OPGW光纜通信在輸電線路在線監(jiān)測信息傳輸上的應用初探

朱亦振

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321000）

0 引言

2008年，我國南方地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)大范圍的低溫雨雪冰凍天氣，導致輸電線路發(fā)生倒塔、斷線、覆冰閃絡和脫冰跳躍等多種事故，對電網(wǎng)造成了嚴重的破壞。為此對輸電線路覆冰情況加以有效的監(jiān)測，成為電網(wǎng)運行部門較為關注的問題。

高壓輸電線路常常架設在人跡罕至、交通不便的山區(qū)，地理環(huán)境、氣候條件惡劣，人工巡視難度大。發(fā)生冰災時，主要是通過人員現(xiàn)場巡視來了解線路的覆冰情況。由于線路分布較廣，對一些覆冰嚴重區(qū)域的巡視往往不能做到及時有效，且很難進行連續(xù)觀測。覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)作為500 kV雙龍變直流融冰系統(tǒng)工程的重要組成部分，通過采集導線溫度、傾角、絕緣子拉力等狀態(tài)數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場圖像，實現(xiàn)對高壓線路及環(huán)境的全天候監(jiān)測，彌補了人工巡視的不足，及時提供融冰信息，可有效預防冰害事故[1]。

根據(jù)金華地區(qū)2008年的冰災經(jīng)驗，在雨雪冰凍天氣下輸電線路高山峻嶺段覆冰最嚴重，容易發(fā)生倒塔斷線事故。因此，覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)需要重點對這類地區(qū)進行監(jiān)測。但是此類區(qū)域的地理環(huán)境惡劣、通信條件差，如何保證有效的通信成為系統(tǒng)開發(fā)的一個關鍵。

1 通信方式的選擇

1.1 無線通信模式

目前輸電線路在線監(jiān)測可用的無線通訊模式主要有：無線接力射頻（RF）傳輸信息、全球移動通信系統(tǒng)（GSM）短消息通信；RF與GSM混合傳輸；通用分組無線服務技術（GPRS）以及GPRS與GSM相結合的通信方式[2]。

浙江省應用較廣泛的是GPRS模式。該模式傳送監(jiān)控數(shù)據(jù)技術成熟、功耗低、網(wǎng)絡覆蓋相對較廣、成本相對低廉。覆冰監(jiān)控終端可安裝在負控抄表專用的移動GPRS手機卡中，在信息內網(wǎng)與融冰監(jiān)控系統(tǒng)之間進行信息傳輸與交換。

但GPRS的實際傳輸速率為20～30 kbps左右，傳輸速率較低，并不適用于圖片、視頻等大數(shù)據(jù)量的傳輸。另外現(xiàn)有GPRS信號常常會受到地理條件的限制，在許多高山峻嶺之中信號時有時無，有的地方根本無法接收。

1.2 光纜通信模式

OPGW光纜作為傳送光信號的介質，可以傳送音頻、視頻、數(shù)據(jù)和各種控制信號，組建多路寬帶通信網(wǎng)。目前大部分500 kV線路上都架有OPGW光纜，其光纖芯數(shù)一般在24芯以上，除去保護、自動化、通信等通道外，光纖芯數(shù)往往都有富余[3]。利用光纜通信模式是指在架有OPGW光纜的線路上選擇有光纖接頭盒的桿塔作為信號接入點，附近桿塔上的數(shù)據(jù)通過RF傳輸?shù)浇尤朦c，通過電光轉換裝置轉換成為光纖信號，傳輸?shù)诫娏镜膬染W(wǎng)。這種光纖與RF組合的方式，可獲得了高達50 Mb/s的傳輸速率。但該方式功耗較大，一般在50 W以上。

覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測點的桿塔多處高山峻嶺之中，環(huán)境惡劣。考慮到信息傳輸?shù)目煽啃院鸵曨l傳輸?shù)男枰罱K采用了OPGW光纜與RF結合的方式作為覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)的通信方式。考慮到在極端低溫覆冰的情況下，線路OPGW光纜可能出現(xiàn)斷線事故，在線監(jiān)測設備上同時配置了GPRS模式，作為當OPGW光纜不可用時的備用傳輸方式。

2 實際應用

目前輸電線路上的OPGW光纜一般每2 km左右會有1個接頭盒，為了能最大限度地降低對現(xiàn)有通信系統(tǒng)的影響，更安全、更方便地將監(jiān)測系統(tǒng)接入到OPGW光纜中，在需要監(jiān)測的區(qū)域選擇有光纖接頭盒的鐵塔作為覆冰監(jiān)測系統(tǒng)兩檔三塔模型中的主塔，安裝主要的信息采集設備，利用光纖跳纖在光纖接頭盒處與OPGW光纜進行直接熔接。

相鄰兩基鐵塔作為輔塔，安裝輔助設備。輔塔離主塔距離一般500 m左右，采用RF技術在距離上完全能夠滿足要求。為保證數(shù)據(jù)的安全，對相鄰鐵塔收集的數(shù)據(jù)進行強加密后再傳至主塔，集中轉換成光信號通過光纖傳輸?shù)胶笈_。OPGW光纜通道與無線通信的組成如圖1所示。

圖1 通信網(wǎng)絡框架圖

光纖結合無線通信的方式解決了線路上的信號傳輸問題，并且交換機鏈路兩側可分別與其他線路網(wǎng)絡連接，必要時可以星形擴展至數(shù)條輸電線路。此次，利用了一條線路上的1個光纖接入點，實現(xiàn)了對相鄰2條線路上的2個監(jiān)測點同時接入。

為了解決光纖通信能耗大，供電困難的問題，對目前市場上各類蓄電池的性能進行了調研。經(jīng)過多次試驗和比較，最終采用磷酸鐵鋰電池作為儲能和供能電源。該類電池目前已在電動汽車領域應用，具有能量高、耐低溫、自放電率低、充放電壽命長等特點。同時采用大面積的太陽能板作為蓄電池的充電能源。光纖接入設備和太陽能板均安裝在鐵塔的下平臺，其支架均根據(jù)鐵塔塔型由電力設計院專門設計，保證了設備在鐵塔上的安全穩(wěn)定。

電源控制系統(tǒng)采用自主研發(fā)的雙通道控制系統(tǒng)，具備遠程控制與自身定時開關2種供電模式，確保設備在用時電源不中斷、閑置時電源可休眠。現(xiàn)場設備安裝完成后經(jīng)過10多天連續(xù)陰雨、低溫天氣的運行考驗，剩余能量充足。該電源供應系統(tǒng)在連續(xù)陰雨天氣下，最多能夠保證20天的能量供應，基本解決了系統(tǒng)在野外惡劣環(huán)境下能量供應的難題。

3 功能特點

3.1 具備實時視頻監(jiān)控功能

利用OPGW光纜實現(xiàn)了實時視頻的傳輸，在后臺可以看到清晰實時的動態(tài)畫面。視頻傳輸最大的好處是能夠對現(xiàn)場的攝像頭進行遠程操作，采用高性能一體化網(wǎng)絡球形攝像機能夠實現(xiàn)快速、連續(xù)旋轉鏡頭，變倍聚焦和設置預置點等功能，在辦公室里就能對現(xiàn)場的畫面進行很好地控制，實時觀測遠方線路導線、鐵塔、絕緣子等覆冰狀況，收集直觀可靠的線路信息，對導線覆冰進行定性觀測和分析，視頻界面見圖2。

圖2 視頻畫面

3.2 數(shù)據(jù)傳輸快速、可靠、安全

利用OPGW光纜通信能縮短數(shù)據(jù)獲取響應時間，如進行直流融冰時，將前端設備收集的信息快速傳回后臺，便于實時地指導整個融冰進程，對研究不同覆冰厚度時的融冰電流值，避免因導線溫度超過極限引起塑性變形和強度損失等具有重要意義[4]。

OPGW光纜作為架空線路的一部分，運行維護工作由輸電與通信2個專業(yè)共同承擔，設備可靠性較高。利用光纖結合無線通信的傳輸方式誤碼率低、可靠性高，避免了因欠費而停用的問題。

現(xiàn)有的OPGW光纜通信網(wǎng)絡為電力系統(tǒng)內部網(wǎng)絡，與外網(wǎng)隔離。數(shù)據(jù)不需要經(jīng)過外單位轉發(fā)，安全性高。監(jiān)測系統(tǒng)中輔塔與主塔之間的無線通信網(wǎng)絡使用高級加密標準（AES）進行加密，充分保證了無線通信的安全。

3.3 兼具導線舞動監(jiān)測功能

融冰時的線路導線舞動是由于冰和風聯(lián)合作用產(chǎn)生的，形成舞動的影響因素非常復雜，包括線路走向、地形與地勢、氣象條件、線路結構參數(shù)等，而且各種因素又相互影響。導線在直流融冰過程中，由于不同時脫冰，會產(chǎn)生一定的沖擊荷載，沖擊荷載的大小跟導地線覆冰的厚度、檔距大小、覆冰的均勻性、脫冰的均勻性等多方面的因素相關，且都具有很大的隨機性。如果脫冰時沖擊荷載較大，且此時風速風向達到了舞動的激發(fā)條件，就可能產(chǎn)生導線舞動。利用在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠實時獲取絕緣子拉力傾角等數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場導線畫面，對舞動進行有效監(jiān)測。

4 結語

500 kV雙龍變覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)利用OPGW光纜進行輸電線路監(jiān)測信息的傳輸，能夠快速收集線路狀態(tài)信息，實時觀察現(xiàn)場畫面，在導線覆冰、融冰、脫冰的過程中進行有效監(jiān)測，減少了線路運行人員的工作量。但由于OPGW光纜承載了輸電線路保護、通信等重要信息，存在停役困難，不宜在多點開口接入等因素，使得該通信方式在實際應用中有一定的局限性。

[1]龍立宏，胡毅，李景祿，等．輸電線路冰害事故統(tǒng)計分析及防治措施研究[J]．電力設備，2006，7（12）:26-28.

[2]龔志勇．超高壓輸電鐵塔運行監(jiān)測分析平臺研究[J]．電力信息化，2006，4（12）:57-59.

[3]商威，陳清美.OPGW應用問題的探討．電力系統(tǒng)通信[J].2003，24（5）:16-21.

[4]于欽剛，郭志廣.覆冰輸電線路運行監(jiān)測及預警系統(tǒng)的研究[C].自然災害對電力設施的影響與應對研討會，2008.

[5]王少華，蔣興良，孫才新.輸電線路導線舞動的國內外研究現(xiàn)狀[J].高電壓技術.2005，31（10）:11-14.