需要被监视运 行状况和进行远方控制的场所如发电厂、变电站甚至一些重要的电力电缆馈线上。 r t u 的基本功能是： ( 1 ) 对电力系统的电压、电流、功率、温度等模拟量进行处理使之成为计算 机能够接收、识别、传输的数据并及时将其传输至远方( 调度、监控等) ： ( 2 ) 接收处理断路器位置、刀闸位置、保护信号等数字量并及时将其传输至 远方( 调度、监控等) ； ( 3 ) 接收远方发来的遥控、遥调等操作信息并完成相应的的操作； ( 4 ) 对电度量进行积分计算。 目前市场上新出现的r t u 具备了许多扩展功能，在此不一一叙述。远动设备 所传输的数据即是远动数据。远动数据的传输方式、数据格式等将在以下部分说 明。 2 2 数据传输方式 计算机系统中，设备间的数据基本通信方式有并行通信、串行通信两种方式。 并行通信，数据通路需要用n 条线同时传送f i 位数据；串行通信，数据一位一位 顺序传送。如打印机与计算机、硬盘与c p u 之间的数据传输方式都是并行通信方 式；键盘与主机、r t u 与调度端都是串行通信方式。下面讲述这两种数据传输方 式。 2 2 1 并行通信方式 并行通信方式的数据通路需要用n 条线同时传送n 位数据【s 】。 例如字长为8 位的并行i o 数据通路必须提供8 条数据线，丽控制通路至少要 有2 条数据线提供应答信号，其中一条来自i o 设备，表示请求并行输入腧出， 一条送到f o 设备，表示c p u 允许提出新的i o 请求。8 位并行接i ：i 的数据通路需 要l o 根线。在远动系统中经常使用的并行传输芯片是8 2 5 5 a ，8 2 5 5 a 是i n t e l 公 司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有3 个8 位的并行i o 口，具有3 种方式， 可通过程序改变其功能，使用灵活方便，通用性强，一般作为远动外围设各连接 时中间接口电路。 2 2 2 串行通信方式 串行通信是指将构成字符的每个二迸制数据位，依据一定的顺序逐位进行传 送的通信方法。在串行通信中，有两种基本的通信方式，即异步、同步两种通信 方式。 1 异步串行通信 异步通信规定了字符数据的传输格式，即每个数据以相同的格式传送。每个 信息字由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。异步通信中，每个字符要 用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，以至占用了时间，传输速率没有 同步通信高。但是，由于异步通信在每个字符中都进行了数据的检验和校验，在 通道质量不高的情况下，可以有效地提高数据的准确性，所以远动通信一般采用 异步通信。 2 同步串行通信 同步串行通信是通过同步字符在每个数据块传送开始时使收、发双方同步， 每位占用的时间都相等，字符数据之问不允许有空隙，当线路空闲或没有字符发 送时，发送同步字符。同步串行通信的特点是传输速率较高，但是在通道质量不 高的情况下，一帧数据只要有一个字节出现问题，便会导致这一帧数据包全部被 丢弃，这在实际运用中是有局限性的。因此在远动通信中，采用同步串行通信作 为通信方式的例子并不多见。部颁c d t 远动传输规约中，同步码有三组d 7 0 9 或 e b 9 0 。 2 3 数据传输规约 厂站端远动装置与主站端的电网调度自动化系统进行通信，必须遵守一定的 规则。即要有通信传输规约嘲。目前较常用的远动通信规约有两类，循环数字传送 ( c d t ) 方式与问答( p o l l d 晒) 方式。 c d t 方式为远动系统早期发展并使用的方式，p o l l i n g 是近期发展并使用的 耋望錾曼婪篮墨錾墼堇盐 方式。p o l l i n g 方式有许多优点，但由于历史原因，c d t 方式在国内仍是使用较 多的远动通信规约。 2 3 1 循环数字传送( c d t ) 方式 c d t 方式简介： c d t 方式即循环数字传送方式，它采用可变帧长度、多种帧类别循环传送，变 位遥信优先传送，重要遥测更新循环时间短，区分循环量、随机量和插入量采用 不同形式传送数据消息，以满足电网调度安全监控系统对远动信息的实时性和可 靠性的要求。 c d t 方式的特点： ( 1 ) 数据传送以厂站端为主，以固定的传送速率循环不断地发送厂站端数据 给主站端，而主站端被动接收； ( 2 ) 数据格式在发送端和接收端事先约定好，以帧的形式传送按时间顺序首 先发一个起始同步帧，然后依次发送控制帧和信息帧。这样连续循环发送，周而 复始。主站端在接收到数据后，首先检出同步码，然后根据帧代码，判断是哪一 个遥测量、遥信量或其他信息等； ( 3 ) 帧长度随被测点的增加而增加，使实时数据从厂站端到主站端的时间受 到限制。为了提高实时数据送往主站的速度，可采用遥信变位优先插入传送，将 上行遥测量数据分类，重要遥测量数据更新周期缩短，非重要遥测量数据更新周 期增长等方法，以保证对远动信息的实时性和可靠性的要求。 c d t 方式的缺点： ( 1 ) 一台r t u 要占用一路通道，只能用“点对点”方式，通道占用率太高， 投资大，如有下行信号( 遥控、遥调等) ，则要占用上行、下行两条通道； ( 2 ) 由于不断传送数据，使通道上的数据流量相当大，对通道传送的正确性 要求较高，传送中的误码率相对比较严重。 2 3 2 问答( p o l l i n g ) 方式 p o l l i n g 简介： p o l l i n g 方式即问答方式，是由调度端主动地按顺序依次“调用”各厂站的 信息；作为厂站端，仅在自己受到调度端的“召唤”时，能够送出自己的信息。 它的优点是比较灵活，对各种类型的信息可以区别对待。问答方式由于是调度端 发令，厂站端执行，所以可以灵活地改变组合功能，而厂站端不必做什么改动： 另外，还能够使用于任何形式的通信网络，可以在一个传送通道上连接多个厂站 端，节省了通道投资。 f 日等学力硕士学位论文 p o l l 矾g 方式的特点： 以主站端为主，依次向各个r t u 发出查询命令，各r t u 根据查询命令进行 回答，回答信息串是可变的。 p o u ，蹦g 方式的优点： ( 1 ) 节省通道，因为p o l l i n g 方式的通道占用率低，几台r t u 可共用一个 通道，提高了通道的利用率； ( 2 ) 为保证实时性，采用“变化传送”的方式，每次查询回答的数据，仅是 数据发生变化或状态发生变化的那些监测点，这就可大大压缩数据块的长度，从 而提高数据传送的速度： ( 3 ) 容易实现r t u 之间的同步： ( 4 ) 通道适应能力强，能适应不同类型的通道结构，如点对点、星形、辐射 形和环行结构，全双工通信和半双工通信方式等： ( 5 ) 同一通道可传送上行、下行信号： ( 6 ) 自动切换备用通道比较容易实现。 p 0 l l 烈g 方式也有它的缺点： 由于传输速率较高，因此对通道质量的要求较高。一旦上、下行遐遵任何 块出现问题，即可能导致出现调度自动化主站系统与r t u 之间的数据通信完全中 断。 第3 章变电站综合自动化通信系统的典型方式 国内的变电站通信方式多种多样，主要有音频电缆、电力线载波、微波通信、 无线扩频、光纤通信、卫星通信等多种方式。其中音频电缆、电力线载波、微波 通信等几种方式已经在八十、九十年代得到了长足的发展和极为广泛的应用，并 在电力系统的通信系统中发挥着巨大的作用。在九十年代末期光纤通信、原用于 军事领域内的扩频通信方式，以及租用卫星通道来作为变电站通信方式的实例越 来越多，较之以前的几种通信方式显示了较高的性价比和更为广阔的发展前景。 本章就这几种通信方式进行较为详细的介绍。 3 1 电话线( 音频电缆) 方式 电话线已经被电力局广泛应用于s c a d a 和继电保护中，长期的实践证明它是 一种成功的通信方式。单从技术角度来看，利用电话线通信是很适合调度自动化 系统通信的。利用电话线通信可以达到较高的波特率，而且可以实现双向通信。 但是，电话专线的租用费用往往较高，并且电力局无法完全掌握通信路由的维护 以确保其可靠运行。这些缺点降低了在调度自动化系统中使用电话通信的积极性。 此外，还有许多电话线未能覆盖到的区域，为这些区额域外架设专线的费用也是 较高的。 为了利用电话线传输数据就必须将数字脉冲转化为3 0 0 - - - 3 4 0 0 h z 的话带信号。 通常可采用两个方法达到这个目的，一种是通过m o d e m ( 一般时方式) ，另一种 方式是采用数字音频转换芯片( 如m o t o r o l a 公司的m t 8 8 8 0 ) 将数字脉冲信号转 换为音频信号( d t m f ) 采用m o d e m 的方式可以达到更高的速率，但其设备的造价较高。采用双音 多频信号( d n 伍) 方式时，0 - 9 十个b c d 码分别可采用两个音频频率的组合代 表，并规定每5 l m s 或1 0 2 m s 发送一个b c d 码，这样传输速率大致为2 0 b i t s 或 1 0 b i t s ，显然较m o d e m 方式慢，明显不能够用于变电站综合自动化的数据远传。 但是，这种方式也有它的优点，那就是其设备的造价很低。 利用电话线传输数据可分为租用电话专线和公用电话网拨号电话两种方式。 采用租用专线电话线的方式能传输高达2 4 0 0 b i t s 的数据，但必须支付较高的 租金。这种方式适用于对通信要求较高的场合。变电站综合自动化的语音、数据、 甚至图象远传可以采用这种方式。 采用公用电话网的拨号方式代替租用专线可大大降低使用费用，并且在接通 垦簦茎查曼主兰丝兰兰 后也能达到较高的通信速率( 2 4 0 0 b i t s ) ，但是，连通的时问( 包括拨号、振铃检 测和摘杌) 较长，尤其遇上通道忙，一时接不通的情况。值得一提的是，采用拨 号电话方式后，由于连通时问构成了一次通信的主要部分。所以采用m o d e m 方 式相对于d ，哺但方式而言，在传输速度上并没有明显的优势。 综上可知，变电站综合自动化在采用电话线作为远动、语音等信号的传输通 道对，可采用m o d e m 方式和刹用公用电话网拨号，即可以满足远动数据的远传 要求。 采用电话线传输数据利用了电话网的现有资源，因此具有简单、投资少、见 效快使用方便等优点。一般的接线方式如图3 1 。 刖 徊鬻i 圈3 1 利用电话圈传递远动信息接线示意圈 但是，采用这种方式存在以下不足： ( 1 ) 利用电话线作为传输介质有它的局限性，传输速率受限，一般在2 4 0 0 b i t s 以内，这样的传输速率很难满足将来电力系统综合数据业务网的要求； ( 2 ) 有的街区从市容角度出发，不允许架线横过马路，这使得架设电话线困 难重重； ( 3 ) 电力公司无法完全掌握电话线的维护以确保其安全运行，当电话线断裂 或电信部门分组交换设备出现问题时，可导致自动化系统瘫痪，使得电力部门对 外界依赖过重； ( 4 ) 电话线难以覆盖到所有区域； ( 5 ) 传输差错率过高，误码率往往高达l n l 矿；抵抗外界干扰的能力不够； c 6 ) 传输距离受限制，因为对于长距离传输，由于经过多段转接，群延时大， 信号畸变严重，因此必须对线路采取均衡措施； ( 7 ) 拨号电话的连通时问长而且有时接不通 ( 8 ) 从一次投资和以后的运行费用上看，设备投入运行的费用根低，但是以 后的运行费用还是比较高的。 3 2 输电线载波方式 自从本世纪2 0 年代电力线载波通信( p o w e f l i n e c e r r i e f ；筒称为p l c ) 推出 以来，p l c 已经成熟而有效地应用于电力系统中。主要服务于用电力传输线传输 继电保护、s c a d a 和语音通信所需的消息。在藐国，电力线载波通信获得了极为 广泛的应用，取得了大量成功的经验，可谓是遍地开花。这种通信方式可以沿着 电力线传输到电力系统的各个环节，而不必考虑架设专用线路，并且p l c 不必经 过无线电管理委员会( f c c ) 的许可，使用载波方式减少了不少麻烦。 依电力线载波所采用的通信线的不同，p l c 分为输电线载波通信( t r a n s m i s s i o n l i n ec a r r i e f 简称为1 r i ) 、配电线载波通信( d i s t r i b u t i o nl i n ec a r r i e l 简称为d l c ) 和低压配电线载波通信( 又称为入户线载波通信) 三类。 按照传输方式的不同，电力线载波通信可以分为一线对地方式、两线对地方 式、相间结合传输方式( 即利用同一回线路的两条楣线的传输方式) 和四线问结 合方式。 按照电力线载波通信所传递的信号特征可分为模拟载波通信、数字载波通信、 扩频载波通信三类。 电力线载波通信将信息调制在高频载波信号上通过己建成的电力线进行传 输。对于电力线载波通信，载波频率一般是1 0 - 3 0 0 k h z ，对于配电线载波通信， 载波频率一般是4 0 1 5 0 k h z ，对待传输消息的调制可采用幅度调制( a m ) 、单边 带调制( s s b ) 、频率调制( 刚) 或移频调制( f s k ) 。 变电站载波通信的设备有在调度端安装的多路载波机( 称主站设备) 在变电 站各r t u 处安装的变电站载波机( 称从站设备) 和高频通道。高频通道主要由高 频阻波器( 简称阻波器) 、耦合滤波器和结合滤波器组成。 高频阻波器是用以阻止高频载波信号向不需要的方向传输的设备；耦合滤波 器的作用是将载波设备与线路上的高电压、操作过电压和雷击过电压隔开，以防 止高电压进入通信设备。同时使高频信号能够顺利耦合到线路上。结合滤波器是 与耦合电容器相配合将载波信号耦合到线路上去，并抑制干扰进入载波机的设备， 它由接地刀闸q 、避雷器f b 、排流线圈l l 、调谐网络l 2 、c 1 和匹配变压器t 组 成。如图3 2 。 图3 2 结合滤波器的组成 同等学力硬士学垃论文 在发送端载有信息的载波信号经耦合滤波器和结合滤波器注入电力线传往接 收端，在接收端通过耦合滤波器和结合滤波器将调制信号从电力线上分离出来， 并经调制解调装鼍将信号提取出来，为防止高频信号进入变电站，还必须加装阻 波器。 电力线载波通信在电力系统中运用很好，因为它不但简单而且很少间断。从 巨前韵技术水平看，一个典型的变电站载波通信系统可以达到1 5 0 一- t 2 0 0 b i t s 的波 特率，并可以满足双向通信的要求，可以有一定的带宽以传送语音、s c a d a 数据。 对于目前规模的变电站自动化要求而言，是可行的、较经济的一秘方式。 从传递变电站综合自动化信息的可靠性上来看，由于载波通信的信噪比低， 因此只有采用频率调制( f m ) 或移频调制( f s k ) 方式才能实现较为稳定的数据 传输。 在进行输电线载波通信方案设计、选型时，应充分考虑到以下问题： ( 1 ) 随着线路结构的变动( 分段开关、联络开关、分支开关的动作) ，载波 信号的衰减情况也随之发生变化。设计时应考虑最坏的情况。 ( 2 ) 随着输电线负荷的变动，载波信号的衰减程度也随之发生变化。一般负 荷越重，衰减越严重。设计时应考虑最坏的情况。 ( 3 ) 电缆线线、线地之间分布电容较大，因此对载波的衰减较大，并且频 率越高，衰减越大。因此在埋有电缆的载波应选用较低的频率。 综上所叙，电力线载波通信有如下优点：可以完全为电力公司控制，因而利 于管理；可以沟通电力公司的任何测控点；不需要得到无线电管理委员会( f c c ) 的许可。但是电力线载波通信的数据传输率较低，易受干扰非线形失真和信道间 交叉调制的影响。而且电力线载波通信系统所采用的电容器和电感器体积巨大， 价格也较高。此外安装尸外开关处的电力线载波设备的接地刀闸不便于处理。 电力线载波通信在电力系统中得到了极为广泛的应用，目前情况下也能基本满足 电力系统调度端对分站的数据要求。但是，随着形势的发展，该通信方式在通信 速率、带宽、抗干扰性能上、性价比方箍所暴露的矛盾会越来越突出，在电力发 展突飞猛进的今天，单纯依赖这种通信方式是很难全面满足各种要求的。 3 3 微波通信 微波通信是采用空间视距传播的方式，在电力系统中作为一种重要的通信方 式得到广泛应用。微波通信之所以引起人们的极大关注并对其进行广泛研究且取 得在各个领域的迅猛发展，主要是因为它有如下特点： ( 1 ) 波的似光性。微波的波长与光波的波长差不多，基本上是在同数量级， 并且它的波长与地球上的一般物体( 如飞机、轮船、导弹等) 的尺寸相比处于同 安沙变电站通信系统的设计 一数量级或更小，当微波照射到这些物体时会发生显著的反射。其传播特性与几 何光学相似，能象光线一样地传播和容易集中，即所谓的“似光性”和直线传播 的特点。 ( 2 ) 微波具有穿透性。当微波照射到物质上能够深入到物质内部，我们可以 利用微波来研究分子和原子内部。在电力系统微波通信的实际应用中可利用这一 特点来提高微波长距离传播消息的能力。 ( 3 ) 微波可以穿透电离层。我们利用微波来实现全球通信，如全球卫星通信 网等。 ( 4 ) 微波的研究方法与低频电路不同。在低频电路中采用的是路的概念和方 法，用电路的基本理论来分析低频电路；而在微波电路中需要采用场的基本理论 和方法，即采用电磁场的方法来分析。 微波中继通信是一种重要的远距离通信方式，它具有通信容量大、通信质量 高等特点。目前它是国际上共同采用的一种很重要的远距离传输消息的通信方式。 微波是频率较高的无线电波，它除了具有无线电的一般性质外，由于它的波长很 短，所以还具有自己的一些特点：如似光性。它在自由空间象光线一样自由传播， 具有方向性。传播过程中遇到介质会产生反射和折射现象，因此它具有似光性和 直线传播的特点。又由于地球是一个椭球体，所以决定了微波必须采用“微波中 继”的方式，否则，它会偏离地球，而不可能到达目的地。 微波中继通信与其他通信方式相比，是具有一定优势的。其优势如下： ( 1 ) 频带很宽，可以容纳更多的无线电设备工作； ( 2 ) 在微波频段，无线电设备的通频带很宽，可以容纳更多的话路和远动信 息的传输； ( 3 ) 在微波频段，受工业、天体电场和宇宙外部的干扰很小； ( 4 ) 微波受气象的影响小，可以提高通信系统的传输质量，提高系统的工作 稳定性： ( 5 ) 微波具有很强的方向性，可以节省发射设备的输出功率，使通信设备简 化； ( 6 ) 微波直线传播，采用点对点方式，因此保密性较好。 因为微波通信具有以上的特点、优点，所以这种通信方式在二十世纪九十年 代早期的中国电力系统中获得了广泛的应用，发挥了极大的作用。但是，随着九 十年代末期多种新技术的出现到应用，相比之下，微波通信也暴露了它的一些弱 点。其一，微波通信一般是点对点的通信方式，对于每个远动分站都要单独地建 设一对微波通信设备，技术较复杂，造价也较高；其二，微波通信属于无线通信 方式，也会受到气象情况、微波通信设备视距干扰的影响。随着近年的新技术如 光纤技术、扩频通信技术的出现，这些新技术的带宽更宽，数据通信传输速率更 高，性价比方面较之微波通信也有一定的优势。因此，微波遥信的应用近年来逐 步减少。 3 4 光纤遥信 光纤通信是以光波作为信息载体，以光导纤维作为传输介质的先进的通信手 段l n l 9 1 。目前光纤通信技术已经成熟，并且已经在电力系统中广泛应用。与其它 通信技术相比，光纤通信具有以下优点： ( 1 ) 带很宽，通信容量大； ( 2 ) 传输衰耗小，适合长距离传输： ( 3 ) 体积小，重量轻，可绕性强，敷设方便； ( 4 ) 输入输出问电隔离，不怕电磁干扰： ( 5 ) 保密性好，无漏信号和串音干扰； ( 6 ) 抗腐蚀，抗酸碱，且光缆可直埋于地下。 光纤通信系统的组成如图3 3 。 圈3 3 光纤通信系统的组成 图中电端机完成对信息源的处理，如多路复用和复接分接等；光端机的发送 端内含有光源，它完成将电信号转化为光信号，并输入光纤传到远方；光端机的 接收端内含有光检测器，它完成将来自光纤的光信号还原为电信号，并输入到电 端机的接收端；中继器完成将经过长距离传输后被衰减和畸变的光信号放大、整 形和再生成一定强度后，继续传向远方。 按照传输的光波长划分，光纤通信系统可分为： ( 1 ) 短波长光纤通信系统，工作波长为0 8 加9 微米，中继距离短于l o 公里； ( 2 ) 长波长光纤通信系统，工作波长为1 肛1 6 微米，中继距离可以大于1 0 0 公里： ( 3 ) 超长波长光纤通信系统，工作波长为2 。0 微米以上，中继距离可达到1 0 0 0 公里以上。 按照光纤的种类来划分，光纤通信系统可分为： ( 1 ) 多模光纤通信系统，采用多模光纤，传输容量小，一般在1 4 0 m b i f f s 以 下： ( 2 ) 单模光纤通信系统，采用单模光纤，传输容量大，一般在1 4 0 m b i t s 以 上。 按照传输的信号形式划分，光纤通信系统可分为： ( 1 ) 光纤数字通信系统，传输数字信号，抗干扰能力强； ( 2 ) 光纤模拟通信系统，传输模拟信号，抗干扰能力较弱，仅适用于短距离 传输。 按照网络的形式来划分，光纤通信系统可分为点对点光纤通信系统、t 型光纤 通信系统、环型光纤通信系统和星型光纤通信系统等几类。 点对点光纤通信一般用于设备内部通信( 如联系分布式r t u 内部各智能模块 的串行总线) 或设备之间短距离通信( 如智能设备与l e d 之间) 。这种方式的费 用较低，为进一步节省造价，可以采用多模光纤。 t 型光纤通信系统、环型光纤通信系统和星型光纤通信系统适合于光纤通信网 络。其中环型光纤通信系统中，也可以采用光电光式中继器的电端口作为节点的 串行i ，o 口。公用光纤通信网络中的电端机一般提供经调制( 如p c m ) 和复接后 的一次群e 1 信号( 2 0 4 8 m b 甜s ) 。 在调度自动化中，可以利用供电局和各变电站间开通的光纤电话网进行数据 传输。此时光纤通过m o d e m 将数字脉冲信号转化为话带信号磊占一路通道传输； 也可以架设光纤通信专用网络传输数据信息。此时除了选用一般光端机外，还可 以选用自愈式光端机。当光缆出现故障时，自愈式光端机可以自动选择路由，当 故障消失后自动恢复。当然，随着性能的提升，自愈式光端