[科普中国]-水电站通信

简介

水电站通信是指利用信道传递水电站运行、管理信息的技术。旨在建立从信号的产生、变换、处理、传输、交换和接收等全过程的通信系统，主要传递电力调度、继电保护，远动、计算机、水情测报等系统的信息。迅速、准确、稳定地传递上述各种信息，是电力系统安全、经济运行和提供优质电能的重要技术手段。它是实现电站及电网调度自动化和管理现代化的基础2。

水电站通信主要分电力系统调度通信、厂内通信以及梯级水电站通信。

电力系统调度通信它是水电站与电力调度主管部门之间的通信3。一般采用的有电力线载波、微波接力、卫星或光纤等通信方式。

电力线载波通信 它是利用高压输电线路来传输高频信号的一种通信方式。由电力线载波机、结合设备、高频阻波器等部分组成。常用的有相-地和相-相两种藕合方式。

(1)电力线载波机。由于电力线载波通信是以高压输电线路即电力线作为传输通道，所以和一般载波机有区别:①由于电力线路存在严重的工频谐波于扰，故采用较高工作频率，一般选在40~500kHz范围内。②电力线杂音电平较高，一般在-43~-21dB左右，需选用较高的发射功率，以保证通话的清晰度。③为提高设备利用率，故采用“复合使用”方式，同时传递电话、远动、高颇保护、传真等信息。

(2)结合设备。包括棍合电容器、结合滤波器和高频电缆，其作用是沟通电力线和电力载波机之间的高频通路，并将电力线上工频高电压和大电流与通信设备隔开，以保证人身和设备的安全。①耦合电容器是将高频信号引入载波机的耦合元件。除了采用一般耦合电容器外，也可利用电容式电压互感器作为高频耦合电容器。②结合滤波器与耦合电容器串联后组成一个高通或带通滤波器，它可以有效地传输高频信号，抑制通带外的干扰，并使电力线和高颇电缆的阻杭相匹配(一般高频电缆阻抗为75~100Ω，电力线阻杭为200~400Ω)，③高频电缆是结合滤波器与载波机间的连接线。

(3)高频阻波器。它由强流线圈和调谐元件，保护元件等部分组成，装在开设载波通道的输电线路上，串接在开关站的线路侧或支线的分支点上，因为它对工频电流阻抗较小，对高频电流呈现较大阻抗，容易通过电力电流，并阻止高频信号电流进入开关站或分支线，减小通道衰耗。

微波接力通信 利用波长为1 m ~1 mm(相应颁率为300MHz~300GHz)的微波波段的无线电波传递信息的一种无线通信方式。微波在自由空间像光波一祥沿视线传播，它不被大气层和电离层反射，但由于地球曲率的限制，若在地面进行微波通信就必须把天线架设到一定的高度，使发射天线与接收天线的波束中心连线不受地面的阻挡，天线能够“互视"，互视的距离受天线实际架高的限制，为使通信距离超越“互视”距离，在适当的“互视”距离上设立中继站。同时无线电波在空间传播过程中，能量要受到损耗，频率越高距离越远，衰减越大。因此实现两地间远距离微波通信，中间必须设置微波中继站。微波中继站把接收到的信号放大，再转发到下一个中继站。一般每隔50 km左右必须建立一个微波中继站，其数目依通信距离而定。用这种方式可把微波信号最终传输到几百至几千公里以远的目的地。微波通信具有通信频带宽、传输容量大(一条微波电路可开通话路由几十到几千路)和传输质量高的显著特点，因此不少国家把微波接力通信作为主要通信手段。微波接力通信系统由一系列微波站组成，各站按照功能不同通常划分为终端站、中继站、主站、枢纽站等几种站型，每站设置的基本单元有天线塔、天线、馈线、发射机、接收机、监控设备和供电设备等。终端站所传信号在基带上可与模拟频分多路终端设备或与数字时分多路终端设备相连接，前者称为模拟微波接力通信系统，后者称为数字微波接力通信系统。由于数字微波接力通信系统具有便于加密和传输质量好等优点，因此日益得到推广应用。

卫星通信 利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号（使用频率较多的是4GHz和6GHz)，在两个或多个地球站之间进行的通信。现代实用通信卫星主要使用地球静止卫星，它的理论轨道是与地球自转同步的轨道，卫星定于赤道上空35786 km高处，卫星运行周期为一个恒星日即23h56min0.4s，从地面看去，恰似停在空中静止不动。三颗地球静止卫星组成系统，就可实现全球大部分地区的通信。与地面通信相比，卫星通信具有更好的广播性，可以在卫星天线波束覆盖的大面积范围内，根据需要建立通信网，不受地形地貌的限制，具有多地址功能。卫星通信是一种传输质量好、接续灵活和价廉的通信方式。它能在大面积范围内提供电话、电报、电视、数据、传真等通信服务，既适于固定通信，又适于移动通信，既是国际通信的主要手段，又可以成为国内通信的主要手段，卫星通信主要由空中的通信卫星和地面的地球站以及与此二者联系的测控跟踪系统等组成。

（1）通信卫星。由下列各分系统组成:①转发器分系统及其附属天线分系统，接收来自地球站的电波，将其放大、变频后再向地球站发射。②遥侧指令分系统，测量卫星内部各种设备的性能。③控制分系统，控制卫星姿态和轨道参数等。④电源分系统(包括太阳能电池)，供给以上各种设备所需的电能。

(2)地球站。由下列各分系统组成:①天线馈源和跟踪系统，保证地球站天线始终指向处于慢漂状态的卫星。②发射系统，把已调制信号放大到一定电平，以保证地球站具有一定的全向有效辐射功率。③接收系统，保证接收信号达到一定的信噪比并放大到解调需要的电平。④调制解调和多址联接系统，把传输的基带信号变为与接收机和发射机接口的中频信号，并保证各地球站按一定的多址联接方式通过卫星建立通信网。此外还配备有终端接口设备、监测控制台、电源系统等。

**光纤通信。**通过光导纤维传输信息的通信方式。主要由光发送机，光接收机及光纤(光缆)、连接器、耦合器等组成。光发送机包括光发信电路、激励电路和光源。光接收机包括光检测器、均衡放大器和收信电路等。发信端将所需传输的信号加到发送机的输入端，经处理的电信号控制发送机中的光源，将电信号变换成光信号，从而实现信号的电-光转换。光信号经连接器耦合至光纤，并由光纤传输至接收端，在接收端光信号经光检测器转换成电信号，从面实现信号的光-电转换。再将电信号放大、处理，并通过解调电路恢复成原来的电信号。光纤通信是现代信息传输的重要方式之一，具有频带宽、通信容量大、衰耗低、重量轻、耐腐蚀、杭电磁干扰、不怕雷击、保密性好、误码率低等优点而得到迅速发展。

厂内通信包括厂内生产调度通信及行政管理通信2。厂内生产调度通信是水电站安全运行指挥生产的必需工具。行政管理通信用于电站内部各行政管理部门之间以及电站与所在地区各有关单位之间的相互通信联系。厂内通信采用的交换机有人工电话交换机、步进制自动电话交换机、纵横制自动电话交换机以及程控交换机。

(1）人工电话交换机。在电话通信的过程中，靠人工接收呼叫、控制接线、拆线等有关操作，完成通信交换。人工电话交换机按电源供给方式可分为磁石制和共电制两种。其特点是设备简单，制造容易，成本低，但接线速度慢，效率低，不能适用现代电站通信的要求。

(2)步进制自动电话交换机。机键受用户拨号直接控制，主要由预选器、选组器和终接器三种机键组成。电路比较简单，但由于采用滑动接触，触点磨损大，杂音大，工作速度慢，维护工作量也大。

（3)纵横制自动电话交换机。主要由纵横接线器(接续元件)和继电器(控制元件)组成。采用间接控制方式，用户拨号先由记发器记存，再通过标志器进行接续。比步进制选择器触点磨损小，接触可靠，杂音小，其主要缺点是耗费贵重金属较多，制造成本高。

（4)程控交换机。用电子计算机进行程序控制的交换机。通过软件和硬件相互配合完成对交换的控制。硬件包括交换网络、控制设备、接口设备和输入输出设备。软件是由各个程序构成的，这些程序根据电话交换的内部和外部要求来控制硬件，它在不改变原有硬件的前提下，就能改变或增强系统性能，如缩位拨号、转移呼叫、热线服务等。此外，还具有体积小、接续速度快、杂音小和维护管理方便等优点。它不仅能为用户提供良好的话音服务，而且可以提供多种非话音服务，便于向综合业务数字网(ISDN)方向发展。

梯级水电站通信根据样级水电站调度管理及各种信息传输的需要，设有以梯级调度所为中心的调度管理通信设施，设置调度总机和行政管理交换机，其通信方式视具体情况采用载波通信、微波通信等3。

发展简史和趋势19世纪末许多国家已基本建立起人工交换的有线电话网。之后，建起了以微波接力通信为主体的通信网，机电制自动电话交换系统也已实用。20世纪50年代开始建设长途自动拨号电话网，60年代开始使用卫星通信。70年代光纤通信飞速发展，它是一种容量大，有广阔前景的通信方式。80年代初以数字传输和数字交换为核心的电话综合数字网逐渐发展起来，在数字网的基础上又发展起综合业务数字网，它把话音、数据和图像等各种业务综合进行数字传输、交换和处理3。

中国水电站的通信是随着电网规模的扩大和通信技术的发展而发展起来的，20世纪70年代以前主要是依靠电力线载波通信，另外还有一些明线载波以及音频电缆和特高频通信，交换机一般都是步进制，纵横制等机电式设备。80年代以来开始采用了数字微波、卫星通信、光纤通信和程控交换机等新技术设备，使通信的面貌发生了根本的变化，通信方式的多样化提高了水电站通信的可靠性，今后的发展方向是综合数字网，并将实现综合业务数字网。