Строительство ВОЛС на опорах ВЛ 220 КВ

Введение.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) в настоящее время занимают заметное место в системах передачи информации как общегражданского, так  и специализированного назначения.

   Внедрение волоконно-оптических  линий в системы связи началось  с конца 70-х годов и интенсивно продолжается нарастающими темпами. Исходной точкой развития ВОЛС считается открытие лазерного механизма генерации света, а затем – появление современной волоконной оптики на базе полученных кварцевых световодов с малым затуханием. Последнее показало что основное препятствие при распространении света (его затухание), обусловленное в основном наличием примесей, может быть снижено, а сами световоды приемлемы в качестве среды распространения сигнала.

   Оптические волокна  (ОВ) в качестве среды распространения многоканального сигнала имеют существенные преимущества перед традиционно используемыми металлическими кабелями и эфиром.

1. Широкополосность. В любой системе связи (например, цифровой) скорость передачи информации связана с занимаемой полосой, составляющей определенный процент значения несущей частоты. Неискаженные передачу и прием полосы осуществить тем легче, чем меньший процент она составляет. Следовательно, большое значение несущей частоты, что и используется в ВОЛС,снижает требования к широкополосности системы и увеличивает ее информационную емкость.
2. Высокая защищенность от внешних электромагнитных полей, объясняемая диэлектрической природой распространения сигнала, физическими условиями этого распространения и использованием очень коротких длин волн. Подобного эффекта невозможно достичь в уже освоенных традиционных диапазонах из-за насыщенности радиочастотного спектра источниками излучений. Это свойство особенно привлекательно для энергетики, так как металлический кабель плохо совместим с воздушными высоковольтными линиями электропередачи (ВЛ).
3. Большая длина участка регенерации. По понятным причинам это имеет большое значение, в частности, для электроэнергетической отрасли.
4. Малогабаритность и легкость кабелей на основе ОВ.
5. Высокая экономичность из-за отсутствия потребности в меди, что очень существенно, поскольку традиционно кабельная промышленность потребляет до половины объема общих ресурсов меди и до четверти – свинца.

  Присущие ВОЛС  недостатки (дороговизна аппаратуры  и кабеля из-за сложной технологии, необходимость работы при повышенном соотношении сигнал – шум из-за трудностей практической реализации когерентной обработки сигнала и гетеродинных методов приема, слабая радиационная стойкость и другие) не снижают указанных преимуществ. Это, а также тот факт, что многие задачи передачи сигналов могут быть экономично решены только с использованием ОВ, обусловило широкое распространение ВОЛС не только в дальней связи, но и в локальных сетях.

  Энергетическая отрасль  также является перспективной областью применения ВОЛС, учитывая протяженность ВЛ и возможность подвески оптического кабеля (ОК)  на высоковольтных опорах. Телекоммуникационная сеть электроэнергетики является важнейшей составной частью ее инфраструктуры, обеспечивающей функционирование комплекса объектов и центров технологического управления Единой энергетической системы (ЕЭС) России; сбор и передачу телемеханической информации, функционирование средств и систем автоматического управления (релейной защиты, противоаварийной автоматики); контроля и диагностики электростанций, электрических и тепловых сетей, контроля и учета в реальном времени производства, передачи и потребления электрической и тепловой энергии.

  Одновременно с  этим телекоммуникационная сеть  электроэнергетики обеспечивает работу административно-хозяйственных и организационно-экономических управлений производственными объектами, коммерческую, а также научную и конструкторскую деятельность, связанную с развитием отрасли. Телекоммуникационная сеть электроэнергетики – крупнейшая отраслевая сеть связи страны. При развитии Взаимоувязанной сети связи (ВСС) России рассматриваются вопросы по интеграции отечественных телекоммуникационных сетей в Глобальную информационную структуру (ГИС). Одновременно с глобализацией связи будет происходить постепенный переход к ее персонализации, которая означает возможность любого абонента получать различные услуги связи по своему персональному номеру в любой точке земного шара. Телекоммуникационная сеть электроэнергетики развивается как часть ВСС  на аналогичных принципах с использованием передовых телекоммуникационных технологий.

  Дальнейшее развитие  отраслевой телекоммуникационной  сети предусматривается в соответствии  с разработанной специалистами  Российского акционерного общества  «ЕЭС России» «Концепцией развития Единой сети электросвязи и телемеханики электроэнергетики (ЕСЭТЭ) России на период до 2005 года », в которой поставлены задачи развития отраслевой  телекоммуникационно - информационной инфраструктуры как технологической основой управления отраслью [1]. При этом в полной мере учитывается существующая в России законодательная и нормативно-правовая база.

В основу создания и развития ЕСЭТЭ положен поэтапный переход  от существующих раздельных сетей по видам информации к единой широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания и интеллектуальной сети. Что позволит реализовать новые виды услуг при значительном сокращении оборудования, повышении эффективности использования канального и частотного ресурсов и в конечном итоге при значительном снижении затрат в расчете на единицу передаваемой информации.

Из новейших информационных технологий, которые начали в последнее  время внедряться в электроэнергетике  и получают широкое распространение  в дальнейшем, следует отметить [1]:

 - синхронную цифровую иерархию (СЦИ) – Synchronous Digital Hierarchy – SDH;

- широкополосную цифровую сеть  связи с интегрированным обслуживанием  (Ш-ЦСИО) – Broadbard Integrated Services Digital Network (B-ISDN);

 - асинхронный режим доставки информации  (АРА) – Asynchronous Transfer Mode – ATM;

- интеллектуальные сети (СИ) –  Intelligent Network – IN.

Цифровизация первичной  сети  осуществляется  в три  этапа [1]:

- на первом этапе  (до 2000 года) будут созданы интегрально-цифровые  сети связи  (ИЦСС) – Integrated Digital Network -  IND,  в которых будет обеспечиваться интеграция цифровых систем  передачи и коммутации. Одним из главных решений этого этапа является переход сетей связи отрасли на единую систему сигнализации. При этом с целью повышения эффективности цифровизации необходимо в каждой из зон обеспечивать компклексное  внедрение цифровых систем передачи и коммутации;

- на втором этапе  (до 2005 года) должны быть созданы  цифровые сети интегрального  обслуживания (ЦСИО) – Integrated Services Digital Network (ISDN), в которых потребители используют каналы  2В+D (B – цифровой 64-кбит/c канал,  D – служебный цифровой 16- Кбит/c канал). Эти сети  - результат взаимного развития сетей связи и вычислительных сетей, обеспечивающих предоставление пользователям более широкого спектра услуг;

- на третьем этапе  (после 2005 года) предусматривается  переход к  Ш-ЦСИО для организации  отраслевой транспортной сети  и интеллектуальных сетей.

 Внедрение указанных  выше новейших информационных  технологий осуществляется в  рамках интенсивного развития в отрасли:

волоконно- оптических линий  связи  с подвеской волоконно-оптических кабелей (ВОК) на опорах ВЛ 110-500 кВ;

- цифровой коммутационной  техники;

- систем спутниковой  связи.

Внедрение ВОЛС с подвеской  ВОК на опорах ВЛ в нашей стране было начато в конце 80-х годов, и на 1 июля 1998 г.  введены в эксплуатацию ВОЛС общей протяженностью около 4000 км в ряде энергосистем (Ленэнерго, Колэнерго, Иркутскэнерго, Ивэнерго, Кузбассэнерго и других)  [1].  Дальнейшее развитие сетей ВОЛС определено “Концепцией развития Единой сети электросвязи и телемеханики электроэнергетики России на период до 2005 года “, в соответствии с которой в ближайшие 7-8 лет будет построено около 15,0 тыс.км. ВОЛС с подвеской на ВЛ. Магистральные ВОЛС будут сооружаться, как правило, в кооперации с АО “Ростелеком” и с некоторыми другими, в первую очередь отечественными телекоммуникацинными компаниями. В регионах, главным образом, будут сооружаться корпоративные сети. При этом основное внимание будет уделяться развитию региональных первичных цифровых сетей.

Учитывая накопленный  опыт, а также возрастающую заинтересованность операторов связи и различных  компаний и ведомств в строительстве  ВОЛС на ВЛ (ВОЛС-ВЛ) РАО “ЕЭС России”  по поручению Государственной комиссии по электросвязи при Государственном комитете России по связи и информатизации разработало нормативно-техническую документацию федерального уровня “Правила проектирования, строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи на ВЛ 110 кВ и выше” [2].

В общих положениях Правил обосновываются достоинства сооружения ВОЛС-ВЛ по сравнению с традиционным способом прокладки в грунте. Это:

отсутствие необходимости  в отводе земель и проведение согласований только с владельцами сооружений, пересекаемых ВЛ;

уменьшение сроков строительства;

уменьшение количества повреждений в районах городской  застройки и в промышленных зонах;

снижение капитальных  и эксплуатационных затрат в районах  с тяжелыми грунтами.

В данном дипломном проекте  рассмотрены основные вопросы проектирования и строительства ВОЛС-ВЛ на опорах существующей ВЛ 220 кВ. на участке ПС Восточная-ПС Заря. 

1 Характеристика трассы ВЛ на участке ПС Восточная – ПС Заря

На проектируемом участке  ПС Восточная – ПС Заря, построена  и находится в эксплуатации воздушная  высоковольтная линия электропередачи  с заземленной нейтралью и  действующим напряжением 220кВ. ВЛ проходит в Новосибирской области, по землям совхозов «Луговского» и «Железнодорожного» Новосибирского сельского района.

В районе ПС Заря трасса проходит по Шмаковской лесной даче, Тогучинского лесхоза.

По пути следования ВЛ имеет 2 пересечения с электрофицированными магистральными железными дорогами (Инская – Тогучин и Инская – Сокур), 1 пересечение с ВЛ 110кВ, 1 пересечение с несудоходной рекой Иня и другие пересечения.

Климат района континентальный.

Расчетные климатические  условия следующие:

• Район гололедности 2;
• Толщина стенок гололеда – 10мм;
• Скорость ветра при гололеде – 15м/сек, температура воздуха – минус 5 градусов С⁰;
• Расчетная скорость ветра – 29м/сек;
• Абсолютная минимальная температура воздуха минус 50 градусов С⁰;
• Абсолютная максимальная температура воздуха плюс 40 градусов С⁰;
• Температура наиболее холодной пятидневки минус 39 градусов С⁰;
• Среднегодовая продолжительность гроз – 48 часов.

 Протяженность волоконно  – оптической линии связи составляет 32,849км.

Район строительства  согласно строительных норм и правил (СН и П) «Нормы затрат на временные здания и сооружения» определяется как освоенный.

На рисунке 1.1 приведена  схема трассы ВЛ на участке ПС Восточная  – ПС Заря.

Аннотация

 Взрывной характер  развития сетей связи вызвал  необходимость разработки новых технологий сооружения проводных линий передачи. Основные требования к технологии – простота проектирования, быстрота, экономичность строительства, высокая пропускная способность, надёжность. В свете этих требований особый интерес представляет новая технология сооружения ВОЛС, отличающаяся тем, что оптический кабель подвешивается на опоры высоковольтных воздушных линий электропередачи, а не прокладывается в грунт.

В данном дипломном проекте  рассматриваются основные вопросы  проектирования и строительства ВОЛС-ВЛ на опорах существующей ВЛ 220 кВ на участке ПС Восточная-ПС Заря.

2.Выбор системы передачи.

2.1 Существующие  системы передачи по ВЛ.

Переход к цифровым сетям  связи с применением волоконно-оптических кабелей начался в электроэнергетике в конце 80-х годов. До этого времени для организации связи использовались и продолжают использоваться аналоговые системы передачи. По назначению аппаратуру аналоговых систем передачи информации, применяемую на ВЛ, можно разделить на две основные группы: комбинированную и многоканальную- для каналов телефонной связи, телемеханики и передачи данных; специальную- для каналов релейной защиты, линейной и противоаварийной автоматики.

Комбинированная аппаратура рассчитана на один, два и три  телефонных канала и несколько независимых каналов телемеханики (передачи данных) в верхней части полосы стандартного канала тональных частот (ТЧ) . Спектр частот стандартного канала ТЧ 0,3-3,4 кГц. разделяется фильтрами на несколько отдельных каналов. Передача сигналов телефонного разговора осуществляется в нижней так называемой тональной части спектра, составляющей обычно 0,3-2,3 кГц., а в надтональном спектре частот (2,3-3,4кГц.) образуются каналы телемеханики, передачи данных и вызова абонентов телефонного канала (если в аппаратуре выделен специальный сигнал для этого). Для каждого из каналов в комбинированной аппаратуре используется своя несущая частота, которая модулируется первичными сигналам.

Многоканальная аппаратура рассчитана на двенадцать стандартных  телефонных каналов. При этом спектр частот каждого телефонного канала 0,3-3,4 кГц. может быть использован для передачи сигналов телемеханики, данных и устройств автоматики.

Для разделения спектра  ТЧ на две полосы (для передачи сигналов телемеханики и данных в надтональном спектре) используются стандартные разделительные фильтры ДК-2,3 , если аппаратура не содержит подобных фильтров (например, В-12-3).Кроме того, если позволяет конструкция аппаратуры, то в том же канале из схемы блока усилителя низкой частоты передатчика исключается ограничитель максимальных амплитуд. Эта мера применяется с целью исключения паразитной амплитудной модуляции в каналах надтонального спектра при срабатывании ограничителя от сигналов телефонного разговора.

В комбинированной и  многоканальной аппаратуре используется способ передачи сигналов на одной боковой полосе частот (ОБП). Каналы телемеханики и данных образуются с помощью дополнительной аппаратуры (модемов) с частотной модуляцией поднесущей частоты.

Существует следующая  аппаратура систем передачи информации по ВЛ [3]: комбинированная типа АСК на один и три канала ТЧ; преобразователи спектра частот стандартной двенадцатиканальной аппаратуры воздушных проводных линий связи (В-12-3, З-12Ф-Е) в спектр высоких частот типа МПУ-12; усилители мощности на 100 Вт. типа УМ-1/12-100 для комбинированной и многоканальной аппаратуры; модемы каналов телемеханики типов АПТ и ТАТ-65.

С 1981 года выпускается, с  использованием новой элементной базы комбинированная аппаратура на один, два и три телефонных канала типа ВЧС; преобразователи спектра частот 12-ти канальной аппаратуры типа ВЧСП-12; транзисторные усилители мощности на 80 Вт.; универсальные модемы типа АПСТ [3].

Специальная аппаратура для  высокочастотных (ВЧ) каналов релейной защиты, линейной и противоаварийной автоматики делится на две подгруппы: устройства передачи блокирующих (запрещающих) сигналов; устройства передачи разрешающих и отключающих сигналов.

Передача блокирующих  сигналов осуществляется для дифференциально-фазных и дистанционных защит.

 Передача разрешающих  сигналов (контролируемых на приёмном  конце) осуществляется для ускорения  действия резервных защит, а  отключающих (неконтролируемых) сигналов  – для защит оборудования высокого  напряжения, включенного непосредственно  на шины подстанций (без выключателей), а также для систем противоаварийной автоматики.

Существует специальная  аппаратура следующих типов [3]: приемопередатчик УПЗ –70 для передачи блокирующих  сигналов; передатчики и приемники  ВЧТО-М для передачи пяти сигналов-команд; высокочастотные и низкочастотные передатчики и приемники АВПА и АНКА для передачи до 14 сигналов-команд.

С 1981 года выпускается  более совершенный, с использованием новых элементов приёмопередатчик типа АВЗК-80 для всех видов защит  с блокирующим сигналом [3].

Все перечисленные  выше системы передачи работают по фазным проводам ВЛ. Такие используются ВЧ тракты по: изолированным проводящим грозозащитным тросам; изолированным  проводам расщеплённых фаз (внутрифазный тракт); изолированным проводам расщеплённых проводящих грозозащитных тросов (внутритросовый тракт).

К недостаткам  аналоговых систем передачи можно отнести  высокий уровень помех в ВЧ каналах и влияние ВЧ систем по ВЛ на радиоприём и системы навигационного управления. Они не отвечают всё  возрастающим требованиям отраслевой сети электросвязи энергетики и поэтому требуют замены на более совершенные цифровые системы передачи с использованием волоконно-оптических кабелей.

2.2 Характеристика проектируемой  системы        передачи.

Для организации  диспетчерско-технологической связи между ПС Заря (Новосибирскэнерго) и Восточными электрическими сетями проектом предусматривается применение 120-канальной цифровой системы передачи. Система изготовлена экспериментальным заводом научного приборостроения российской академии наук (ЭЗНП РАН) совместно с японской фирмой NEC  (торговая марка NEC-EZAN).

Для организации  линий передачи по волоконно-оптическому  кабелю используются оптические линейные терминалы (OLT). OLT осуществляет работу по двум оптическим волокнам, одно для передачи, другое для приёма.

OLT серии FD2250, используемый в данной системе, преобразует входной кодированный сигнал со скоростью передачи 8448 кбит/с в оптический кодированный сигнал со скоростью передачи 8448 кбит/с. OLT FD2250 работаем по одномодовым оптическим волокнам с длиной волны 1,31 мкм.

В качестве аппаратуры аналого-цифрового каналообразования  применяется мультиплексор серии ENE 6012,который обеспечивает:

• приём тридцати каналов ТЧ или основных цифровых каналов (ОЦК) и соответствующего числа каналов передачи сигналов управления и взаимодействия между АТС;
• объединение-разделение их в групповой первичный цифровой поток со скоростью передачи 2048 кбит/с.

Вторичное временное  группообразование осуществляется мультиплексором серии ENE 6020. Он предназначен для объединения-разделения четырех плезиохронных первичных потоков со скоростью передачи 2048 кБит/с. в групповой вторичный поток со скоростью передачи 8448 кБит/с.

Для коммутации станционных оптических, коаксиальных и симметричных кабелей используется кроссовое оборудование, в состав которого входит кроссовая стойка EN-8778, с установленными на ней оптическими, коаксиальными и симметричными кроссами.

Для питания  и размещения съемных комплектов аппаратуры каналообразования (ENE-6012), комплектов временного группообразования (ENE-6020), оптического терминала (FD-2250) и другого оборудования, а также для отображения состояния, включенного в неё оборудования, предназначена стойка серии EN 6000.

Основные  технические данные оптического  терминала FD-2250 приведены в таблице 2.1 [4].

            Таблица 2.1 – Основные технические  данные оптического терминала FD 2250.

           В оборудовании OLT предусмотрена передача каналов сервисных данных (SD), используемых для передачи сигналов служебной связи, сигналов управления и контроля, а также служебных каналов, которые потребитель может использовать для своих целей.

В таблице 2.2 приведён интерфейс каналов SD [4].

            Таблица 2.2 – Интерфейс каналов SD

            Мультиплексор ENE-6012 выполнен в виде отдельного блока, который размещается на стойке EN 6000. На стойке могут быть установлены до 4-х комплектов мультиплексоров.

Основные  технические данные мультиплексора ENE-6012 приведены в таблице 2.3 [4].

Таблица 2.3 - Основные технические данные мультиплексора серии ENE 6012.

           Основные технические данные  мультиплексора серии ENE-6020 приведены в таблице 2.4 [4].

           Таблица 2.4-Основные технические  данные мультиплексора серии ENE 6020.

           Электропитание аппаратуры ENE-6012, ENE-6020 и стойки EN 6000, размещаемой в обслуживаемых пунктах, осуществляется в соответствии с ГОСТ 5237 от источника постоянного тока с напряжением минус (21-29) В. (номинальное значение минус 24 В.) или минус (36-72) В. (номинальное значение минус 48 В. и минус 60 В.) с заземлённым положительным полюсом источника питания [4].

Аппаратура, устанавливаемая в помещении  линейно-аппаратного цеха (ЛАЦ), предназначена  для круглосуточной эксплуатации при  температуре воздуха от 0 до +45°С и относительной влажности до 90%  при температуре +35°С и снижении атмосферного давления до 450 мм. рт. ст.

Аппаратура  должна сохранять свои нормированные  параметры и характеристики после  воздействия следующих климатических  факторов:

• предельной температуре +50°С;
• относительной влажности воздуха 95%  при температуре +35°С;
• предельной температуре минус 50°С;
• атмосферном давлении 60 кПа (450 мм. рт. ст.).