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電力通信發展的回顧與展望

日期:2022-12-12 03:45
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摘要:
電力通信發展的回顧與展望

1 電力通信的概念、內涵及發展沿革
1.1 概念
  探討電力通信的內涵問題,必然涉及電力通信的一些基本概念,如電力系統通信、電力專用通信、系統通信、廠站通信等。
  電力系統通信的一般定義是:利用有線電、無線電、光或其他電磁系統,對電力系統運行、經營和管理等活動中需要的各種符號、信號、文字、圖像、聲音或任何性質的信息進行傳輸與交換,滿足電力系統要求的專用通信。
按照上述定義,電力系統通信即為“電力專用通信”。電力專用通信按通信區域范圍不同,分為“系統通信”和“廠站通信”兩大類。系統通信也稱站間通信(inter-station communication),主要提供發電廠、變電所、調度所、公司本部等單位相互之間的通信連接,滿足生產和管理等方面的通信要求。廠站通信又稱站內通信(intra-station communication),其范圍為發電廠或變電站內,與系統通信之間有互連接口,主要任務是滿足廠(站)內部生產活動的各種通信需要,對抗干擾能力、通信覆蓋能力、通信系統可靠性等也有一些特殊的要求。
   狹義的電力系統通信僅指系統通信,不包括廠站通信。廣義的電力系統通信則包括系統通信和廠站通信。為避免混淆,通常把廣義的電力系統通信稱為“電力通信”,其含義不僅包括系統通信和廠站通信這兩類專用通信,也泛指利用電力系統的通信資源提供的各種通信。如果不涉及社會公眾電信市場,電力通信與電力系統通信、電力專用通信同義。
1.2 發展沿革
  在我國,電力系統通信已有近60年的歷史。早期的電力系統規模不大,采用電力線載波、架空明線或電纜等通信方式,即可滿足調度指揮和事故處理的需要。隨著電力負荷的不斷增長,小的分散的電力系統逐步連接成較大的電力系統,單靠電話指揮運行已不能滿足**供電的要求。20世紀60年代,電力系統遠動技術有了新的發展并開始大規模應用,對通信的通道容量、傳輸質量和可靠性提出了更高的要求,因此開始采用微波、特高頻、同軸電纜多路載波等多種通信方式,連同原有的電力線載波和其他有線通信,組成了適應電力系統范圍和要求的專用通信網,網絡規模和通道容量均有了很大發展。20世紀80年代,我國電力系統不斷擴大,調度管理更加復雜,迫切要求實現以電子計算機為基礎的調度自動化,對通信提出了新的要求。與此同時,通信技術的發展也開始突飛猛進,數字微波、衛星通信、光纖通信、程控交換等現代通信技術相繼引入并得到廣泛采用。1980年北京至武漢數字微波電路建成投運,1982年衛星通信開始在我國電力系統應用,1985年我國電力系統**臺數字程控交換機投運,當時在國內都處于**地位。到1993年,我國電力通信網已形成了連接北京至各省、自治區和直轄市的覆蓋范圍和較強的通信能力。20世紀90年代中后期,架空地線復合光纜(OPGW)、全介質自承式光纜(ADSS)等電力通信特種光纜技術趨于成熟并得到廣泛應用,電話交換、分組交換、數字數據網(DDN)、異步轉移模式(ATM)、會議電話、會議電視等通信業務網也有了很大的發展。
  從世界范圍看,各國電力系統通信的發展過程基本相似,傳輸技術的發展大致都經歷了電力線載波、微波、光纖等幾個階段。電力線載波通信的研究和應用始于20世紀20年代初期,從20世紀50年代開始逐步采用微波中繼通信,到20世紀80年代電力系統特有的架空地線復合光纜等光纖通信技術開始出現,20世紀末已在世界上許多國家的電力系統中得到普遍應用。通信方式也從點對點專線發展到了交換式網絡。
1.3 *近10年中的變化
  在20世紀的*后10年中,世界上許多國家的電力公司都目睹了電力通信的飛速發展和巨大變化,電力通信得到****的大發展,成為這10年中的一個普遍現象。這一普遍現象呈現兩大特征:一是電力專用通信裝備水平和服務質量大幅度提高,為電力系統**、穩定、經濟運行提供了更加可靠的保障;二是充分利用電力系統資源優勢和電力通信富余能力,參與社會電信市場競爭,已經成為國際上電力公司的普遍趨勢。
  中國電力通信作為世界電力通信大家庭中的一員,同樣經歷了****的迅速發展和巨大變化,尤其是在裝備水平和服務質量方面。截止到1999 年年底,電力通信網內數字微波電路總長度約為73 000 km,微波站總數3 200多個;220 kV及以上電力線載波機總數8 300余臺,話路公里數約為340 000 km;110 kV及以下電力線載波機總數10 000多臺,話路公里數約為224 000 km;光纜總長16 000多km,其中ADSS約4 100 km,OPGW約2 000 km,纏繞光纜約600 km;交換機總容量約200萬門;衛星地球站42座;在10多個城市建成了800 MHz集群移動通信系統,此外還有一些150 MHz和450 MHz頻段的常規無線通信系統及電纜載波、明線載波、音頻電纜、普通光纜等。除上述已建成通信設施外,1999年年底以來,電力通信網內已開工建設了數字微波電路約10 000km,光纜線路約20 000 km(其中OPGW和ADSS各占約50%)。電力通信發展規劃也正在制訂中。
從總體上看,我國電力通信的發展,正在朝著既能體現出中國特色又不隔絕于世界潮流的方向前進。
2 新時期電力通信的主要任務
  20世紀的經驗告訴我們:技術進步、體制改革和市場需**決定電力通信發展的3個根本因素。在新世紀初,通信技術仍在不斷進步,電力和電信體制改革仍在逐步深化,市場需求仍在繼續增長,因此,電力通信的發展是歷史的必然,關鍵在于我們如何去把握趨勢,抓住機遇,克服困難,迎接挑戰。
從發展的眼光來看,20世紀*后10年中電力通信發展變化的兩大特征,實際上也反映了新時期電力通信的兩個主要任務:一方面要繼續完善和提高電力專用通信,為電力系統**、穩定、經濟運行提供更加可靠的保障;另一方面要更加充分地利用電力設施資源優勢和電力通信富余能力,形成和擴大新的價值增長點,以保持電力通信發展后勁和提高電力主業競爭能力。
2.1 發展專用通信
  20世紀后期的歷史經驗告訴我們:隨著電網規模的不斷擴大、電力市場的逐步建立以及用戶對供電質量要求的提高,電力系統對信息通信的要求越來越高,依賴性越來越強。盡管由于電信業的發展,傳統的電力通信內部市場中的部分業務將面臨外部競爭,但是,電力專用通信的核心業務在相當長的時間內仍將只能由電力通信機構來提供,公眾電信和專用通信兩者差別的完全消失還遠非事實。因此,在21世紀初和今后一段時間內,電力通信的內部專用通信,只能加強,不能削弱。
隨著時代的發展和技術的進步,電力專用通信的發展面臨巨大的風險和挑戰。這種風險和挑戰主要體現在兩個方面。
  首先,電力專用通信的主要特點是對通信質量尤其是穩定可靠(可用性)方面的要求很高,但業務量相對較小,如果單純從業務量需求來考慮,傳輸容量為2.5 Gbit/s的系統應當足以應付,而現代通信技術的發展趨勢則是容量超大規?;?,單纖容量即可高達Tbit/s級,兩者的差距帶來了一系列的矛盾和問題。為了保證可靠,應當采用先進技術,但是先進的裝備多數都是大容量的,用于專用通信時富余容量沉積很大,形成電力通信風險分析與管理中所謂“過投入”(over-investment)問題。反之,如果想不跟潮流、容量及性能夠用即可,也會遇到一系列新問題,如中小容量的通用設備供應者寥寥,專用產品因為生產批量小而價格極高,產品很快被淘汰后技術支持和備品備件采購困難等,反過來又會影響通信可靠性、實用性和投資效益,造成所謂“欠投入”(under-investment)問題和風險。相比之下,后者的危害和風險更大,因為前者的主要問題是經濟性差,而后者則是可用性和**性的問題。為了保證滿足電力系統特殊需要,電力公司不得不對電力專用通信進行持續不斷的、高額的“過投入”。
  **,隨著電力工業結構調整和管理體制改革的不斷深入,電力企業重組后規模和職能發生變化,控制成本、降低電價的壓力越來越大,一些功能單一、規模較小的電力公司可能不再具有以往“垂直一體化”(vertically-integrated)大公司那樣對電力專用通信持續高額投入的能力,對over-investment心有余而力不足,但是減少對通信的投入又將面臨under-investment的巨大風險,影響其主業的生產**和市場競爭與生存能力,由此而陷入進退兩難的境地。
  從以上分析可以得出兩點結論:
  **,電力工業離不開電力通信,電力通信為電力工業提供上等可靠的專用通信,責無旁貸,應當作為電力通信發展的首要目標。
  **,技術和經濟的發展,已經并將繼續給傳統的電力通信生存方式帶來嚴峻的挑戰,尋找新的出路既是電力通信發展的需要,也是電力公司主業的需要,在更廣泛的意義上講,也是國家利益的需要。
2.2 開拓外部市場
  電力通信要積極開拓外部市場,不僅是必要的,也是可能的。
  必要性方面,走出去不僅僅是通信專業發展的需要,也是電力工業發展的整體需要;不僅僅是受外部市場利益的拉動,更多的是受內部環境和矛盾發展變化的推動。電力通信要健康發展,必須尋找新的出路和支點,傳統的閉門發展模式遲早將走入死胡同。
  可能性方面,電信體制改革和市場逐步開放,為電力通信的發展創造了必要的外部條件。從內部的主、客觀條件看,國家電力公司高度重視電力工業信息化的發展(包括生產控制自動化和企業管理現代化),高度重視電力通信在電力工業信息化進程中的基礎和主導作用,高度重視利用電力系統特殊優勢為國家現代化與信息化貢獻力量。
  電力系統除了有部分富余容量可直接用于對外服務,還有將特殊資源潛力挖掘出來用于發展通信的優勢。在長途網方面,國內有220kV及以上的輸電線路近15萬km,2005年預計達到21萬km,運用電力特種光纜的設計、施工和維護技術,可將其復用為光纜路由資源。在本地網方面,電力系統擁有大量的電力管道(溝道、隧道)、桿塔以及光纖等直接或間接的電信基礎元素,有較好的機房等基礎設施和可靠的電源。在接入網方面,低壓配電線路遍布城鄉各個角落,利用電力線傳送高速數據的技術正在試驗并逐步走向成熟。
  總之,開拓外部市場,是電力通信發展中的一個重大問題,不僅關系到電力專用通信能否健康地發展和生存,也關系到電網的**與穩定能否得到效的保證。因此,為電力通信發展創造良好的環境和條件,促進電力通信健康發展,保障電網供電上等**,同時充分利用好電力系統的潛在資源,不僅是電力部門義不容辭的責任,也是國家的責任。
  作為電力通信部門,更應積極努力,銳意改革,在國家有關主管部門和國家電力公司的支持、指導和幫助下,解決好中國電力通信作為電信經營企業所必須解決的資本結構、組織體系、經營實力三大問題和市場準入問題,發揮長期從事高可靠專用通信運行管理經驗優勢和電力系統可用資源優勢,塑造“電通”品牌。在企業發展戰略方面,可按富余能力消化、邊際成本運營、**商業運營等方式,視政策環境和外部條件情況,分步前進或一步到位。
3 電力專用通信的技術發展問題
3.1 總體思路
  從計算機與通信技術的融合以及專用通信的特點可以看出,專用通信網的*終發展目標將是廣義的信息系統。ITU將“演進環境中的電信體系結構”(TAEE)修改為“信息通信體系結構”(ICA),以及在過去相對獨立的信息技術(IT)和通信兩個領域,現在越來越頻繁地共同使用“ICT”(信息通信技術)等,也從某個側面反映了上述趨勢。筆者在不同場合多次提出,電力專用通信網的*終發展目標是國家電力信息基礎設施(SPII),更準確地說,是SPII的信息通信網絡平臺。這是實現電力工業信息化(包括生產控制自動化和企業管理現代化)的物質基礎。參照國家權威機構和信息通信業界的基本共識,SPII主要應由三大部分組成:信息通信網絡平臺、各種計算機應用系統和各種信息資源。信息通信網絡平臺不僅僅只是傳輸,而是可以進一步縱向分層、橫向切塊、包含信息傳遞多種功能的綜合體。計算機應用系統既可以是單點設置的,也可以是建立在網絡平臺基礎上的,局域、城域或廣域范圍互連的、多點分布的邏輯網絡系統。信息資源既有某個應用系統專用的,也有多個應用系統甚至所有應用系統公用的。SPII發展中需要解決的重大問題主要有3個:帶寬瓶頸、網絡**和信息應用。
  在電力工業信息化進程中,電力通信的主要任務將是:建立信息通信網絡,為各專業、各部門提供公共平臺和網絡服務,其中對不同性質的計算機應用系統可以有不同的服務質量和優先等級;建立與電力通信業務管理有關的計算機應用系統,如通信監控與網管系統、網絡規劃與通信企業管理信息系統、資費管理系統、客戶服務系統等;開發和維護與電力通信相關的信息資源,如號簿資源、客戶信息資源等。
  電力通信在電力工業信息化中擔當基礎和主導作用是技術和歷史發展的必然結果,這并不意味電力通信要包攬一切,恰恰相反,信息時代的電力通信更要順應時代潮流,滿足各方需求,尤其是電網調度自動化系統和管理信息系統等主要應用系統的需求,擺正自己在信息通信生產價值鏈上的位置,追求雙贏甚至多贏,實現整體利益*大化。
3.2 網絡平臺
  在平臺技術的選擇方面,主要的制約因素是遠方保護、遠動中的遙控遙調等關鍵業務,另外,*近幾年中,遠動方面的局域網遠程延伸,**自動裝置的多點聯動分布式網絡,電力市場支持系統中保密和非保密、B to B和B to C等各種子系統的投入等,都對電力通信技術演進方向產生了影響。由于電力通信業務的多樣性和技術要求特點的差異性,有些特殊業務需要通過網絡底層直接承載,有些業務可以集中到上層的IP,而另外一些業務則需要利用中間的某一層(ATM或SDH),因此,那種認為電力通信網也應該像公網一樣直接IP over DWDM,實現“扁平化”的觀點,是不符合電力系統的實際的。國際上電力通信界目前占主導地位的趨向是在某個局部采用*適當的技術,組成子網,然后通過網絡互連(inter-networking)技術形成整體網絡平臺。問題是怎樣確定這些局部區域的劃分才能使整個網絡平臺既具有*大的靈活性和局部優化的性能,又能保證*大的有效性和互連性能。
  根據電力通信發展的總趨勢和資源優勢的分布,寬帶城域網的發展將會成為繼長途光纜干線和高速廣域網建設之后的一個新的熱點,其中,直接架構于DWDM光通信網上的千兆以太網和萬兆以太網正在成為寬帶城域網的主流。以太網技術由局域網向城域網延伸的趨勢,值得引起特別注意,電力通信企業應當大力加強對數據通信網絡技術的培訓和研究,以適應形勢和事業發展的需要。
3.3 傳輸技術
  傳輸技術方面,電力特殊光纜技術將越來越成熟,應用將越來越普及。主要應當關注的問題如下。
  1)工程設計和光纜選型問題。電力特殊光纜工程設計,概括起來是要解決好4個方面的問題:電氣、機械(包括力學)、纖芯和電子設備問題,具體到每一種光纜,這些問題的特征也多少有些差別。需要特別指出的是,應當加強對于纖芯制造和成纜工藝的研究和了解,纖芯種類的選擇是成本、性能、市場等諸多因素的綜合權衡,但是,選定的種類(如G.652或G.655)中,不同廠家的不同制造工藝(制棒、拉絲、分色、阻水措施等)將直接或間接地影響光纜的壽命,因此,決不可簡單地認為只要符合國際標準選哪個都一樣。當然,科學的選擇需要科學的組織和科學的手段。此外,應當關注和研究金屬鎧裝自承式光纜(MASS)的應用問題,MASS的結構與OPGW類似,但由于不需要承載短路電流,設計問題比較簡單,與ADSS相比也有不少優點,如果電能損耗和**距離等問題解決得好,有可能成為一種值得推廣的新方式。
  2)特殊光纜施工新技術。例如將地線更換為OPGW的帶電施工技術,ADSS的施工防護和監視技術等。掌握更**的施工技術可以增強通信發展的靈活性,減少相互制約。
  3)特殊光纜維護和搶修技術。由于網架完善需要投資和時間,特殊光纜一般都承擔重任,一旦出現問題,可能會造成通信大動脈中斷,而且也難以停電檢修,因此其**性問題應當引起高度重視。主要的預防措施可包括:加強產品質量檢測和進網管理;加強工程設計與施工質量管理;加強工程驗收和技術檔案管理;加強預防性維護(實時監測、定期巡視及對照原始檔案分析比較);加強光纜糾正性維護(事故搶修的策略、技術、材料、工具等方面)的研究和落實。目前,國際上已經有了電力特種光纜的維護和搶修技術導則,加上高壓線路相對來說**系數很高,因此,關注這一問題的現實意義是如何更好地滿足電力系統非常嚴格的可靠性要求,對于一般工業用途和民用通信來講,是完全不成問題的。
3.4 接入技術
  接入網在現代通信網中占有越來越重要的地位。在電力系統,過去主要集中精力于解決發電、輸電、變電所需的通信問題,由于用戶面較窄,接入問題不突出?,F在,隨著城市電網改造和用戶要求的提高,解決配電網的通信問題已經成為電力通信建設的重點之一。
  除了采用光纜外,電力通信接入網方面目前世界各國電力公司和相關設備制造廠商都在積極探索研究利用已有電力線路作為傳輸媒介,實現高速信息通信。其中包含兩個大的分支,一個是面向配電網自動化的,國外一般稱為DLC(配電線路載波);另一個是面向進戶線路和戶內線路的,在美國稱為PLT(電力線路通信)。這兩者的差別不僅在于使用對象不同,技術特征也有所不同,如速率要求、線路條件、線路共享方式和用戶密度等。
 ?。校蹋杂捎谏婕懊鎻V,受到很多人的關注。它是220/380V線路上的高速通信,包括作為接入網末段(配電變壓器至責任分界點)和作為用戶住地網(CPN,也叫家庭網HN)兩個應用領域?;冢校蹋缘模茫校?,主要可用于戶內多臺計算機聯網、智能家用電器控制、電力增值服務、終端設備靈活接入等。
  目前,國際上有多個機構(行業協會、標準組織、專業論壇等)在開展這方面的研究和推廣工作,許多國際知名的通信及計算機設備制造企業都積極參與。據報道,國外已有多家公司實際演示或宣布推出了2 Mbit/s及以上速率的室內電力線通信產品,如加拿大Cogency公司(25 Mbit/s @ 4~20 MHz)、美國Intellon公司(14 Mbit/s @ 3.5~16.5 MHz)、以色列Itran公司(12 Mbit/s @ 4~20 MHz)、美國Enikia公司(10 Mbit/s)、美國Inari公司(2 Mbit/s)、瑞士Ascom公司(2 Mbit/s)等。一些電力公司也正在進行一定規模的現場試驗。在我國,低速率DLC和PLT(接入網末段及CPN)產品早已出現,也有一些應用。國家電力公司目前正在組織進行高速產品的研究和開發,主要包括3個方面:一是針對我國電網具體情況進行傳輸特性測試與建模;二是有關適合電力線路通信特點的新型調制方式、編碼方式等抗干擾措施的基礎研究;三是自行研制開發,或對國外專業廠商生產的器件特性進行研究和測試,選擇性能價格比*佳者進行系統集成和國內配套,形成實用化產品。
4 結束語
  本文參考資料來源主要有4類:一是國家電力公司總經理高嚴同志在國家電力公司2001年工作會議上的報告,二是《中國電力百科全書》(**版和**版),三是相關網站及媒體,四是本人過去發表的學術論文。由于水平有限,無論對領導講話和文獻資料的理解,還是作為個人意見發表的觀點,都不可避免存在局限性甚至錯誤,歡迎批評指正。撰寫此文的目的只是參與討論,拋磚引玉,共同推進21世紀專用通信特別是電力通信的發展。
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