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光纤通信技术在电力系统中的应用

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所属类别:技术文章    发布时间:2016-05-24     浏览次数:
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电力通信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。它是电网安全稳定控制系统和调度自动化系统的基础,是电力市场运营商业化的保障,是实现电力系统现代化管理的重要前提,也是非电产业经营多样化的基础。

光纤通信在电力通信中的应用最初是沿用电信部门传统的地埋、管道、架空等方法敷设普通光缆,构成电力光纤通信系统。众所周知,电力系统是由电能的生产、输送、分配和消费组成的一个整体。

为了实现跨区域、长距离电能的输送,电力系统建设了遍及各地的高压输电线路;为满足城乡广大民众生产生活用电需求,又有纵横交错、密布街道村庄的输配电杆路和沟道。

可以说,高、中、低压输配电线路是目前覆盖面最为广大的网络基础设施,而且它基础坚固,较之其它网络如电信、广电网络等有着更高的可靠性。因此,如何充分利用电力系统这一得天独厚的网络资源,是长期以来人们潜心研究的一个重要课题。

1电力通信网的结构与特点

电力通信网是由光纤、微波及卫星电路构成主干线,各支路充分利用电力线载波、特种光缆等电力系统特有的通信方式,并采用明线、电缆、无线等多种通信手段及程控交换机、调度总机等设备组成的多用户、多功能的综合通信网。

1.1电力通信的几种主要方式

电力线载波通信。电力线路主要是用来输送工频电流的。若将话音及其他信息通过载波机变换成高频弱电流,利用电力线路进行传送,这就是电力线载波通信,具有通道可靠性高、投资少、见效快、与电网建设同步等得天独厚的优点。

除此之外。电力线载波通信中还有利用电力线路架空地线传送载波信号的绝缘地线载波等方法。与普通电力线载波比较,绝缘地线载波不受线路停电检修或输电线路发生接地故障的影响,而且地线处于绝缘状态可减少大量的电能损耗。


光纤通信。由于光纤通信具有抗电磁干扰能力强、传输容量大、频带宽、传输衰耗小等诸多优点,它一问世便首先在电力部门得到应用并迅速发展。除普通光纤外,一些专用特种光纤也在电力通信中大量使用。

其他。电力通信网中还有传统的明线电话、音频电缆及新兴的扩频通信等方式。

1.2电力系统通信的特点主要表现为:要求有较高的可靠性和灵活性;传输信息量少、种类复杂、实时性强;具有很大的耐“冲击”性;网络结构复杂;通信范围点多面广;无人值守的机房居多。

2光纤通信技术的推广应用

由于光纤通信具有抗电磁干扰能力强、传输容量大、频带宽、传输衰耗小等诸多优点,它一问世便首先在电力部门得到应用并迅速发展。除普通光纤外,一些专用特种光纤也在电力通信中大量使用。

电力特种光纤泛指OPGW(光纤复合地线)、OPPC(光纤复合相线)、MASS(金属自承光缆)、ADSS(全介质自承光缆)、ADL(相/地捆绑光缆)和GWWOP(相,地线缠绕光缆)等几种。目前。在我国应用较多的电力特种光缆主要有ADSS和OPGW。

光纤复合地线。光纤复合地线——OPGW(Optieal GroundWire)OPGW又称地线复合光缆、光纤架空地线等,是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元。即架空地线内含光纤。它使用可靠,不需维护,但一次性投资额较大,适用于新建线路或旧线路更换地线时使用。

它具有两种功能:一是作为输电线路的防雷线,对输电导线抗霄闪放电提供屏蔽保护;二是通过复合在地线中的光纤来传输信息。OPGW是架空地线和光缆的复合体,但并不是它们之间的简单相加。

OPGW缆除满足光学性能外,还完全满足架空地线的机械、电气性能要求,因此可应用于所有具有架空接地线的输配电线路。光纤单元被置放于保护管内或金属骨架内,得到了充分的保护,使光纤具有很高的可靠性和安全性。OPGW应用于新建线路时,并不增加建设费用。

OPGW是一种高技术产品,国外近几年对该产品的研究取得了很大进步,这使得我们还有很多工作要做。同时,国内对OPGW的需求也日益增加,这一切都向我们预示着OPGW光明的前景。

光纤复合相线。光纤复合相线——,在电网中,有些线路可不设架空地线,但相线是必不可少的。

为了满足光纤联网的要求,与OPGW技术相类似,在传统的相线结构中以合适的方法加入光纤,就成为光纤复合相线(OPPC)。但从设计到安装和运行,OPPC与OPGW有原则的区别。

OPPC充分利用电力系统自身的线路资源,避免在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾、用于电力通信的一种新型特种电力光缆。

20世纪80年代,一些国家允许将OPPC用于150KV以下的电力系统中,并已经在欧洲、美洲等国家广泛架设运行。目前,它已经在更高电压的电力线路得到应用。

在我国现行电网中,35KV以下的线路一般都采用三相电力系统传输,系统的电力通信则采用传统的方式进行。如果用OPPC替代三项中的一相,形成由两根导线和一根OPPC组合而成的三相电力系统,不需要另外架设通信线路就可以解决这类电网的自动化、调度、通信等问题,并可大大提高传输的质量和数量。

全介质自承光缆。全介质自承光缆——ADSS,ADSS光缆在220KV、110KV、35KV电压等级输电线路上广泛使用,特别是在已建线路上使用较多,为电力部门直接利用高压输电线杆塔建设自己的通信网络提供了可行的途径,适于跨越江河、山谷、雷电集中区域以及特殊拉力环境中的架空敷设。

数据通信高速发展的今天,凭借ADSS光缆的支持,电力部门不但可以满足自身的通信要求,而且能够开通新的通信业务供外界使用ADSS光缆具有卓越的光纤传输性能、光缆机械性能和环境性能,可与高压电力传输线同杆架设(图2所示常见ADSS光缆)。

电网通信最完美的传输介质用于电力系统,且在强电场环境中光缆传输信号不会受到任何干扰,通信量不受任何影响,光缆质量不受任何影响,是电力通信最为有效、方便的传输方式。

ADSS光缆的特点主要有以下几点:

磁干扰、耐电腐蚀强、组成光缆的材料都必须是非金属材料,其外挤制聚乙烯(PE)外护套或耐电痕(AT)外护套;ADSS光缆的设计充分考虑了电力线路的实际情况,适用于不同等级高压输电线路。

3、电力通信系统在光纤应用中的故障分析

在电力系统光纤通信网中,光纤的故障主要包含以下两个方面:一是光纤在长期使用过程中逐渐老化,造成光纤老化的原因是多方面的,主要因素有电腐蚀,环境腐蚀性等。二是光纤由于外力破坏而收到损伤。如虫蚁鼠咬,偷盗剪断,雷击灾害,火灾火烧等。光纤复合地线较易收到雷电攻击而损坏,由于有的输电线路经过的地理环境或气象条件比较恶劣,光纤复合地线为了避免雷击对相线的伤害,又是与输电导线一共架设在架空线路的最上部,因此光纤复合地线遭受雷击而断股是无法避免的。一般而言,光纤复合地线架设较多的地方断股故障比较多,且断股大多数出现在档距中。从材质上来说,外层是单丝直径较小绞线或铝合金绞线的光纤复合地线更易发生断股。多数情况下,外层断股与光纤复合线内层结构型式无关,因此断股大多数未对光纤通信造成影响。因此应在耐雷方面进一步提高光纤复合地线的性能。全介质自承式光缆则较容易收到电腐蚀的伤害,干带电弧是造成全介质自承式光缆表面产生电腐蚀的最主要。电弧产生的高热,使外护套表面的温度升高,产生树枝化的电痕,直到烧穿光缆的外护套,最后造成断缆事故发生。光缆铝丝端部电晕放电引起的劣化,造成光缆的出现电腐蚀,若全介质自承式光缆的悬挂点位置较为偏高,导致全介质自承式光缆承受的空间电位和电场强大大超过设计水平,引起光缆表面电腐蚀。

4、电力系统通信光保养与维护

对于光纤复合地线,首先要选择合理的光纤外护套。当前,光纤外护套有铝管,钢管和塑料管三种管材。其中塑料管造价低,塑料管纤维复合地线最高承受短路电流引起的短时温升不能超过180工,而铝管造价相对较低,承受短时温升的能力不超过300度,不锈钢管造价高,承受短时温升的能力可达到450度,用户可根据工程具体情况,合理选择光纤外护套,已达到保护光缆的作用。于全介质自承式光缆,首先要选择电场强度小于25KV的地方作为光缆挂点,避免发生导线鞭击光缆。其次,要根据电场强度合理的选择光缆外护套材料,当空间电势小于12KV时,采用黑色高密度聚乙烯外护套,当空间电势 12-25KV时,则可采用黑色高密度抗电痕外护套,在污染较为严重的地区,应对光缆进行特殊处理,减少表面污层形成。


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