电力系统通信技术及规划

2020/6/121电力系统通信技术及规划2020/6/122汇报报告通信技术通信规划前言通信方案2020/6/123前言2020/6/124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：⑴电力通信技术的普及性介绍⑵电力通信规划的总体介绍⑶在可行性研究阶段，通信设计工程实例2020/6/125通信技术2020/6/126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。2020/6/127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２M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。２M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2020/6/128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。500kV220kV110kV35kV20kV/10kVOPGW√√√××ADSS××√√√×普通光缆××××√OPGW：OpticalfibercompositeoverheadgroundwireADSS：All-dielectricself-supportingopticalcable2020/6/129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。2020/6/1210OPGW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2020/6/1211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500kV220kV110kV35kV20kV/10kV常规地线GJ-80GJ-50GJ-35无地线无地线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。2020/6/1212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2020/6/1213地线OPGW-50OPGW-100OPGW-110OPGW-130OPGW-150计算截面(mm2)51.32100.02113.83128.21148.8外径(mm)9.913.314.3515.216.3单位重量(kg/km)323406466535614RTS(kN)50.2558.567.2580.7594弹性模量(N/mm2)14000093900950009780097100线膨胀系数(10-6/℃)13.417.917.717.417.5地线GJ-35GJ-50GJ-70GJ-80GJ-100计算截面(mm2)37.1749.572.278.94100.8外径(mm)7.891111.513单位重量(kg/km)295.1423.7615628.4798.7RTS(kN)47.258.284.9590.225118.6弹性模量(N/mm2)181420181420196130181423181420线膨胀系数(10-6/℃)11.511.51211.511.5地线LGJ-95/55JL/LB1A-95/55计算截面(mm2)152.81152.81外径(mm)16.016.0单位重量(kg/km)707.7639.2RTS(kN)78.183.6弹性模量(N/mm2)10500091000线膨胀系数(10-6/℃)15.317.12020/6/1214光纤色谱测量温度（℃）160180200210220240蓝-旧SCSCSCSCSCX橙OOOOOX绿OOOOOX棕OOOOOX灰OOOOSCX白SCSCWYWYWYX红OOOSCOSC本SCSCSCSCSCX黄SCSCWYWYWYX紫OOSCSCSCX粉红SCSCSCSCSCX青绿SCSCSCSCSCX蓝-新OOSCSCSCG棕-新OOOOOSC黄-新OOSCSCSCX1.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。2020/6/1215ADSS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。2020/6/1216徐州2020/6/1217淮安2020/6/1218镇江2020/6/1219⑴500kV/220kV混压四回路，原则上应按双OPGW建设。⑵500kV/220kV新建架空线路，原则上均采用OPGW。⑶110kV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。①110kV全线新建线路，推荐采用OPGW。②110kV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。⑶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。⑷20kV/10kV架空线，不宜架设光缆，调度端出局光缆除外。⑸光缆纤芯配置：①220kV同塔双回线，一般按36芯配置；②110kV光缆，一般按24芯或16芯配置；③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2020/6/1220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。2020/6/12212020/6/1222SDH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。2020/6/1223SDH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：①二纤单向通道保护环，绝大多数情况；②二纤双向复用段保护环，市－县、各城区/县区待建的主环③四纤双向复用段保护环，国网、华东电路2020/6/1224二纤单向通道保护环①信号单向传输，A-B与B-A是不同路径②信号双向传输，选择接收，本地倒换③中心汇聚型网络，不支持共享环网2020/6/1225四纤双向复用段保护环①信号双向传输，A-B与B-A路径一致，时延相同②故障相邻节点倒换③相邻型业务，支持共享环网2020/6/1226DWDM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。2020/6/1227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