电力系统通信技术及规划

2020 4 16 1 电力系统通信技术及规划 2020 4 16 2 2020 4 16 3 前言 2020 4 16 4 电力通信网是电网的基础设施 依托电网进行建设 并为电网服务 随着二次系统技术的不断发展 大二次整合的不断推进 通信专业的重要性不断提升 同时 通信与信息系统 电机 分属于不同的专业范畴 项目前期工作人员对通信专业的了解有限 亟须沟通交互 本报告的目标人群 电网规划 项目前期工作人员本报告主要内容 电力通信技术的普及性介绍 电力通信规划的总体介绍 在可行性研究阶段 通信设计工程实例 2020 4 16 5 通信技术 2020 4 16 6 通信网按功能大体可划分为传输网 业务网和支撑网三部分 传输网是 信息 广域交互的基础平台 业务网可以更灵活地适应小颗粒业务的接入 交换等 支撑网用于满足系统同步运行 并实时监控设备状态 电路调度等 2020 4 16 7 电力通信传输网主要有光纤通信 微波通信和电力线载波通信三种方式 远景还将增设卫星通信作为应急通信手段 其中光纤通信占据绝对优势 微波电路的最主要优势在于抗自然灾害的能力强 在风 雨 雪和冰灾时 信道质量会受影响 但通常电路不会中断 它的主要缺点是受通道阻挡 站址选择 信道带宽 信道误码性能等条件限制 微波电路已逐步萎缩 目前省干微波电路仍维持使用 地区微波电路已基本退役 电力线载波是一种濒临淘汰的技术 信道质量差 带宽非常小 应尽量避免使用 目前 电力线载波基本均用于500kV 220kV无光缆线路的线路继电保护通道 卫星通信仅用于应急通信 不作为正常通信方式 目前 卫星通信的资费已大幅度下降 地面站间的 M专线通道约1200元每小时 可按需申请 而卫星手机的资费则要低得多 已在牧区广泛使用 M带宽可满足30个常规电话同时通信 光纤通信的带宽 性能具有绝对优势 光缆价格低廉 因此成为绝对主流 光纤的带宽潜力巨大 实际带宽取决于设备制造水平 目前 江苏电力省干SDH电路带宽为10G 通过DWDM技术可实现32路信号同纤运行 传输网 2020 4 16 8 电力企业应用的光缆主要有OPGW ADSS和普通光缆三类 OPGW ADSS属于特种光缆范畴 可用于高压 大档距条件 即35kV及以上线路 普通光缆是相对于特种光缆而言的 泛指电信企业常用的无金属光缆 主要用于10kV架空线或管道敷设 OPGW OpticalfibercompositeoverheadgroundwireADSS All dielectricself supportingopticalcable 2020 4 16 9 左图为ADSS 下图为OPGW ADSS光缆由内到外为FRP加强芯 容纳光纤的松套管 填充绳 内护套 芳纶纱 外护套 OPGW由铝合金单丝 铝包钢单丝 容纳光纤的中空不锈钢管组成 2020 4 16 10 OPGW为金属结构 不存在电腐蚀的问题 可以应用于各类电压等级的送电线路 是否采用OPGW 主要取决于投资 工程需要的考虑 从运行情况来看 OPGW到主要问题是雷击断股 江苏已发生多起雷击断股事件 从OPGW到使用规模 运行的时间跨度来看 雷击断股的情况很少 而且多数情况可通过预绞丝修复 因此 OPGW成为近期电力光缆的首选方式 这里需要特别说明的是 江苏多平原 落雷密度低 OPGW雷击损伤是比较罕见的 在重雷区 广泛使用OPGW是有争议的 特别是在110kV线路上架设OPGW 这时ADSS应是一个较好的选择 OPGW综述 2020 4 16 11 常规地线多采用钢绞线 钢的熔点高 耐雷水平较高 而且结构简单 易修复 OPGW防雷 OPGW内置光纤 材质为铝合金 铝包钢 防雷性能远低于常规地线 OPGW的防雷性能主要取决于外层单丝的直径和熔点 因此 通常限定OPGW外层单丝的直径和材质 以确保耐雷能力 同时 为降低OPGW的落雷概率 匹配地线也要求逐塔接地 110kVOPGW的横截面较小 外层单丝通常采用小直径的铝合金单丝 耐雷水平有限 因此 在重雷区 舍OPGW而采用ADSS也是有一定道理的 2020 4 16 12 送电线路为双地线结构 需架设OPGW时 通常按一根OPGW 一根地线设计 地线匹配是指OPGW与地线的弧垂应接近 以保证铁塔两侧的防雷保护角基本一致 水平张力也尽量接近 即OPGW与地线的机械特性应尽量一致 线路发生单相接地故障时 OPGW与地线会流经短路电流 产生焦耳热 危及OPGW安全 首先对该段线路进行短路电流计算 根据短路电流水平合理设计OPGW和地线的分流能力 OPGW地线匹配及分流 2020 4 16 13 2020 4 16 14 1 测试样本为充有油膏的不锈钢管内的光纤 2 O表示没变色 SC表示轻微变色但可识别 WY表示黄色白色无法区分 G表示变成绿色 X表示变色且无法区分 2020 4 16 15 ADSS综述 ADSS为全介质结构 安装于相线以下 应用中存在的主要问题是电腐蚀和外力破坏 其中电腐蚀均发生在220kV线路 110kV及以下线路尚未发现电腐蚀 在500kV及以上线路 因电场强度过高 以目前的工艺水平不具备架设ADSS的可能 江苏ADSS应用较多 在2003年以后陆续发生多起220kVADSS电腐蚀断缆事故 镇江 徐州 扬州 宿迁和淮安地区陆续发现电腐蚀案例 ADSS电腐蚀的主要成因是电晕放电 干带飞弧和早期材质不过关 几乎所有的电腐蚀均发生在杆塔连接处 电腐蚀现象无法避免 但可以有效抑制 目前 抑制电腐蚀的措施已比较成熟 多数情况可以比较妥善地解决 2020 4 16 16 徐州 2020 4 16 17 淮安 2020 4 16 18 镇江 2020 4 16 19 500kV 220kV混压四回路 原则上应按双OPGW建设 500kV 220kV新建架空线路 原则上均采用OPGW 110kV电厂送出线 220kV变间的110kV联络线 220kV变与110kV枢纽变间的联络线 原则上应架设光缆 110kV馈供线仅在电源侧设单套距离零序保护 是否架设光缆视通信需求而定 110kV全线新建线路 推荐采用OPGW 110kV新老混合架空线路 可采用OPGW ADSS方式 也可全线架设ADSS 具体视新线路的绝对长度和比重而定 管道光缆可采用普通光缆或ADSS 优先采用普通光缆 以降低投资 20kV 10kV架空线 不宜架设光缆 调度端出局光缆除外 光缆纤芯配置 220kV同塔双回线 一般按36芯配置 110kV光缆 一般按24芯或16芯配置 调度端出局光缆 调度端至第一个变电所 原则上不低于36芯 光缆建设意见 2020 4 16 20 光传输设备 光传输设备的体制主要有PDH ATM SDH和IP 以太网几种 PDH PlesiochronousDigitalHierarchy 是早期的技术体制 点对点系统 带宽小 通常为4 2M 因设备价格低廉 个别场合仍在使用 例如 小型电厂接入 与电信企业电话交换机互联 ATM AsynchronousTransferMode 是2000年左右比较流行的技术体制 近年来技术发展已停滞 厂家已基本停产 现有ATM网络将逐步退网 淘汰 ATM体制由技术推动 因过于追求完美 系统复杂度极高 在ATM与IP之争中落败 最终被市场淘汰 ATM体制提出 统计复用 虚拟连接 定长分组 快速交换 等非常有建设意义的观点 这些观点被IP 以太网体制接受 IP InternationalProtocol 以太网 Ethernet IP体制由市场推动 跟踪业务需求 不断完善 已成为绝对主流 从目前的形势来看 业务全部IP化 IP分组由以太网封装成帧 以太网帧直接基于光纤传输 这种模式最有可能成为技术 市场的共同选择 2020 4 16 21 2020 4 16 22 SDH采用同步复接 低速信号线性复接成高速信号 SDH的基本速率单位为STM 1 155 52M 实际量产设备支持STM 1 STM 4 STM 16 STM 64 对应带宽 速率 为155 52M 622 08M 24488 32M 9953 28M STM 1内可容纳基群或四次群 即63 2M 2 048M 或139 264M 2020 4 16 23 SDH最突出的特点是支持环网保护 江苏境内的SDH环网保护型式主要有三种 二纤单向通道保护环 绝大多数情况 二纤双向复用段保护环 市 县 各城区 县区待建的主环 四纤双向复用段保护环 国网 华东电路 2020 4 16 24 二纤单向通道保护环 信号单向传输 A B与B A是不同路径 信号双向传输 选择接收 本地倒换 中心汇聚型网络 不支持共享环网 2020 4 16 25 四纤双向复用段保护环 信号双向传输 A B与B A路径一致 时延相同 故障相邻节点倒换 相邻型业务 支持共享环网 2020 4 16 26 DWDM是一种模拟技术 它可以将不同波长 频率 的光束合并成一束复合光送入光纤 也可以将一束复合光分成若干波段光束 这样就可以将多路光信号通过一组光纤传送 等同于扩展光缆芯数 且多路信号同时放大 换句话说 同塔N回路已经一次建成 后期增加变压器 配电装置就可以了 省干DWDM系统为10G 32波系统 也就是说系统最终规模为32个频段 每个频段的最高传输速率为10G 这样的带宽对于电力专网是足够的 2020 4 16 27 业务网综述 传输网负责广域 大容量 长距离的信号传输 业务网则负责业务的交换 汇接等 江苏的业务网主要有 电话交换网 会议电视网 调度数据网 综合数据网 MIS网等 电话交换网又分为调度电话交换网和行政电话交换网 江苏电话网均采用哈里斯交换机 电路交换模式 美国80年代军方产品 目前 电信企业中 传统电话交换机已逐步退出 电话均采用软交换模式 即IP电话 省内 在常州试点软交换 运行情况良好 利用调度数据网建设调度电话软交换网络 利用综合数据网或MIS网建设行政电话软交换网络 应是发展趋势 会议电视系统已在各县级单位布点 使用频繁 远景 宜在省内建设IP会议电视系统 可以简化会议召开模式 提高可靠性 降低建设 运行成本 2020 4 16 28 调度数据网组网示意图 2020 4 16 29 调度电话交换网组网示意图 2020 4 16 30 支撑网主要涉及网管 时钟同步和监控 SDH设备 电话交换机等通过网管系统管理上级过境电路设备的本地告警输出 通信专用电源或DC DC模块 通信专用蓄电池 动力 环境等由监控系统管理 目前 各地区公司的监控主站系统已建成投运 通信设备均需时钟同步支持 准确地说是频率同步 目前 各地区公司均已配置同步时钟设备 均按双GPS 双铷钟配置 支撑网综述 2020 4 16 31 通信规划 2020 4 16 32 传输网江苏电力传输网由三级网 省干网 四级网 地区主干网 和五级网 城区 县级网 组成 网间互联 网内分层分区 省干网为双层平面结构 即两套独立的传输平台 主平面为以省调 地调为节点的DWDM环网 采用SDHoverDWDM模式 DWDM系统容量为32 10G SDH系统容量为10G 次平面为以省调 地区第二汇接点 指定的500kV变 为节点的SDH环网 带宽为2 5G 第二汇接点具有准备调的地位 与地调构成地区与省网的两点接入 2020 4 16 33 2020 4 16 34 2020 4 16 35 四级网 市 县 由省公司牵头 统一建设 于2004年投运 均采用2 5G的SDH系统 各地区根据所辖的县公司数量及地理位置 分别采用单环网 相切双环或相交双环结构 设备厂家主要有中兴 朗讯 阿尔卡特和华为 五级网 市 县 变电所 供电所 通过县级电力信息网工程建设 并通过输变电工程逐步建设 扩展 五级网的现状已难满足生产需要 在十一五期间将陆续更新改造 并对网络结构进行调整 调整后的五级网将呈分层分区结构 依托220kV电网建设区域主环网 110kV及以下站点就近组成支环 两点接入主环 2020 4 16 36 地区主干网络结构示意图 2020 4 16 37 城区网分层分区示意图 2020 4 16 38 通信方案 2020 4 16 39 案例 2010年220kV项目包战略项目 220kV淮安南变 2020 4 16 40 马坝变是电网 电力通信网的重要站点 电网结构大致为 220kV六合 马坝 马坝 华能淮阴电厂 马坝 上河 这些线路上均架设有省网光缆 是省调至淮安方向的主要通道 从最早的省网ATM 到最新的省网DWDM均利用了上述光缆 同时马坝变又是宁射微波的站点 宁射微波通道大致为省调 盘城 乌石 马坝 洪泽 淮安 涟水 阜宁 射阳 射阳电厂 2003年都梁变投运 新建220kV都梁 马坝单回线 并将杨马线向西改接进都梁变 形成220kV杨都4673线 华能淮阴电厂 都梁变 马都4669线上架设一根16芯OPGW 杨马线改接进都梁变的西延段未架设光缆 杨马线改接点距离马坝较近 省网ADSS仍维持华能淮阴电厂 马坝不变 都梁变接入盱眙县级通信网 由马坝变 110kV盱眙变接入 2004年 淮安市 县环网建成投运 北环网大致通道为淮安地调 上河变 金湖县调 马