电力系统通信

2024年3月3日发(作者：什么是校园文化)

电力系统通信概论

湖北超高压输变电公司 孟应平

一、电力系统通信

通信：完成信息的收集、传输、交换的过程。

终端设备、传输设备、交换设备。

电力系统通信：利用电力系统资源和其他公共通信手段，解决电力系统生产特殊要求，为电力系统生产服务的独立通信系统（专网），总称电力系统通信。

二、 通信的几个有关概念

1． 电平（功率）： 表示信号功率的大小。

单位：分贝，dBm=10lg (po/1mw)

2． 频率： 表示信号变化的快慢。

单位：hz= (1/s) , 周波/秒。

3． 带宽： 表示频率的间隔（△f）。

单位：Hz, △f=f2一f1

4． 通信容量---速率: 每秒传输比特（位）数量的多少。

单位： bit/s=(bit/s)

5． 频带利用率： 每赫滋带宽传输的通信容量。

单位： bit/s/ Hz, =(bit/s/ Hz,)

6． 误码率： 一定传输时间内，传输错误的比特数与总比特

数的比。

1

单位：EBR（Error Bit Rate）=(错误比特/总比特数)

7． 码型： 用以表示二进制代码的信号的波形。

AMI, CMI, BCD（二十进制编码）

RZ（归零码）, NRZ（不归零码）

HDB3（三阶高密度双极性码）

8. 编码： 通过数码变换，将原始二进制代码变换成适合信道传输的另一种数玛的过程，叫编码。编码的目的是：

1） 便于提出时钟；

2） 提高信号抗干扰能力；

3） 便于检测误码和纠错；

4） 压缩码率，提高线路传输速率；

9． 调制：利用待传输信号（数字、模拟）去改变载频（波）信号的某一参数（量），便于信道传输，这一过程就叫调制。

1） 调幅

2） 调频

3） 调相

10． 复用：在一个传输煤质中，同时传输多个信号，就叫复用。

1） 频分复用

2） 时分复用

3） 码分复用

4） 波分复用

2

11． 时钟： 设备固有的（或外部输入）频率和波形都固定的信号源。 （hz，bit/s）

12． 同步： 同一网络上的网元设备，通过同一时钟信号源的指挥，达到同节拍的信号输入、输出，此时的状态叫同步；反之，叫失步。

13. PCM：（Pul Coded Modulation &Demudulation）

脉冲编码调制解调机（终端机）

功能： 将30路模拟信号或低速数据信号复接成一路2M数据信号；反之，将一路2M数据信号分解成30路模拟信号或低速数据信号。

PCM的帧结构如下：

1复帧=16帧（2ms） 1帧

F15 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F0

1帧

125μs

32个时隙 /256比特

1路（时隙）

3．9μs/8比特

8比特

帧同步时隙 话路1 „„ „„ 话路15 信令时隙 话路16 „„ „„ 话路30

Ts0 Ts1 „„ Ts15 Ts16 Ts17 „„ Ts31

TS0:帧同步时隙

偶帧

1 0 0 1 1 0 1 1

帧同步码

保留给国际用，暂定为1

3

奇帧

1 1 A1 1 1 1 1 1

保留给国内用，暂定为1

帧失步，对告

TS16:复帧同步及信令时隙

F0帧

0 0 0 0 1 A2 1 1

复帧同步码

复帧对告码

F1帧

a b c d a b c d

CH1信令码 CH16信令码

„„„

F15帧

a b c

Ts1-Ts15 Ts17-Ts31：话路时隙

a b c d e f g h

1字节=8比特=3．9μs

d a b c d

CH15信令码 CH30信令码

14． PDH（准同步数字系列）

SDH （同步数字系列）

PDH：北美速率标准: 1.5Mbit/s—6.3Mbit/s—45Mbit/s—N×45Mbit/s

日本速率标准: 1.5Mbit/s—6.3Mbit/s—32Mbit/s—100Mbit/s-400Mbit/s

欧洲速率标准: 2Mbit/s—8Mbit/s—34Mbit/s— 4

140Mbit/s

SDH：STM—1；155.52Mbit/s

STM—4：622.08Mbit/s

STM—16：2488.32Mbit/s

STM—64：9953.28Mbit/s

STM—256:39813.12Mbit/s

三、电力系统通信的几种方式

1、电力载波：利用电力线或地线作为传输介质，传输频率在40KHz-----500KHz， 利用调幅方式，将话音、远动、保护信号在变电站之间传输。 传输容量通常为4KHZ。

2、微波通信： 利用自由空间传输介质，传输频率在300M

Hz-----300GHz， 利用数字调相方式，将话音、远动、数据信号在变电站与调度中心之间（或长途）传输。 传输容量通常为34.368Mbit/s-----155.52（480—1920CH）

1标准话路 ＝4Khz ＝64Kbit/s

3、光纤通信：利用光导纤维作传输介质，传输波长在1.31µm----1.55µm， 利用激光直接调制方式，将数字信号沿光缆传输，传输容量通常为2.5Gbit/s-----10Gbit/s.

(30240---120960CH)

λ＝C/f λ: 波长, C: 光速3×108

m/s, f：频率

4、卫星通信。

5、移动通信。

5

6、短波电台、特高频等无线电通信。

四、电力系统通信的几种接口方式

1、二线方式接口：

B． 二线用户（话机）接口： 2W FXS

C． 二线交换机接口： 2W FXO

D． 二线用户E/M接口：2W E/M

2． 四线方式接口：

A． 四线方式： 4W

B． 四线E/M方式： 4W E/M

3． 低速数据接口：

A． G.703 64Kbit/s 同向接口数据

B． G.703 64Kbit/s 反向接口数据

C． V.35 N×64Kbit/s 数据

D． 10 Ba –T 网络数据接口

4． 2Mbit/s E1数据接口

5． 155.52 Mbit/s STM-1数据接口 (电口/光口)

6． 622.08 Mbit/s STM-4数据接口 (电口/光口)

五、电力系统通信网的组成

（一）、电力系统通信网的组成

1、传输网；

2、行政交换网

6

3、500KV调度交换网

（二）、电力通信网主要承载的信息：

1、语音信息

2、远动信息

3、保护信息

4、计算机数据信息

5、图像信息

6、网管信息

7、时钟信息

8、综合数据网信息

9、其它数据信息

7

电力系统光纤通信

一．光纤通信

1．光纤通信的定义

光纤通信是以光波为载体，以光导纤维为传输媒质，将信号从一处传输到另一处的一种通信手段。

2．光纤通信的特点

A、传输容量大：单路载波4KHZ的带宽——一个话路

微波（2M—155.52Mbit/s/λ）——30—1890CH

光纤容量10Gbit/s/λ——120960CH

B、传输距离远：单摸光纤在1.3µm窗口的衰耗0.3dB/km，1.55µm窗口的衰耗0.2 dB/km，中继段距离可达150km，实现长距离通信。

C、不受电磁干扰，抗电磁干扰及雷电干扰能力强。

D、线径细，重量轻。单芯光纤直径只有0.1mm，便于敷设。

E、资源丰富：光纤材料SiO2自然界大量存在，取之不尽，耗之不竭。频率资源丰富，在同一缆中，频率（波长）可重复使用。

3．光纤通讯的分类：

按波长分：短波长（0.85µm）

长波长：1.3µm 1.55µm

按传输模式分： 多模光纤通信

单模光纤通信

8

按信号方式分：模拟光纤通信

数字光纤通信

按同步方式分：准同步 PDH光纤通信

同步 SDH光纤通信

4．光纤通信在电力系统中的应用

随着电力网的扩大，电网由省网发展到跨省，跨区，要求信息量急剧增加；电力载波和微波出现许多问题，诸如电力系统发生线路故障，电磁干扰，衰落，误码等，通信容量难以满足现代大容量高速数字网的要求。因此，光纤通信网的应用便应运而生。

二．光纤通信的一般组成

OPGW

V

D

F

VDF：音频配线架

PCM：数字终端机

DDF：数字配线架

SDH：同步数字系列光传输设备

ODF：光纤分配架

OPGW：复合地线光缆

9

P

C

M

D

D

F

S

D

H

O

D

F

S

D O P

V

光缆线路

D

F

D

H

D

F

C

M

D

F

ADSS： 全介质自承式光缆

三．光纤及光缆

1、光纤结构

包层

纤芯

涂覆层

塑套

2、光纤类型及谱特性：

多模光纤：指光纤中传输模式是多个

单模光纤：光纤中只能传输一个模式的光纤

光纤谱特性：

A（dB）衰耗

1310 1550 nm 波长

3、光纤的种类

ITU—T已经在建议G.652；G.653；G.654;G.655中分别定义了四种不同设计的单模光纤。

G652光纤是目前已广泛使用的单模光纤，称为1310nm性能 10

最佳的单模光纤，又称色散未移位的光纤。

G653光纤称为色散移位光纤或1550nm性能最佳的光纤。

G654光纤称为截止波长移位的单模光纤。（海底光缆）

G655光纤称为非零色散移位单模光纤。

**G652 适用工作窗口：1310nm(0.3—0.4dB/KM) 1550nm(0.17—0.25dB/KM) 截止波长1260nm

**G655适用工作窗口：1550nm(0.19—0.25dB/KM)截止波长1480nm

4、电力系统常用的光缆

OPGW：optical-Ground Wire 架空地线复合光缆

ADSS： All-Dielectric Self-supporting 全介质自承式光缆

光缆的几种结构：

A． 骨架式，（玉凤线，凤络线） OPGW

B． 层绞式，（斗—白线） OPGW, 普缆

C． 中心束管式 OPGW

D． 叠带式 普缆

5、尾纤： G.652，G.655

用以连接光纤配线架与光传输设备、光终端转换设备之间的单根光纤，称之为尾纤或跳纤。长度约5米至20米。

多模尾纤为桔红色；单模尾纤为黄色。

11

四．光传输设备

1． 设备类型：

TM： 终端复接光传输设备

ADM：分插复接光传输设备

DXC：数字交叉连接光纤设备

REG：光中继设备

2． 设备主要模块：

接口单元，STM—64光接口

STM—16光接口

STM—4光接口

STM—1光接口

STM—1电接口

T3（45Mbit/s）电接口

T1（1.5Mbit/s）电接口

E3（34Mbit/s）电接口

E1（2Mbit/s）电接口

交叉矩阵单元

128×128 VC—4级

2016×2016 VC—12级

定时单元： 定时单元可以从线路，支路单元，外部时钟单元（BITS），内部时钟获取定时信号。

开销处理单元：主要完成公务开销字节的处理。

12

主控单元：通过管理口与网 管终端连接，负责收集传输系统的性能，告警，历史记录等信息上报网管，并下发来自网管的各种命令。通过DCC通道和不同传输网 之间交换信息，来实现对其他网的管理。

光放单元：

BA：BOOST 光放大器 10—20dB

PA：PRE AMPLIFIER 预放 10—20dB

五．光测试仪表

光源： 1310nm，1550nm

光功率计：850nm ,1310nm，1550nm

OTDR：光时域反射仪

平均衰耗：0.2—0.3 dB/Km

末端反射衰耗: 20--40dB

接头损耗：0.1--0.2dB/个

光纤熔接机

13

光纤通信复用保护原理及应用

一、光纤传保护的通道组成方式

1、专用光纤传保护方式：

-------------------------------------------------

-------------------------------------------------

光缆

虚线代表光缆中用来传保护的光纤

实线代表光缆中用来传通信的光纤

光纤

图一 专用光纤保护方式

2、数字复接（通道复用）方式：

A、 64K数据复接方式：

光电

转

P

C

M

S

D

H

S

D

H

P

C

M

光电

转换

换保护与通信 双绞线 2M电缆 线路光纤 2M电缆 双绞线 保护与通信

连接光纤 64K数据 64K数据 连接光纤

A站 线路 B站

B、 2M数据复接方式：

14

光电

转

S

D

H

S

D

H

光电

转换

换保护与通信 2M电缆 线路光纤 2M电缆 保护与通信

连接光纤 连接光纤

A站 线路 B站

图二 光纤通道复用保护方式

二、光纤传保护的优点

1、传输介质可靠、稳定，通道衰耗恒定，不随天气影响。

2、通道传输更快捷，传输时间短。

3、从保护到通信采用全数字化通道，便于信号处理。设备更简单。

4、实现网管容易，便于监控。

三、光纤保护传输系统图

P

C

M

O/E

PE

ODF:

光纤配线架 SDH: 同步光传输设备

PCM：数字终端机 O/E: 光电转换器 PE: 继电保护设备

PE

O/E

O/E

S

D

H

O

D

F

O

D

F

S

D

H

P

C

M

O/E

64K数据 2M数据 光 信 号 2M数据 64K数据

四、光纤保护应用实例

15

1、龙斗一、二回光纤保护

A、FOX515：

FOX515是一种终端接入、光电转换、数字复接及传输为一体的综合设备。

盘位如下：

a.龙—斗一回保护光电接口盘，REL561保护&LEP925远跳一；

b.龙一斗二回保护光电接口盘，REL561保护&LEP925远跳一；

c. 控制盘；

d. 2M接口盘；

e. 电源盘。

FOX515(龙斗一、二回)面板组装图

FOX515

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

O

T

E

R

M

6

4

K

O

T

E

R

M

6

4

K

G

E

C

G

E

C

0

D

6

4

C

O

B

U

X

中央处理器

M

E

G

I

F

2

*

2

L

O

M

I

4

4

*

2

P

O

S

U

S

电源模块

0

D

6

4

光 光

电 电

接口 接口

K K

数据数据板 板

M M

接口接口板 板

16

OTERM 64K光电转换接口板： 其功能是完成64K数据的光电转换。

2槽位板： 龙斗一回REF561保护、LFP925远跳1光纤接口。

3槽位板： 龙斗二回REF561保护、LFP925远跳1光纤接口。

GECOD 64K数据电接口板：其功能是完成外部64K数据的同步。

6槽位板：斗笠至龙泉安稳装置64K数据通道接口

7槽位板：斗笠至左岸安稳装置64K数据通道接口

11槽位板：COBUX CPU板： 完成配置及网管数据的储存、告警信息的收集等。

13槽位板：MEGIF 板： 2*2M数据通道接口板， 至龙泉

14槽位板：LOMI4 板： 4*2M数据通道接口板， 至左岸

21槽位板：POSUS板： 电源板

告 警：

1、 OTERM插件：

① 摸块告警：本盘无正常反应、模块自检不成功或模块插错槽位时，（红）灯亮；

② 信号告警：收不到信号时告警，（红）灯亮。

2、 COBUX插件：

① 正常运行时绿灯亮，模块故障时亮红灯；

② 传输主通道无输入时亮红灯；

③ 重要告警，当各分路板无信号输入时亮红灯；

④ 次要告警。

3、 MEGIF插件：

① 模块告警：模块无正常反应时或自检不成功时亮红灯；

② 信号告警：“无2M信号输入”、“两端告警”或“误码率≥1×10E-3”时亮红灯。

4、 POSOS插件：

① 电源告警指示灯，告警时红灯亮。

盘位配置说明

1、“2”盘位为龙斗一回保护光电接口盘。

2、“3”盘位为龙斗二回保护光电接口盘。

3、“11”盘位为控制盘。

4、“13”盘位为2M接口盘。

5、“21”盘位为电源盘。

17

2、玉凤线光纤保护数据传输接口方框图

凤凰山变电站侧

远切接点

远跳接点

9 7 4 5

TX RX

2芯多模

RX TX

IMUX

2 0 0 0

DDF SDH

G.703

F M 6 4

2芯多模

F M 6 4

G.703

L 90

O

玉贤变电站侧 P

远切接点

G

W

远跳接点

9 7 4 5

TX RX

2芯多模

RX TX

IMUX

2 0 0 0

SDH

DDF

G.703

F M 6 4

2芯多模

F M 6 4

G.703

L 90

18

19