Строительство волоконно-оптических линий связи методом замены грозозащитного троса ЛЭП и частный случай их применения в релейной защите

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сибирского федерального университета

Строительство волоконно-оптических линий связи методом замены грозозащитного троса ЛЭП и частный случай их применения в релейной защите

Михайленко Ярослав Витальевич, аспирант, директор по развитию ООО «НэтТелеКом»

Бойко Александр Сергеевич, инженер ООО «Экра-Сибирь»

Красноярск

К началу 90-х годов отраслевые информационные сети были аналоговыми и предназначались в основном для передачи телефонных и факсимильных сообщений, поэтому для внедрения их в комплексные информационные системы связи и управления потребовалась их серьезная модернизация.

Сейчас модернизация отраслевых сетей электроэнергетики (ранее входивших в состав гиганта российской энергетической промышленности -- РАО «ЕЭС России») находится на начальной стадии, но, несмотря на это, темпы модернизации достаточно высоки. В отличие от сетей Газпрома (в большей степени опирающихся на технологии спутниковой связи) основой этих сетей являются протянутые вдоль линий электропередач (ЛЭП) или железнодорожных путей волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). За последние годы различными подрядными организациями было проложено несколько тысяч километров оптоволоконного кабеля, находящегося внутри грозозащитного троса ЛЭП. Как правило, заказчиками являются как сами компании электроэнергетической отрасли (сетевые и генерирующие), так и крупные операторы междугородней и сотовой связи, такие как ОАО «Ростелеком», ОАО «МегаФон», ОАО «Мобильные ТелеСистемы», ГК «Синтерра» (формально уже вошедшая в состав ОАО «МегаФон») и другие. За право прохода по ЛЭП компании - заказчики предоставляют собственникам линии свободные «неосветленные» волокна в пользование, кроме этого, в ходе строительства ВОЛС производится замена старого и, как правило, уже ветхого грозозащитного троса линий электропередачи, что, в свою очередь, повышает надежность электроснабжения.

Основным преимуществом ВОЛС проходящей в грозозащитном тросе ЛЭП, по сравнению с ВОЛС проложенной в земле и ВОЛС построенной с использованием самонесущего оптического кабеля, является высокая надежность линии связи, а значит и низкая аварийность - в среднем не более одного аварийного случая в год.

При нормальных условиях (температура воздуха не ниже -15?C) рабочая бригада прокладывает до 5 км оптоволоконного кабеля в день. Средняя стоимость прокладки волоконного кабеля составляет около 3000 рублей за метр, включая стоимость самого кабеля и сопутствующих материалов. Как правило, используется волоконно-оптический кабель с одномодовым или многомодовым волокном, встроенный в грозозащитный трос с оптическим модулем в повиве. Структура такого грозозащитного троса показана на рисунке 1.

Рис. 1. Структура грозозащитного троса с волоконно-оптическим кабелем.

Такой грозозащитный трос предназначен для подвешивания на опорах воздушных линий электропередач напряжением от 35 кВ и выше. Оптический модуль представляет собой герметичную трубку, изготовленную из нержавеющей стали, внутри которой расположены оптические волокна. Свободное пространство в трубке заполнено специальным гидрофобным гелем. Наружный диаметр волоконно-оптического кабеля, его расчетный вес и физико-механические параметры определяются в соответствии с требованиями заказчика на основании технических условий их монтажа и эксплуатации.

Как правило, волоконно-оптический кабель содержит в себе от 16 до 52 волокон (максимум возможно изготовить кабель с количеством до 144 волокон). Как показала практика, чаще всего, заказчик выбирает кабель с числом волокон 24 и 32. При осуществлении первых проектов по прокладке ВОЛС по ЛЭП, использовался кабель зарубежных производителей, таких как Norddeutsche Seekabelwerke & Co. KG, Corning Cable Systems Company, Draka NK Cables, Sumitomo Corporation и AFL Telecommunications. Однако сейчас, все больше и больше применяется отечественный волоконно-оптический кабель, производства компании ЗАО «ОФС Связьстрой-1 ВОКК» и других российских фирм-производителей.

Рис. 2. Бригада на линии осуществляет монтаж ВОЛС на ЛЭП.

Существует альтернативный способ прокладки волоконно-оптического кабеля по ЛЭП, без необходимости замены грозозащитного троса и вывода линии из работы. Волоконно-оптический кабель равномерно наматывается вокруг существующего грозозащитного троса специальной навивочной машиной-роботом. Навивочная машина может перемещаться по грозозащитному тросу как с помощью радиоуправляемого самодвижущегося механизма (РСМ), так и вручную, с помощью специальной лебедки. Для перехода навивной машины через опоры ЛЭП применяется специальное подъемное устройство. Навитый на грозозащитный трос волоконно-оптический кабель способен противостоять любым воздействиям окружающей среды, включая всевозможные погодные явления: гололед, ветровую нагрузку, перепады температур, а также токи короткого замыкания на линии, удары молний, вибрацию, клевки птиц и другие. Однако в России, технология навивки волоконно-оптического кабеля на грозозащитный трос не получила широкого распространения.

При отсутствии возможности замены грозозащитного троса на линиях 35-110 кВ часто применяют подвес с использованием самонесущего волоконно-оптического кабеля, что является менее надежным, но приемлемым и чуть более дешевым решением.

В сетях, построенных на базе ВОЛС в электроэнергетике, получили широкое распространение устройства ABB FOX 515 в качестве транспортных мультиплексоров и оборудование NEC U-Node в качестве оконечных клиентских мультиплексоров. Эти устройства обладают высокой надежностью, гибкостью и хорошими эксплуатационными характеристиками. Общий вид устройств ABB FOX 515 и NEC U-Node показан на рисунке 3.

Применение оборудования NEC U-Node обусловлено тем, что помимо выполнения технологических задач появляется возможность оказания услуг связи сторонним организациям, например, предоставления в аренду каналов связи. Мультиплексоры U-Node надежно зарекомендовали себя в условиях постоянно расширяющегося сетевого трафика. Также стоит отметить их пригодность к использованию в качестве активных элементов сетей ВОЛС различных топологий. Мультиплексоры U-Node можно успешно применять в магистральных сетях связи с использованием оптических интерфейсов SDH, а также в городских сетях с использованием оптических интерфейсов 600M, 150M, 50M и электрического интерфейса STM-1E. Для подстройки к резкому увеличению трафика данных протокола IP, в U-Node используется технология виртуального подключения с целью обеспечить эффективность передачи данных на IP маршрутизаторы и обеспечить переключение сетей ATM на режим работы через имеющуюся сеть.

В основе мультиплексоров ABB FOX 515 лежат технологии связи SDH, PDH и HDSL. Эти мультиплексоры также обладают специализированными функциями, разработанными специально для построения систем связи в электроэнергетике, например, возможность установки специализированных оптических усилителей, позволяющих значительно увеличить дальность передачи сигнала по ВОЛС, что позволяет сократить издержки на строительство дополнительных регенерационных пунктов. Для этих мультиплексоров также выпускаются специализированные платы для организации технологической связи и передачи сигналов релейной защиты и телемеханики.

Рис 3. Мультиплексоры NEC U-Node (слева) и ABB FOX 515.

Первый крупный проект интеграции ВОЛС в электроэнергетике был реализован в 2003 году, когда была построена волоконно-оптическая магистраль Москва - Санкт Петербург - Финляндия. Она была оснащена современным оборудованием мультиплексирования (DWDM), что позволило обеспечить пропускную способность магистрали до 400 Гбит/с. Часть канала идущего в Финляндию (г. Лаппеэнранта) была задействована для обмена трафиком с европейскими операторами связи.

В 2005 году ООО «Инжиниринговый центр Энерго» приступило к строительству волоконно-оптической линии связи по линиям электропередачи общей протяженностью 9780 км от Урала до Дальнего Востока (Челябинск - Хабаровск - Лучегорск - Находка). Заказчиком и инвестором этого проекта выступила компания ОАО «Ростелеком», за право прохода по ЛЭП собственнику линий ОАО «ФСК ЕЭС» будет предоставлено в пользование 4 волокна из 24. Схема будущей ВОЛС показана на рисунке 4. Этот проект станет одним из самых масштабных в мире
в области прокладки волоконно-оптических линий связи.

В состав работ и поставок по проекту строительства ВОЛС «Хабаровск - Челябинск - Лучегорск - Находка» входит:

- проектно-изыскательские работы;

- закупка, хранение и доставка материалов и оборудования на площадки строительства;

- выполнение общестроительных, монтажных, измерительных работ;

- пуско-наладочные работы, приемосдаточные испытания и сдача в эксплуатацию заказчику. мультиплексор грозозащитный кабель

В 2006 году проект получил дальнейшее расширение - началась прокладка ВОЛС на ЛЭП на участках «Барабинск-Таврическая» (217 км) и «Москва - Ростов на Дону - Самара - Челябинск» (7580 км), а в 2008 были проведены строительно-монтажные и пусконаладочные работы по укладке ВОЛС на участке «Москва - Тамбов - Самара».

С 2007 года ведутся работы по строительству ВОЛС «Московское кольцо», которая будет объединять четыре подстанции напряжением 500 кВ - «Западная», «Бескудниково», «Очаково» и «Чагино», а в конце 2009 года оператор связи ГК «Синтерра» объявила о заключении партнерского соглашения с компанией «ЕЭСТелеком» (ОАО «Московский Узел Связи Энергетики»), дочерней компанией ФСК ЕЭС, по строительству магистральной линии связи Владивосток - Хабаровск. Согласно заключенному договору, «Синтерра» стала соинвестором «ЕЭСТелекома» в проекте по созданию ВОЛС по маршруту Владивосток - Хабаровск. Общая протяженность магистрали, которая будет проходить через 21 населенный пункт региона, превысит 1000 км. Планируется, что линия будет введена в эксплуатацию в 2011 г.

Названные планы строительства ВОЛС с использованием инфраструктуры энергетики не единственные. «Синтерра» также рассматривает возможность строительства ВОЛС в Читинской области и республике Бурятия, до границы с Монголией, ОАО «МегаФон» начало строительство магистральной линии Красноярск - Иркутск. Аналогичные, как уже реализованные (такие, как ВОЛС в Алтайском крае и Кемеровской области), так и прорабатываемые на предмет реализации проекты есть и у ОАО «МТС» (Мобильные ТелеСистемы), которое, к примеру, рассматривает возможность строительства зоновой линии Красноярск - Лесосибирск - Енисейск и др.

Таким образом, энергетические компании рассматривают сотрудничество с операторами связи по строительству ВОЛС на ВЛ как уже успешно зарекомендовавшую себя практику. Это сотрудничество позволяет энергетикам активно развивать собственную технологическую связь, эффективно используя средства.

Немаловажной является возможность применения волоконно-оптических линий связи ЛЭП в релейной защите, а именно в продольных дифференциальных защитах линий.

Принцип действия продольной дифференциальной защиты кабельной или воздушной линий электропередачи основан на сравнении фазы и величины токов по концам защищаемой линии. При реализации такой защиты в традиционном исполнении обмен выполнялся при помощи аналоговых сигналов малой мощности (50 Гц или тональной частоты) При использовании современных терминалов релейной защиты обычно реализуется обмен данными представленными в двоичном коде.

При реализации дифференциальной защиты на традиционной элементной базе средой передачи данных являются металлические контрольные провода. Волоконно-оптические кабели стали активно применяться только в течение последних нескольких лет, в таких проектах, однако, система защиты должна быть реализована на базе микропроцессорных терминалов защит. Используемые соединения типа «точка-точка», применяемые при использовании устройств защиты, выполненных на традиционной элементной базе, активно заменяются цифровыми линиями передачи данных, которые являются частью отраслевых информационных сетей.

Рис. 4. Географическая карта проектов строительства ВОЛС на ЛЭП.

Традиционные каналы связи, используемые в продольных дифференциальных защитах линий, подвергаются влиянию электромагнитных помех. Влияние оказывают токи и напряжения промышленной частоты при коротких замыканиях на землю, а также импульсные помехи при коммутациях силового оборудования и при ударах молнии. Применение ВОЛС, встроенной в грозотрос, позволяет избежать всех этих проблем.

Упрощенная структурная схема применения волоконно-оптической линии связи в продольных дифференциальных защитах линий показана на рисунке 5.

Рис. 5. Применение ВОЛС в продольных дифференциальных защитах линий.

Как было сказано ранее, чаще всего волоконно-оптические кабели связи используются в мультиплексном режиме, обеспечивая передачу данных различного назначения. Поэтому терминалы защит на подстанциях по обоим концам линии подключаются к волоконно-оптической линии связи через мультиплексоры. Подключение к мультиплексорам как правило осуществляется по стандарту G.703 (описывающему электрические характеристики стыков цифровых интерфейсов передачи голоса или данных через цифровые каналы типа E1).

В некоторых случаях для целей защиты выделяются отдельные волокна, и в использовании мультиплексоров нет необходимости, в таком случае устройство защит должно иметь свои собственные оптические приемопередатчики.

Отметим ряд преимуществ использования волоконно-оптических линий связи в продольных дифференциальных защитах линий:

- налаженный канал связи между двумя терминалами защит можно использовать для нужд телемеханики (например, для передачи команд телеотключений), а также для мониторинга электрических параметров и состояний коммутационных аппаратов подстанции на другом конце линии. Появляется возможность организовать оперативную блокировку линейных разъединителей с заземляющими ножами на подстанции с противоположенного конца линии;

- возможность использования такого типа защит на любых по длине линиях электропередачи;

- возможность организации работы защит по двум взаиморезервирующим друг друга волоконно-оптическим линиям связи.

Что касается опыта внедрения продольных дифференциальных защит линии с применением ВОЛС, можно, в качестве примера, отметить ввод в опытную эксплуатацию в сентябре 2007 года двух полукомплектов защит типа БЭ2704 091 (производства ООО «НПП ЭКРА», г. Чебоксары) на линии электропередачи 110 кВ «Тольяттинская ТЭЦ - ПС Левобережная», длинной 10 км, с двумя отпайками. Использована выделенная волоконно-оптическая линия связи. Два аналогичных полукомплекта продольной дифференциальной защиты линии введены в эксплуатацию в Казанских электрических сетях на ВЛ 110 кВ «ПС Центральная - ПС Магистральная» в декабре 2007 года. На этих объектах за все время эксплуатации указанных защит было зафиксировано около 30 внешних коротких замыканий и одно повреждение на стороне низкого напряжения отпайки, во всех случаях защита работала правильно, что позволяет сделать вывод о положительном опыте применения волоконно-оптических линий связи с устройствами релейной защиты линии.

Таким образом, исходя из практики использования и опыта эксплуатации, можно сделать вывод об определенном удобстве и надежности применения ВОЛС, построенных с использованием инфраструктуры электроэнергетики, не только для решения коммерческих «телекоммуникационных» задач, таких как передача голоса, данных, видео, но и для успешного применения в области технологической связи, телемеханики и РЗА.

Размещено на Allbest.ru