智慧输电线路多业务共享OPGW接续技术及工程应用_姚文杰.pdf

电 力 信 息 与 通 信 技 术Electric Power Information and Communication TechnologyVol.21 No.2Feb.2023第 21 卷 第 2 期2023 年 2 月智慧输电线路多业务共享OPGW接续技术及工程应用姚文杰1，陈端云2，陈均1，张昊1，林彧茜2，李杰3，吴飞龙3（1.国网福建省电力有限公司信息通信分公司，福建省 福州市 350012；2.国网福建省电力有限公司，福建省 福州市 350003；3.福建永福电力设计股份有限公司，福建省 福州市 350108）Multi-service Sharing OPGW Connection Technology and Engineering Application of Smart Transmission LinesYAO Wenjie1,CHEN Duanyun2,CHEN Jun1,ZHANG Hao1,LIN Yuqian2,LI Jie3,WU Feilong3(1.Information and Communication Branch,State Grid Fujian Electric Power Co.,Ltd.,Fuzhou 350012,Fujian Province,China;2.State Grid Fujian Electric Power Co.,Ltd.,Fuzhou 350003,Fujian Province,China;3.Fujian Yongfu Electric Power Design Co.,Ltd.,Fuzhou 350108,Fujian Province,China)摘要：随着智慧输电线路加快建设及新通信业务不断出现，如何构建安全可靠的信息通道成为亟待解决的重大问题。文章结合大芯数OPGW工程应用，提出多业务共享OPGW光纤接续点选择模型及算法，满足新业务装置对搭挂输电铁塔高度的特殊要求；研究直线塔改造为接续点的方法，满足搭挂光纤接头盒技术要求；研发分层结构可插拔光纤接头盒，实现多业务共享OPGW。研究成果在实际工程中成功应用，有效解决了OPGW投入运行后的接入难题和供需矛盾，为智慧输电线路等新业务近距离提供了安全可靠优质光纤通道，全面推广应用前景广阔，经济和社会效益显著。关键词：智慧输电线路；多业务共享OPGW；光纤接续点选择；直线塔改造；即插即用接头盒ABSTRACT:With the accelerating construction of smart transmission lines and the emergence of new communication services,how to construct secure and reliable information channels has become a major problem to be solved urgently.Combined with the application of OPGW project with large number of cores,the model and algorithm of OPGW fiber connection point selection for multi-service sharing is proposed to meet the special requirements of new service devices on the height of the transmission tower.The method of transforming tangent tower into connecting point is studied to meet the technical requirements of mounting optical fiber connector box.The layered pluggable optical fiber connector box is developed to realize multi-service sharing OPGW.It has been successfully applied in practical projects,effectively solving the access problem and supply-demand contradiction of OPGW after it is put into operation,and providing safe,reliable and high-quality fiber channel for new businesses such as smart power transmission lines at close range.It has broad prospects for comprehensive application and significant economic and social benefits.KEY WORDS:smart transmission lines;multi-service sharing OPGW;optical fiber connection point selection;tangent tower transformation;plug and play connector box0引言智慧输电线路以坚强输电线路为基础，综合应用监测传感、信息通信、数据融合、人工智能等技术，实现数据管理全景化、运行状态透明化、诊断决策智慧化和设备修复高效化的新型输电线路，是能源互联网重要组成部分1。目前智慧输电线路本地信息通信传输主要依赖电信行业运营商的4G/5G通信、WiFi、LoRa、Zigbee和无线专网等方式2-3。由于高压输电线路走廊多位于崇山峻岭人烟稀少区域，且穿越无人居住区，电信运营商通信网络布点率低、信号弱、通信可靠性低，严重影响了智慧输电线路运行状态基础数据、在线监测数据和实时运行数据的互联互通；无法满足铁塔基础沉陷、护塌方塌滑、森林山火等大量视频信号宽带传输；中图分类号：TM73 文献标志码：A 文章编号：2095-641X(2023)02-079-06 DOI：10.16543/j.2095-641x.electric.power.ict.2023.02.10著录格式：姚文杰，陈端云，陈均，等智慧输电线路多业务共享OPGW接续技术及工程应用J 电力信息与通信技术，2023，21（2）：79-84基金项目：国家电网有限公司总部科技项目资助“大芯数OPGW工程应用关键技术研究”(5213002000CK)。姚文杰等：智慧输电线路多业务共享OPGW接续技术及工程应用Vol.21 N北斗短报文和卫星技术等也难以实现对多种实时感知、监测诊断、自主预警、智能处置等信息的实时可靠通信需求4-7。因此，如何为智慧输电线路构建更为安全可靠、优质高效、简捷实用的信息通信传输通道，是我国电力系统亟待解决的重大问题。1OPGW现状及需求分析光 纤 复 合 架 空 地 线(optical fiber composite overhead ground wires，OPGW)把光纤放置在架空高压输电线的地线中，用以构成输电线路上的光纤通信网，这种结构形式兼具地线与通信双重功能。多年来，OPGW复合24芯光纤单元的典型方式基本满足电网生产类和企业经营管理类通信业务传输需求。长期以来OPGW建设工程根据制造技术、成盘重量及施工运输条件，采用长度35 km的若干个耐张段进行 OPGW 分段配盘，一般把OPGW接续点选择在耐张铁塔上，配置全芯数熔接的光纤接头盒，沿着输电线路逐段熔接延伸，形成变电站之间点对点长度达几十千米至几百千米以上的OPGW电力专用光纤传输通道8。OPGW与输电线路同步建成运行后，传输大量线路继电保护、发电厂安全稳定控制和调控自动化等电网运行实时信息，为了确保现代智能电网安全稳定运行，很难再将运行中的光纤通信网络开断，抽取未用的OPGW作为其他通信光纤传输通道。这种OPGW全芯数熔接传统方式严重制约OPGW的多业务共享和综合应用。随着能源互联网构建和智慧输电线路快速建设，对电力专用通信网络容量及OPGW纤芯提出更高、更大、更多的要求。在OPGW设计制造攻克了纤芯扩容和复合大芯数光纤的关键技术难题后，国家电网有限公司最新电力通信网规划设计技术导则提出，新建110/66 kV架空输电线路至少应建设1根OPGW，每根光缆芯数不少于48芯；220 kV及以上架空输电线路应建设2根OPGW，每条光缆芯数不少于 72 芯；双 OPGW 和“T 接”线路OPGW的纤芯将达到144芯以上9。大芯数OPGW规模化建设和工程实施，为智慧输电线路等新业务通信提供了优质光纤资源。近期国家电网有限公司、南方电网公司与中国通信行业铁塔公司签署了开放输电线路铁塔资源挂载5G基站及利用OPGW通信的战略协议10-11，从而满足“共享铁塔”战略协议逐步实施需求，为智慧输电线路等新业务提供更加安全可靠的光纤通信通道，提高大芯数OPGW综合利用率。本文基于大芯数OPGW 丰富纤芯资源，开展了多业务融合共享OPGW接续点选择方法、直线塔改造和接续盒研发等关键技术研究，取得重大技术突破，工程应用效果显著。2多业务共享OPGW接续点选择由于智慧输电线路走廊环境的安全视频监控、无人机巡检通信中继站、电信运营商4G/5G基站等新业务装置及通信设备，通常选择搭挂在海拔较高或视野开阔的输电线路铁塔上，以扩大监控范围，提高监视效果。因此，根据新业务特点，需要改变传统输电线路的35 km长度配盘OPGW的接续点选择方法，以满足接续点海拔高度的特殊要求。2.1接续点选择原则1）在新建智慧输电线路OPGW接续点设计时(旧线路改造可参照)，根据各种新业务设备搭挂输电线路铁塔情况，编制分布图，按OPGW长度35 km分盘原则，优先选择搭挂设备的铁塔作为OPGW接续点。2）依次选择搭挂新业务的铁塔作为OPGW接续点时，当出现5 km距离内电力铁塔上均无设备搭挂时，按35 km区间距离，优先选择耐张塔作为OPGW接续点，安装光纤接头盒。3）当搭挂新业务设备铁塔是直线塔，并被选择作为OPGW接续点时，在不影响电力铁塔受力的情况下，可通过技术改造部署安装光纤接头盒。4）当出现两基搭挂设备的铁塔之间距离3 km情况时，可结合实际需求，选择两基铁塔都作为接续点或通过敷设短距离光缆进行接入。5）当搭挂新业务设备铁塔或终端塔与变电站进站门型架引下终端盒之间的OPGW长度3 km时，按实际长度配盘。2.2模型与计算根据上述的接续点选择原则，利用输电线路铁塔已知地理信息数据，搜索OPGW接续点布置方案，数学模型流程如图1所示。OPGW接续点获取主要经过以下步骤。1）模型数据汇总。将输电线路铁塔信息(分布位置、铁塔类型)及新业务设备搭挂分布统计信息汇总成可以通过数学算式计算的内容。2）如果有新业务可先利用无线自组网的技术，然后再通过汇聚节点将线路上多个节点信息统一接入OPGW光纤，自组网点可以跳过，不在接续点考虑范围。80第 21 卷 第 2 期电 力 信 息 与 通 信 技 术3）根据统计数据，基于铁塔地理信息获取首个OPGW接续点位置，通过首个接续点，前后搜索后续的OPGW接续点，直至线路搜索完毕。上述步骤完成之后，通过铁塔排序，形成最终的OPGW接续点布置方案。2.2.1模型数据汇总首先，从GIS系统及搭挂新业务分布图中获取输电线路铁塔分布情况，实际输电线路中，铁塔位置的海拔高度对于铁塔距离计算值影响很小，故忽略不计。将铁塔的经、纬度信息转换为平面坐标轴数据，铁塔位置分布可用矩阵?CD表示为：?CD=J0W0J1W1.JNWNJN+1WN+1 高斯坐标转换 X0Y0X1Y1.XNYNXN+1YN+1(1