固定中繼站在全網通訊上的應用探索

陳世海+曾紅剛+劉繼武

【摘要】固定中繼站是實現特高壓輸電線路電力通訊超遠距離傳輸的技術。本文在介紹影響電力通訊傳輸因素的基礎上，構建固定中繼站的模型系統，探索固定中繼站在全網通訊中的應用。

【關鍵詞】固定中繼站；全網通訊；特高壓輸電線路

引言

我國煤炭和水電資源大部分集中在中西部地區，而電力能源能耗量最大的區域卻集中在東部及沿海地區。為了滿足不同地區持續快速增長的用電需求，電網建設成為我國基礎設施建設的重要組成部分，其中特高壓輸電線路又是未來國家電網建設的重點。特高壓輸電線路走廊帶位于通常在人煙稀少地區，輸送電力的路線距離較長，橫跨不同區域，因此給電力通訊的建設帶來的新的難題。受到輸電線路傳輸距離長，技術特點以及其他等方面的限制，傳統的解決高壓和超高壓線路電力通訊長距離問題的技術，例如光放大器、信號編碼、拉曼及遙泵等技術，卻無法應用于特高壓輸電線路電力通訊超長距離傳輸。解決特高壓輸電線路全網通訊超長距離傳輸的問題，需要引入中繼站的技術。本文在電力通信存影響因素進行分析的基礎上引入用固定中繼站，探索超距離輸電線路電力通訊的方案。

1.全網通訊概述及影響因素分析

電力通訊是電力系統的重要組成部分，是實現電網安全和經濟調度的重要手段。因此電力通訊對于電網企業實現電網智能調度及管理的現代化有著重要意義。目前電力通訊主要采用光通訊，光纜和電力輸電線路在一個輸電線桿進行架設。

影響電力通訊傳輸的因素主要有光纖衰耗、色散，具體分析如下：

（1）光纖衰耗。主要指在傳輸過程中光的損耗。在光纖傳輸中光信號一般為模擬信號，或者是數字脈沖，無論哪種線號，在光纖中傳輸中，都會減小信號幅度。光纖衰耗是影響光信號長距離輸送的主要因素。產生光纖衰耗的原因主要有散射衰減和吸收衰減。衰減系數是對光纖衰耗的測定系數，也是衡量光纖品質的重要因素。常用的G652.G655光纖的衰減系數一般為0.23dB/km和0.25dB/km，隨著技術水平的提升，光纖衰減技術以及可以做到0.21dB/km以內[1]。

（2）色散。主要指由于光信號中不同波長的成分不同群速度導致的光脈沖擴展的情況。

在電力通訊傳輸過程中，由于存在光纖衰耗和色散現象，因此直接利用光纜進行通訊的傳輸距離都比較短。實現電力通訊長距離傳輸，主要是利用光放大技術（光纖放大器直接對光信號進行放大的技術）和色散補償技術（色散補償光纖、光纖布拉格光柵色散補償方案）。通過以上技術手段的應用，可以使得電力通訊傳輸距離到達300km以上。但是對于輸電線路距離在1000km以上的特高壓電網中卻無法實現電力全網通訊，因此需要引入固定中繼站技術。

2.固定中繼站概述及構成組成

中繼站是在輸電線路附近設置的，通過接收信號，對信號進行再生及放大處理后，發送給下一個中繼站，通過這種方式來確保信號的傳輸質量的轉運站。因此通過中繼站的方式可以電力通訊信號傳到幾千公里之外，最終實現全網通訊。因此中繼站是解決特高壓電網電力通訊超遠距離輸送問題的有效措施。目前中繼站主要分為標準通訊中繼站及固定中繼站。標準通訊中繼站建設前期需要征用土地，辦理相關手續較為繁瑣，同時建設完成之后需要專人進行值守等問題，因而成本較大。固定中繼站一般安置于輸電線路鐵塔上，因此不需要占用土地，建設完成之后不需要專人進行值守，應用成本較低。固定中繼站具有體積小，按照不同需求進行配置，后期維護較為方便。傳統標準通訊中繼站與固定中繼站在電網通訊中應用對比圖如下所示[2]。

海底通訊光纜長達可以達到上萬公里，因此電力通訊傳輸可以借鑒其通訊原理，將中繼站作為電纜線路整體的一部分進行安裝布置。固定中繼站核心是中繼器模塊，根據不同的傳輸距離可以進行靈活配置。中繼器模塊的核心是光信號放大模塊和色散補償模塊。與傳統的標準通訊中繼站共享變電站電源不同，固定中繼站需要額外進行電源的配置設計，因此需要電源配置模塊和網管等輔助模塊。固定中繼站模型構成如下如所示[1]：

電源模塊：主要提供中繼器設備供電，基礎供電電源電壓為48V，通過電壓轉化器轉化為中繼器使用電壓電源等級。電源問題是固定中繼站需要解決的關鍵問題。特高壓輸電網走廊的偏僻性，因此固定中繼站的布置一般在人跡罕至地區，因此供電可靠性非常電。因此電源設計成農電與太陽能供電相結合的供電系統。當太陽日照豐富時，以太陽能供電系統作為中繼器電源的來源，同時對蓄電池組進行充電；日落之后或者天氣不好時，采用農電進行電源的供應及對蓄電池組進行充電；當農電線路發生故障并且沒有日照的情況下，利用蓄電池對于對中繼器進行供電。電源模塊設計系統如下圖所示：

光信號放大模塊：光放大模塊的采用級聯模式對于光纖衰減的光信號進行再生及放大處理，從而使光信號達到超遠距離傳輸目的。除了對光信號進行增益放大，光放大模塊不可不可避免的也會對光信號發出時的發射噪聲進行增益放大，由于發射噪聲在傳輸的過程中不會發生損耗，會隨著光信號的在光纖的傳輸中逐漸積累，因此對于發生噪聲的增益放大會使光信號的信噪比的數值逐步變差，影響光信號的傳輸質量。因此利用光放大模塊級聯進行光信傳輸時候，應該對于單跨距離進行選擇。目前電網的傳輸速率通常為2.5GB/s，單波10GB的系統可以滿足電力通訊的擴容需求[3]。

網管模塊：網管模塊主要實現對中繼器設備進行遠程監控及檢測，實現固定中繼站遠程管理，節約成本。中繼器的網管信息的傳遞與檢測主要是通過專用波分系統光纖信道進行的。

3.固定中繼站在電力通訊中應用

固定中繼站在對現有技術的基礎上進行開拓創新，借鑒海底電纜通訊理論，利用多級級聯模式解決全網通訊中超長距離傳輸光信號受限的問題，為電力通訊超長距離通訊提供了很好的解決方案。固定中繼站在全網通訊上的應用主要體現在以下3個方面：

（1）固定中繼站使電力通訊傳輸距離不再受限制。在高壓等輸電線路距離在300km以內的電力通訊的長距離傳輸可以利用光放大器等技術來實現。對于特高壓等輸電線路距離在1000km以上的電力通訊傳輸距離存在限制，無法實現全網通訊。在全網通訊中應用固定中繼站，解決了電力傳輸距離與直流輸電線路長度不配套的問題。

（2）有效降低電力通訊光纜影響其他輸電線路的風險。隨著電網布置的密集，建設在電力傳輸路線附近的傳統標準中繼站，在接線處可能會對

其他直流輸電線和其它低電壓線路產生干繞。固定中繼站布置在電塔里，可以避免對其他輸電線路產生影響，使電力通訊傳輸更加安全可靠。

（3）節約成本，效率更加高效。傳統標準中繼站需要占用土地，征地拆遷手續復雜，耽誤中繼站建設的工期，同時標準中繼站在日常運行中需要專人進行值守，增加了人力成本的支出。固定中繼站不需要進行征地，不需要專人進行維護，同時減少了通訊設備的配置，因此使投資成本大大降低。

4.結語

國家電網公司在2008年發布的《關于轉變電網發展方式、加快電網建設的意見》中指出：“十二五”，“十三五”將會全面建設特高壓電網，形成以華東、華北、華中三地位核心，輻射各大電網，煤電基地等的堅強骨架，因此特高壓輸電線路正迎來建設的密集期。固定中繼站具有傳輸距離不受限制、體積小、質量輕、消耗資源少，配置及安裝靈活的優勢，將固定中繼站應用于特高壓輸電線路的全網通訊中，可以解決電力通訊的傳輸中的一系列問題。同時在固定中繼站中引入太陽能蓄電池技術，響應國家節能減排號召，為以后探索中繼站清潔能源的利用提供了可貴的經驗。

參考文獻

[1]張延童.電力線路塔上光中繼站相關技術研究[D].山東大學，2012.

[2]雷學義，鄧黎，姜輝，等.超長距電力通信塔內光中繼技術應用研究[J].電力信息與通信技術，2015（12）：6-9.

[3]孫海蓬，劉衛華，王子龍.特高壓超長距光傳輸的中繼站應用研究[J].電力系統通信，2011，32（9）：16-21.