中繼臺系統(tǒng)在超高壓輸電線路運行檢修中的應(yīng)用

吳繼偉，朱正，廖必文，方小馬

（安徽送變電工程公司，合肥市，230601）

0 引言

在超高壓輸電線路運行和檢修過程中，通常采用的通信方式是使用手持對講機，但是手持對講機在平原地區(qū)的通信距離只有2～3 km，在山區(qū)的通信距離更短。實際工作中，以下幾種通信手段也在特定的范圍內(nèi)應(yīng)用：

（1）普通移動電話。該種通信方式受其信號網(wǎng)點制約，在山區(qū)常會遇到?jīng)]有信號的問題，這樣將影響輸電線路運維和檢修效率。此外該種通信方式不能實現(xiàn)1點對多點的信息傳遞。

（2）衛(wèi)星電話。該種通信方式可以解決普通移動電話在局部區(qū)域無通信信號的問題，但其購置費用和通信費用較高。使用衛(wèi)星電話和普通移動電話一樣，只能實現(xiàn)點對點通信，不利于調(diào)度命令和現(xiàn)場檢修任務(wù)的下達。

（3）中繼臺通信。使用單個中繼臺進行通信，可以實現(xiàn)1點對多點通信，利用最新的撥號對講機也可以實現(xiàn)點對點通信。一般普通中繼臺的信號覆蓋半徑為15 km左右，但超高壓輸電線路的運行檢修區(qū)段的長度一般都在幾十、幾百km，此種通信手段不能滿足實際要求。

通過統(tǒng)籌考慮，安徽送變電工程公司決定在單個中繼臺通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行拓展，沿線路布設(shè)若干個中繼系統(tǒng)，并加裝1套鏈路系統(tǒng)，將沿線各個中繼點連接起來，形成1個中繼通信系統(tǒng)，有效地擴大了中繼臺信號的覆蓋范圍。通過鏈路系統(tǒng)的鏈接，其使用對講機通信的距離可以達到200 km以上，同時能夠?qū)崿F(xiàn)點對點、1點對多點，以及傳遞范圍內(nèi)任意1點對其他點等方式的信息傳遞功能，有效地解決了山區(qū)通信信號不暢的問題。

1 山區(qū)通信系統(tǒng)原理和組成

1.1 通信系統(tǒng)原理

所設(shè)計的山區(qū)通信系統(tǒng)通信原理如圖1所示，①表示鏈路臺信號傳輸；②表示中繼臺信號傳輸；③表示對講機處于2個中繼臺信號覆蓋的重疊范圍內(nèi)，對講機與中繼臺信號的傳輸，在安裝鏈路控制系統(tǒng)后，對講機在此范圍內(nèi)自動接收信號較強的中繼臺發(fā)出的信號，以及向該中繼臺發(fā)射信號；④表示該系統(tǒng)內(nèi)的連接線和與天線連接的饋線。

圖1 通信原理圖Fig.1 Schematic diagram for communication

1.2 通信系統(tǒng)組成

以±500 kV龍政和±500 kV宜華輸電線路的全線路通信解決方案為例，介紹該套系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用。此系統(tǒng)主要由中繼臺系統(tǒng)、鏈路系統(tǒng)、電源系統(tǒng)構(gòu)成。中繼臺和鏈路臺系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 中繼臺、鏈路臺系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig.2 Configuration of relay station and link station

（1）中繼臺系統(tǒng)。中繼臺系統(tǒng)主要負責(zé)本地范圍內(nèi)的無線通信，主要由2臺摩托羅拉車臺、雙工器和全向天線組成。

（2）鏈路系統(tǒng)。鏈路系統(tǒng)主要負責(zé)將各個中繼臺系統(tǒng)進行連接，主要由總鏈路和分鏈路組成。通過鏈路系統(tǒng)可以將線路上某1點的信息通信傳輸?shù)狡渌鱾€中繼臺覆蓋范圍內(nèi)的手持對講機上。其中總鏈路由2臺摩托羅拉車臺、功分器、鏈路控制系統(tǒng)和2根定向天線組成；分鏈路由1臺摩托羅拉車臺、鏈路控制系統(tǒng)和1根定向天線組成[1]。

（3）電源系統(tǒng)。電源系統(tǒng)由太陽能板、太陽能控制器和太陽能蓄電池組成，主要為對講系統(tǒng)供電。

2 通信系統(tǒng)方案

在項目實施之前，在超高壓輸電線路上對通信系統(tǒng)的通信距離進行了測試，中繼臺系統(tǒng)利用安裝在鐵塔上的全向天線向本地發(fā)送信號，其覆蓋的通信范圍在山區(qū)半徑為15 km左右，在平地半徑為20 km左右；鏈路系統(tǒng)通過定向天線相互發(fā)送信號，其點對點的有效通信距離為120 km左右。通過測試后，制定了以下系統(tǒng)安裝方案，系統(tǒng)現(xiàn)場布置如圖3所示。

圖3 通信系統(tǒng)現(xiàn)場布置圖Fig.3 Arrangement diagram for communication system

首先，在基地安裝1套通信系統(tǒng)（圖3中的6號通信系統(tǒng)），包括1套中繼臺系統(tǒng)和1套總鏈路系統(tǒng)。總鏈路系統(tǒng)由2個單鏈路系統(tǒng)組成，主要負責(zé)輸電線路上各個通信點信息的接收和發(fā)送。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，合肥基地的通信系統(tǒng)采用220 V交流電源供電。

其次，在輸電線路上一定范圍內(nèi)選擇地勢和桿塔高度都較高的鐵塔安裝通信系統(tǒng)，包括1套中繼臺系統(tǒng)和1套分鏈路系統(tǒng)，確保其信息覆蓋范圍沒有通信盲點[2]。

最后，利用總鏈路系統(tǒng)將各個分鏈路系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)整條超高壓輸電線路形成1條帶狀的信號覆蓋，在信號覆蓋范圍內(nèi)各個手持對講機可以進行無障礙通信。

3 項目實施過程中的問題及解決方案

3.1 頻率干擾

目前，在城市中使用中繼臺和車載臺的單位和機構(gòu)越來越多，在使用過程中容易出現(xiàn)同頻干擾問題，導(dǎo)致在使用對講機進行信息溝通時出現(xiàn)信號差或者信號干擾。主要采取了以下4種解決方案：

（1）向無線電管理部門購買專用的頻點，由無線電管理部門對非法使用該頻點的用戶進行管理，這種方法在城市中比較有效。

（2）使用中繼臺和鏈路臺自帶的加密功能，避免其他用戶的干擾。此方法只在此通信系統(tǒng)待機的情況下有效，如果該系統(tǒng)在使用，其他同頻率用戶仍然可以對其產(chǎn)生干擾。對于本系統(tǒng)來講，使用加密功能還是很有必要的，因為此通信系統(tǒng)大多安裝在鐵塔上，均采用太陽能供電，加密后可以避免通信系統(tǒng)因連續(xù)工作導(dǎo)致電源供應(yīng)不足的問題。

（3）通信系統(tǒng)應(yīng)盡量避免安裝在主要的水上航道附近。原因是大多數(shù)船舶使用車載臺進行通信，根據(jù)現(xiàn)場測試船舶上使用的車載臺對此系統(tǒng)的同頻率干擾相當(dāng)嚴重，而且船舶的流動性很高，無線電管理部門對此進行管理也相當(dāng)困難。

在此系統(tǒng)安裝過程中，以上3種方案需要有機地結(jié)合來解決同頻干擾問題。

（4）另一種同頻干擾來自于系統(tǒng)本身，從圖3可以看出，要使無線電信號對整條輸電線路進行全面覆蓋，中繼臺信號覆蓋的范圍為1個圓形，理想狀態(tài)是2個中繼臺信號覆蓋的圓形相切，但是現(xiàn)場實際情況不能滿足這種要求，因此在布置中繼臺的過程中往往是相鄰2個型號覆蓋的范圍有一部分是重合的。如果用戶使用的手持對講機在信號重合的范圍內(nèi)，則會出現(xiàn)同頻干擾的問題，即手持設(shè)備對于2個中繼臺接收和發(fā)送的信息不能判斷。為了解決此問題，在通信系統(tǒng)的鏈路系統(tǒng)中安裝上鏈路控制器，使位于該重合范圍內(nèi)的對講機接收信號強的中繼臺發(fā)出的信號。

3.2 信號干擾

此系統(tǒng)在現(xiàn)場的安裝測試中，曾經(jīng)遇到過信號干擾的問題，通過現(xiàn)場技術(shù)人員的仔細研究，最終解決了此問題。主要采取了以下2種解決方案[3]：

（1）各種天線與設(shè)備連接的饋線使用屏蔽性能好的饋線，盡量降低鏈路臺和中繼臺之間的相互干擾。

（2）此系統(tǒng)使用的全向天線架設(shè)在定向天線上方，其垂直高差不小于10 m。目前此系統(tǒng)在現(xiàn)場使用的定向天線與全向天線垂直高差均在10 m以上。

3.3 信號差

在此系統(tǒng)的安裝過程中，特別是在山區(qū)，遇到過信號差，通信的實際距離與理論距離相差較大的問題。主要采取了以下5種解決方案：

（1）此系統(tǒng)盡量安裝在至高點，因為全向天線安裝的高度越高，其信號覆蓋的范圍就越廣。

（2）中繼臺系統(tǒng)安裝的桿塔周圍不能有大山阻隔，否則會導(dǎo)致定向天線不能向總鏈路系統(tǒng)發(fā)射信號，同時也不能接收總鏈路向該分鏈路發(fā)射的信號。

（3）采用150 MHz頻段的對講機、中繼臺和鏈路臺，因為使用150 MHz頻段的對講機、中繼臺和鏈路臺相對來講信號的繞射性比較強，適應(yīng)于山區(qū)使用。

（4）如果只在某個固定點或在車輛上使用對講系統(tǒng)，只需配備發(fā)射功率更大的車載臺代替手持對講機，以擴大本地通信的范圍。

（5）在分鏈路與總鏈路距離比較遠（120 km左右），使用發(fā)射功率較大的分鏈路，以利于分鏈路所處的范圍內(nèi)通信信號向總鏈路發(fā)射。

通過以上幾種方案的綜合使用，目前該系統(tǒng)已經(jīng)在超高壓輸電線路上成功使用，并且取得了良好的效果。

4 結(jié)語

目前，該通信系統(tǒng)在超高壓輸電線路的運行檢修中的應(yīng)用并不廣泛，但現(xiàn)場使用結(jié)果表明，該系統(tǒng)在山區(qū)使用的效果良好。通過在鐵塔上安裝中繼臺通信系統(tǒng)，實現(xiàn)超高壓輸電線路上各個中繼點信息的互相交流，其通信的帶狀距離在200 km以上；利用該系統(tǒng)，可以實現(xiàn)使用手持對講機在手機信號不通暢的山區(qū)進行信息溝通，且造價低（以上述案例為例，1套總通信系統(tǒng)和8套分通信系統(tǒng)的總造價在25萬元左右）、維護簡單。該系統(tǒng)的開發(fā)和使用解決了超高壓輸電線路，特別是山區(qū)線路段在運行和檢修工作中通信不暢和手持對講機通信距離近的問題，對提高運行和檢修過程中信息溝通能力，提高工作效率和對突發(fā)事故的應(yīng)急處理能力具有十分重要的意義。它的投用將進一步提高輸電線路的安全穩(wěn)定運行水平，同時也為其他行業(yè)內(nèi)的信息通信問題提供了借鑒和參考。

[1]萬連順，門玥聰，付衛(wèi)山.差轉(zhuǎn)臺中繼鏈路方法的研究[J].物探裝備，2008，18（3）：162-165.

[2]李培榮.森林防火無線通信網(wǎng)絡(luò)跨段中繼臺的設(shè)計與應(yīng)用[J].中國無線電，2008（2）：39-41.

[3]肖非，王永森，等.用V/U跨段方式解決尋呼臺對林區(qū)森林防火通信系統(tǒng)的干擾[J].林業(yè)科技，2001，26（2）：32-34.