時間:2022-03-21 14:58:10
序論:寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隱藏在內心深處的真相,好投稿為您帶來了七篇通信電纜技術論文范文,愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑,助力您的創作。
1光纖技術發展的特點
1.1網絡的發展對光纖提出新的要求
下一代網絡(NGN)引發了許多的觀點和爭論。有的專家預言,不管下一代網絡如何發展,一定將要達到三個世界,即服務層面上的IP世界、傳送層面上的光的世界和接入層面上的無線世界。下一代傳送網要求更高的速率、更大的容量,這非光纖網莫屬,但高速骨干傳輸的發展也對光纖提出了新的要求。
(1)擴大單一波長的傳輸容量
目前,單一波長的傳輸容量已達到40Gbit/s,并已開始進行160Gbit/s的研究。40Gbit/s以上傳輸對光纖的PMD將提出一定的要求,2002年的ITU-TSG15會議上,美國已提出對40Gbit/s系統引入一個新的光纖類別(G.655.C)的提議,并建議對其PMD傳輸中的一些問題進行深入探討,也許不久的將來就會出現一種專門的40Gbit/s光纖類型。
(2)實現超長距離傳輸
無中繼傳輸是骨干傳輸網的理想,目前有的公司已能夠采用色散齊理技術,實現2000~5000km的無電中繼傳輸。有的公司正進一步改善光纖指標,采用拉曼光放大技術,可以更大地延長光傳輸的距離。
(3)適應DWDM技術的運用
目前32×2.5Gbit/sDWDM系統已經運用,64×2.5Gbit/s及32×10Gbit/s系統已在開發并取得很好的進展。DWDM系統的大量使用,對光纖的非線性指標提出了更高的要求。ITU-T對光纖的非線性屬性及測試方法的標準(G.650.2)最近也已完成,當光纖的非線性測試指標明確之后,對光纖的有效面積將會提出相應指標,特別是對G.655光纖的非線性特性會有進一步改善的要求。
1.2光纖標準的細分促進了光纖的準確應用
2000年世界電信標準大會批準將原G.652光纖重新分為G.652.A、G.652.8和G.652.C3類光纖;將G.655光纖重新分為G.655.A和G.655.B兩類光纖。這種光纖標準的細分促進了光纖的準確使用,細化標準的同時也提高了一些光纖的指標要求(如有些光纖幾何參數的容差變小),明確了對不同的網絡層次和不同的傳輸系統中使用的光纖的不同指標要求(如PMD值的規定),并提出了一些新的指標概念(如“色散縱向均勻性”等),對合理使用光纖取得了很好的作用。所有這些建議的修改、子建議的出現及新子建議的起草,都意味著光纖分類及指標、測試方法有某些改進,或有重要的提升;都標志著要求光纖質量的提高或運用方向上的調整,是值得注意的光纖技術新動向。
1.3新型光纖在不斷出現
為了適應市場的需要,光纖的技術指標在不斷改進,各種新型光纖在不斷涌現,同時各大公司正加緊開發新品種。
(1)用于長途通信的新型大容量長距離光纖
主要是一些大有效面積、低色散維護的新型G.655光纖,其PMD值極低,可以使現有傳輸系統的容量方便地升級至10~40Gbit/s,并便于在光纖上采用分布式拉曼效應放大,使光信號的傳輸距離大大延長。如康寧公司推出的PureModePM系列新型光纖利用了偏振傳輸和復合包層,用于10Gbit/s以上的DWDM系統中,據稱很適合于拉曼放大器的開發與應用。Alcatelcable推出的TeralightUltra光纖,據介紹已有傳輸100km長度以上單信道40Gbit/s、總容量10.2Tbit/s的記錄。還有一些公司開發負色散大有效面積的光纖,提高了非線性指標的要求,并簡化了色散補償的方案,在長距離無再生的傳輸中表現出很好的性能,在海底光纜的長距離通信中效果也很好。
(2)用于城域網通信的新型低水峰光纖
城域網設計中需要考慮簡化設備和降低成本,還需要考慮非波分復用技術(CWDM)應用的可能性。低水峰光纖在1360~1460nm的延伸波段使帶寬被大大擴展,使CWDM系統被極大地優化,增大了傳輸信道、增長了傳輸距離。一些城域網的設計可能不僅要求光纖的水峰低,還要求光纖具有負色散值,一方面可以抵消光源光器件的正色散,另一方面可以組合運用這種負色散光纖與G.652光纖或G.655標準光纖,利用它來做色散補償,從而避免復雜的色散補償設計,節約成本。如果將來在城域網光纖中采用拉曼放大技術,這種網絡也將具有明顯的優勢。但是畢竟城域網的規范還不是很成熟,所以城域網光纖的規格將會隨著城域網模式的變化而不斷變化。
(3)用于局域網的新型多模光纖
由于局域網和用戶駐地網的高速發展,大量的綜合布線系統也采用了多模光纖來代替數字電纜,因此多模光纖的市場份額會逐漸加大。之所以選用多模光纖,是因為局域網傳輸距離較短,雖然多模光纖比單模光纖價格貴50%~100%,但是它所配套的光器件可選用發光二極管,價格則比激光管便宜很多,而且多模光纖有較大的芯徑與數值孔徑,容易連接與耦合,相應的連接器、耦合器等元器件價格也低得多。ITU-T至今未接受62.5/125μm型多模光纖標準,但由于局域網發展的需要,它仍然得到了廣泛使用。而ITU-T推薦的G.651光纖,即50/125μm的標準型多模光纖,其芯徑較小、耦合與連接相應困難一些,雖然在部分歐洲國家和日本有一些應用,但在北美及歐洲大多數國家很少采用。針對這些問題,目前有的公司已進行了改進,研制出新型的5O/125μm光纖漸變型(G1)光纖,區別于傳統的50/125μm光纖纖芯的梯度折射率分布,它將帶寬的正態分布進行了調整,以配合850nm和1300nm兩個窗口的運用,這種改進可能會為50/125pm光纖在局域網運用找到新的市場。
(4)前途未卜的空芯光纖
據報道,美國一些公司及大學研究所正在開發一種新的空芯光纖,即光是在光纖的空氣夠傳輸。從理論上講,這種光纖沒有纖芯,減小了衰耗,增長了通信距離,防止了色散導致的干擾現象,可以支持更多的波段,并且它允許較強的光功率注入,預計其通信能力可達到目前光纖的100倍。歐洲和日本的一些業界人士也十分關注這一技術的發展,越來越多的研究證明空芯光纖似有可能。如果真能實用,就能解決現有光纖系統長距離傳輸的問題,并大大降低光通信的成本。但是,這種光纖使用起來還會遇到許多棘手的問題,比如光纖的穩定性、側壓性能及彎曲損耗的增大等。因此,對于這種光纖的現場使用還需做進一步的探討。
2光纜技術的發展特點
2.1光網絡的發展使得光纜的新結構不斷涌現
光纜的結構總是隨著光網絡的發展、使用環境的要求而發展的。新一代的全光網絡要求光纜提供更寬的帶寬、容納更多的波長、傳送更高的速率、便于安裝維護、使用壽命更長等。近年來,光纜結構的發展可歸納為以下一些特點。
1)光纜結構根據使用的網絡環境有了明確的光纖類型的選擇,如干線網光纖、城域網光纖、接入網光纖、局域網光纖等,這決定了大范圍內光纜光纖傳輸特性的要求,具體運用的條件還有可依據的細分的標準及指標;
2)光纜結構除考慮光纜使用環境條件以外,越來越多的與其施工方法、維護方法有關,必須統一考慮,配套設計;
3)光纜新材料的出現,促進了光纜結構的改進,如干式阻水料、納米材料、阻燃材料等的采用,使光纜性能有明顯改進。
不同的場合和不同的要求造成了光纜的多結構的發展趨勢,新的光纜結構以及在現有結構上不斷改進的各種結構也在不斷涌現,出現了如下一些類型。
·“干纜芯”式光纜:所謂“干纜芯”即區別于常用的填充管型的光纜纜芯。這種纜的阻水功能主要靠阻水帶、阻水紗和涂層組合來完成,其防水性能、滲水性能都與傳統的光纜相同,但它具有生產、運輸、施工和維護上的一些優點。首先是方便,因為阻水材料不含粘性脂類,操作使用比較方便安全;其次,干式光纜重量輕、易接續、易搬運,設備投資小、成本低,生產使用中也顯得干凈衛生,在長期使用中還可減少纜芯中各種元件之間的相對移動。特別是在接入網室內纜和用戶纜中,好處更加明顯。
·生態光纜:一些公司從環境保護及阻燃性能的要求出發,開發了生態光纜,應用于室內、樓房及家庭。現有光纜中使用的一些材料已不符合環保的要求,如PVC燃燒時會放出有毒性氣體,光纜穩定劑中有時含鉛,都是對人體及環境有害的。2001年ITU-T已通過了一項L45建議——“使電信網外部設備對環境的影響最小化”建議,通過對光纜、電纜光器件及電桿等基于壽命周期怦估(LifeCycleAnalysis,LCA)的方法來確定產品對環境的影響。由于環境因素正日益受到重視,對通信外部設備,特別是光纜產品規定這樣的指標已提到日程上來,如果不在材料和工藝上下功夫就難以達到環保的要求。因此已有不少公司針對此類問題開發了一些新材料,如對室內用纜,開發了含有阻燃添加劑的聚酞胺化合物,以及無鹵性阻燃塑料等。
·海底光纜:海底光纜近年來有根快的發展,它要求長距離、低衰減的傳輸,而且要適應海底的環境,對抗水壓、抗氣損、抗拉伸、抗沖擊的要求都特別嚴格。
·淺水光纜(MarinizedTerrestrailCable,MTC):淺水光纜是區別于海底光纜而提出來的另一類結構的水下光纜,適合于在海岸邊上、淺水中安裝,無需中繼、通信距離比較短的水下(如島嶼間、沿海岸邊上的城市)敷設使用。這種光纜區別于海底光纜的環境,需要的光纖數不多(中等),但要求結構簡單、成本較低,易于安裝和運輸,便于修復和維護。ITU-T在2001年提出了ITU-TG.972定義下的淺水光纜建議,為建設類似的水下光纜提供了一組規范,隨后也有可能形成相應的國際標準。
·微型光纜:為了配合氣壓安裝(或水壓安裝)施工系統的運用,各種微型的光纜結構已在設計和使用中。對于氣壓安裝的微型光纜,要求光纜與管道之間有一定的系數,光纜重量要準確,具有一定的硬度等。這種微型光纜和自動安裝的方式是未來接入網,特別是用戶駐地網絡中綜合布線系統很有潛力的一種方式,如在智能建筑中運用的智能管道中就非常適合這種安裝。
·采用了納米材料的光纜:近來,一些廠商已開發出納米光纖涂料、納米光纖油膏、納米護套用聚乙烯(PE)及光纖護套管用納米PBT等材料。采用納米材料的光纜,利用了納米材料所具有的許多優異性能,對光纜的抗機械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善,并可延長光纜的使用壽命。目前此類材料尚處于試用階段。
·全介質自承式光纜(ADSS):全介質光纜對防止電磁影響及防雷電都有優良的特性,而且重量輕、外徑小,架空使用非常方便,在電力通信網中已得到大量的應用。預計2000~2005年,每年電力部門對ADSS光纜需求約15000km。ADSS同時也是電信部門在對抗電磁干擾及雷暴日高的敷設環境中一種很好的光纜類型的選擇。在今后一段時間內,如何在滿足要求的前提下,盡量減小ADSS光纜的外徑,減輕光纜的重量,提高其耐電壓性能是ADSS光纜研究改進的課題。
·架空地線光纜(OPGW):OPGW已出現了很長一段時間,近年來一直在改進和提高之中。OPGW的光纖單元中采用PBT,于套管外面再加上一層不銹鋼管,有的還在塑料套管與不銹鋼管之間加上一層熱塑膠,不銹鋼管用激光焊接長度可達數十公里,光纖在這樣的多層保護管中得到了充分的機械保護。預計從現在到2005年,OPGW光纜的需求將會逐年上升,每年增加約2500km,到2005年預計可達到20000km。當然對OPGW光纖的防雷問題一直是業界十分關注的問題,也應配合具體環境和使用條件加以考慮,使之得到充分保護。
2.2光纜的自動維護、適時監測系統已逐漸完善,可保證大容量高速率的光纜不中斷傳輸
光纜的維護對于保證網絡的可靠性是十分重要。在已開通的光網絡中,光纜的維護和監測應該是在不中斷通信的前提下進行的,一般通過監測空閑光纖(暗光纖)的方式來檢測在用光纖的狀態,更有效的方式是直接監測正在通信的光纖。雖然ITU-T長時間收集和討論了國際上的最新資料,于1996年了L.25光纜網絡維護的建議書,對光纜的預防性維護和故障后維護規定了詳細的維護范圍和功能,但已經不能滿足當前的需要,目前最新的建議是2001年12月IUT-TSG16會議通過的“光纜網絡的維護監測系統”(L.40建議)。為了進一步縮短檢測及修復時間,美國朗訊公司曾提出了新一代光纖測試及監控系統,能在1s內發出故障告警,3min內找到故障點,且工作人員可以遙控操作,據稱該系統還將開發有故障預測及對斷纖(纜)的快速反應能力。日本、意大利等國電信企業也提出了一些系統方案。
·日本NTT方案:在局內運用光纖選擇器與系統的測試設備和傳輸設備相連形成了一種可對光纖狀況進行實時監測的系統,保證有用信號在通過光纖選擇器測試證明良好的光纖上傳輸,對有故障的光纖可以預選監測出來及時傳送到維護中心進行適當處理,避免不良狀況進入有用的光傳輸信道,從而起到在運行中對整個光通信系統的支撐作用;在局外通過水敏傳感器裝置可監測外部設備光纜線路接頭盒浸水的位置,水敏傳感器安裝在空閑的光纖上,水敏傳感器中裝有吸水性膨脹物,當水滲人接頭盒時,吸水性物質會膨脹使得接頭盒中的光纖受力,也就是使得這一空閑光纖彎曲,從而使光纖的損耗增加,在監測中心的OTDR上就會反映出來。
·意大利的方案:此方案是一種綜合處理的新型連續光纜監測系統。主要特點是將光纜網絡、光纖及光纜護套的監測綜合在一起,既利用了OTDR系統周期性地對光纖的衰減進行監測,發現有衰減變化即發出警報,并進行故障定位,同時也能連續監測光纜護套的完整性,包括護套對地絕緣電阻的監測,發現問題(如護套進水等)即馬上告警,達到更全面地預告故障發生的目的。
比較日本和意大利電信部門提出的光纜維護支撐系統的方案可見:日本方案在OTDR自動適時測試光纖的基礎上,加入了光纖選擇器,在外線上裝設水敏傳感器并進行護套監測,形成了一套較完整的自動維護、支撐系統,真正做到不中斷光通信的維護。意大利的方案中除監測光纖性能以外,還考慮了護套絕緣電阻的自動監測。由此兩例可以看出全自動的光纜維護應是一種發展方向。
3通信電纜的發展特點
3.1寬帶的HYA通信電纜需要更好地為數字通信新業務服務
原有的電纜網絡雖然可以支持一些數字新業務,但是在實際使用中并不是特別理想,在通信距離、速率及質量上仍有一定的限制。對于新的網絡當然是以光纖為主,對于光纖所不能達到的地方或因各種原因仍然要新建電纜網絡的地區,應該考慮新型寬帶結構的HYA電纜(銅芯聚乙烯絕緣綜合護套市內通信電纜),以便更能符合新業務發展的需要。一些公司對現有的電纜高頻特性作了測試,他們得到的結論是所研究的電纜(即現有的HYA市話電纜)不能達到5類電纜的技術要求,戶外電纜要實現j類電纜的特性,必須通過特殊的設計和制造來達到。但在20MHz以下,所有電纜都顯示出充分適宜的傳輸性能。
美國已在1997年制定了用于寬帶的對絞通信電纜標準(ANSI/ICEAS-98-688-1997及S-99-689-1997),包括非填充和填充兩種型式。傳輸頻寬已擴展到100MHz,可供數字網絡使用。IEC對此問題也進行過較長時間的討論,2001年,IEC62255-1文件“用于高比特頻率數字接入電信網絡的多對數電纜”提出了0.4~個0.8mm線徑、1~150對、最高頻率30MHz等指標的建議,此建議的提出也許會為這種電纜開辟一個新的空間,我國也開始了這方面的探討和研制,并正在建立相應的標準。
3.2超5類及6類電纜將替代5類電纜成為布線系統發展的超蟄
隨著智能化大樓、智能化建筑小區對寬帶布線的要求愈來愈高,超5類和6類電纜己逐漸成為布線系統中的主流。超5類電纜與5類電纜的頻帶都是100MHz,但其具有雙向通信的能力,用戶可以同時收發寬帶信息。因此超5類電纜比5類電纜在電阻不平衡性、絕緣電阻、對地電容不平衡性、傳輸速度等指標上都有提高,并且增加了近端串音衰減功率和等電平遠端串音功率等一些指標,因此在工藝和結構上要做一定的改進才能達到。6類電纜在超5類的基礎上,又提高了傳輸頻帶,達到250MHz,其相應的指標也有較大的提高。同時,6類電纜要求不但有嚴格的工藝,而且不少廠商在結構上也有一定的改進和創新,如采用泡沫皮絕緣芯線或皮泡皮絕緣芯線、骨架式結構隔離線對等都改善了電纜的高頻特性。
3.3物理發泡射頻同軸電纜及漏泄同軸電纜將具有較好的發展前景
由于移動通信的高速發展,無線電基路用物理發泡射頻同軸電纜,特別是超柔形結構的室內電纜、路由連結電纜都有了較大的市場需求。同時,隨著移動通信信號覆蓋面的不斷擴大,基站站數的增多,以及邊緣地區(電梯、地鐵、地下建筑、高層建筑室內等用戶)對移動信號的要求不斷提高,預計這類電纜將會有較好的發展前景。但對電纜指標的要求(如駐波比、屏蔽衰耗等要求)已明顯提高,要求電纜的工藝及結構應不斷改進,以與之適應。
4光纖光纜及通信電纜技術與產業發展中幾個值得思考的問題
4.1積極創新開發具有自主知識產權的新技術
雖然這幾年來,我國光纜電纜技術有很大發展,有一些具有自主知識產權的技術已在發揮作用,但是應該看到這種比例仍是很小的,國內有近200家光纖光纜廠,但大多產品單一,沒有自主的知識產權,技術含量較低,競爭力不強。有資料統計,1997~1999年國內企業申請光通信專利的有132件,其中光纖38件,光纜只有19件,而同期外國公司在中國申請光通信專利達550件,其中光纖光纜37件。還有資料報道:從1997年以來,國內光通信核心技術專利是90件,我國自主申請的只有9件,僅占10%。實際上我國的光纖光纜技術應該說與國際水平己差距下大,因此我們作為世界第二的光纜大國,應該把開發具有自主知識產權的技術作為我們工作的重中之重,爭取創造更多的光纖光纜專利。
4.2開發具有先進技術水平、與使用環境、施工技術相配套的新產品
電信網絡在不斷發展的同時也對光纜電纜產品不斷提出新的要求。不難發現,光纜的結構越來越依賴于使用的環境條件及施工的具體要求,在海底光纜、淺水光纜、ADSS及OPGW光纜的開發中,會對這一點有深刻的體會。而今后光纜建設的重點將會隨著接入網、用戶駐地網的建設不斷展開,新一代的光纜結構和施工技術也會基于如微型光纜、吹入或漂浮安裝及迷你型微管或小管系統的全套技術而有一系列新的變化,以便有限的敷設空間得到充分、靈活的利用。這當中也包含了若干光纜設計、制造工藝、光纖光纜材料、施工安裝方面的新的技術課題。一些國家或公司已取得了一些經驗,正逐漸形成新的系統技術專利。我國的用戶眾多,接入網和用戶駐地網具有很多的特色,對接入光纜也會有更多的要求,為我們研究和創新接入網和用戶駐地網光纜結構提供了很好的機會。應該說,
多數光纜技術我們是跟在國外最新技術的后面,雖然緊跟了先進技術,但自我創新的成份太少。今后應當在這方面下些功夫,走自己的創新之路。在有中國特色的接入網及用戶駐地網中多采用一些有中國特色的光電纜產品。
4.3利用已有設備與技術,改善HYA市話電纜的相應特性,為數字業務提供更好的服務
對于已經敷設的銅電纜,我們只能在現有條件下盡量利用其特性開通數字新業務。而現有的HYA電纜,雖然亦可開通ADSL等一些新業務,但是容量有限,當ADSL數量增大到一定限度后還是會出現干擾問題,而且還會影響以前開通的業務。因此,對新敷設的銅電纜,希望能提出一些新的寬帶指標要求,為將來開通更多更好的新業務作好準備。現有的市話電纜生產廠商應深入研究自身的生產工藝,在不改變(或不大改變)生產設備的情況下,認真設計和精心制造,把現有電纜的技術水平提高一個檔次,以提供更寬頻帶的電纜,為更多更好地開拓數字新業務提供高質量的通道。
4.4改進光纜電纜的施工和維護方法
目前,為了適應城市施工的特點,國際上較重視不挖溝的方式施工光、電纜,采用小地溝或微地溝技術安裝光纜,同時對光纜網進行自動監測,保證光纜網絡不中斷通信維護。與此相適應的是需要開發相應的元器件、工具和設備,并且要在體制上作一些改進與之相適應。ITU對NH開發光纜用浸水傳感器、光纖自動測試時的光纖選擇器以及美國提出的1s告警、3min內定位的指標及意大利提出的光纖纖芯與光纜護套指標綜合監測等方案都十分重視。在現代化的光網絡中,這些方式已經起到明顯的作用。由此可見,為了保證光纜網絡工作的可靠性,在施工和維護中降低成本、節省勞力、節省時間,逐步推廣新的施工方法,逐步完善光纜網絡的自動監測維護系統和提高光纜網絡的不中斷維護水平已勢在必行。
4.5冷靜地審視當前電信市場的發展,促進光纖光纜和通信電纜產業的發展
2001年下半年以來,光纖光纜需求下降,這當然與世界電信行業的整體下滑以及寬帶網絡泡沫的破滅有很大關系,但更多的則是受到從1999年下半年起由于光纖緊缺而各大公司擴產過多的影響。據資料介紹,在2000年,全球光纖廠商的投資額達到26億美元,為1999年的6倍,按推算到2002年全球光纖的產能將達到1.65~1.75億光纖公里,遠遠超過了實際需求。加上當前電信基礎建設的不景氣,光纖過剩的現象不可避免。
光纖光纜及通信電纜的市場走勢雖然受到國際經濟大形勢發展的影響,特別是與整個電信行業的發展有密切的關系,但應看到,在擠出了網絡泡沫的水份之后,隨著光纖網絡從骨干網的擴建到接入網、城域網的擴散以及向用戶駐地網的不斷延伸,光纖光纜及寬帶數字電纜的市場必將增長。據KMI預計,2003年世界光纖市場將開始有較大的增長,而到2004年的市場規模將超過敷設量最高的2000年。
應該看到,信息通信業是一個充滿生機與活力的朝陽產業,網絡經濟有著強大的生命力,信息技術、網絡技術的發展,仍然是推動社會進步的重要動力,信息網絡化仍然是當今世界經濟、社會發展的強大趨勢。因此我們應樹立信心,在全球經濟好轉、通信市場復蘇及我國西部開發等有利條件下抓住機遇,促進光纖光纜和通信電纜技術與產業取得更大的進展。
關鍵詞:海洋石油;電氣安全;現狀與未來;
中圖分類號:F407 文獻標識碼:A 文章編號:1674-3520(2015)-06-00-02
一、海洋石油電氣技術的發展概況
(一)石油電氣技術的形成與發展。海洋石油工程電氣技術的發展是與船舶電氣技術密不可分。上個世界初,商船就已經開始應用直流電驅動技術照明了,近半個世紀,商船大都采用十六系統供電。隨著電網負載不斷增長,為了滿足驅動力的需求,電壓必須相高壓方向發展。到了上個世紀五十年代,隨著發電機技術的迅猛發展,各國船舶陸續轉向交流系統的使用,并且取得了良好的效果。隨著海洋運輸業向大型化、高速化和自動化方向發展,其電氣化水平不斷提高,從六十年代起,自動化技術顯著提高,這樣嚴重影響著海洋石油電氣工程的發展,使得海洋石油電氣工程逐漸向智能化、數字化和網絡化方向發展。
(二)海洋石油電氣國內外概況。海洋石油的開發分為以下幾個步驟:海洋地球物理勘探,海洋地址取芯勘探,油田開發方案設計,打生產油井,石油采集與運輸。能夠利用到海上鉆井平臺的步驟是海洋地質取芯和打生產井,平臺上裝通訊、導航、鉆井和安全救援等海上油氣勘探開所必須的設備。世界第一座海洋石油鉆井平臺是1949年建造的。1968年德國與意大利共同建造的半潛式鉆井平臺就安裝有交流-直流電動鉆機,在海洋石油技術中處于領先地位,借助船舶自動化技術,石油工程電氣技術得到了迅猛發展。我國的石油電氣技術發展也很快,所有平臺都采用交流-直流電動鉆機,海洋開發平臺已經采用遙控、遙測、遙訊等集成技術。申述半潛式平臺的投入大大提高了我國海洋石油電氣化技術水平,是我國逐漸躋身于世界深水領域的先進水平。
二、海洋平臺電氣施工
海洋平臺電氣工程操作的第一步是電氣施工部分,也是最基礎最重要的一部。海洋石油電氣的安全可靠性和運行維修方面的問題主要有施工質量的好壞來決定。在電氣施工中,電纜通道的選擇、電氣設備的預設位置和電纜的敷設這三方面必須予以高度重視,才可以避免失誤的產生,以便更好的完成海洋電氣平臺的施工。
(一)電纜通道的選取。要想確定電纜通道,首先要明確主干電纜的走向,必須遠離油管線及熱源,比如水蒸氣管線、發電機排煙管、電阻器及燃油管線等。電纜也要避免與熱管線交叉,或者采取一定的防護措施,保持一定的安全距離。要考慮電纜橋架的分層布置:電力、通信電纜要分層開來敷設,高壓電力電纜與低壓電力電纜分層開來敷設等等。還有機電需要注意:高壓電纜遠離起居室;不相關的電力電纜避開通信室;主電源電纜與應急電源電纜的走向不同,要分開敷設;根據不同情況,電纜束外壁-電纜筒或者電纜框的選擇也不同,有防水防爆要求時選用電纜筒,其他情況選用電纜框保護即可。
(二)電氣設備預設位置的布置。電氣設備由室內與室外兩部分組成,室內部分由配電室和主控室設備組成,也是電氣設備布置時設計的重點部分。為了滿足施工標準,又方便操作和維修,一定要合理布置配電盤柜及配電箱。不能有油管、水管及蒸汽管等可能泄露的管線或者容器存在配電室和主控室周圍。此外,也要重點考慮室外危險區內電氣設備的布置,不允許布置電氣設備也不允許敷設電纜,如果必須要安裝,那么所選用的電氣設備的防爆等級必須在所在危險區的防爆要求范圍之內。
(三)電纜敷設注意事項。敷設電纜時,安裝電纜橋架,割焊電纜筒和電纜框,必須要符合電纜的走向。安裝電纜橋架時,要求規格、型號要符合施工圖紙規范。在割焊電纜筒和電纜框時,不能損傷構造,位置和型號也要合適,為了防水、防爆,不可用電纜框替代電纜筒。在操作艙室頂壁的作業時,特別是電焊、氣割艙室頂壁的工作時,如焊接橋架、導線板、電纜筒和電纜框等,必須保護好配電盤、集控臺、變壓器等已完成安裝的設備。要想進行電纜的敷設、電力電纜、主電源電纜、高壓電纜與低壓電纜的分層敷設,必須保證主電纜通道上所有需要動用電焊、氣割的工作都基本完成,且小設備也基本安裝完畢。還要區分電力電纜和儀表通信電纜兩者接地要求的不同。
三、海洋石油電氣系統發展現狀
海洋石油電氣配電自動化系統是指應用自動化技術,使電網企業能夠控制遠方,及時觀察、協調和控制配電設備系統。配電自動化在我國的發展經過了三個階段:一、通過開關設備與斷路器保護相配合,依靠開關來去除故障。二、通信和和控制系統,是電網自動化發展飛躍的基礎,不僅實現了對配電網的遠程遙控,還可以通過通訊網絡實時呈現配電網的狀態參數。三、實現了全網的多功能監控,是真正意義上的配電自動化,集設備管理、地理信息系統、饋線自動化、用戶管理、配電運行管理、故障分析等功能于一身。與陸地配電自動化相比,海洋石油電氣系統面臨更多的技術難題,而且配電自動化技術起步較晚。首先,要想解決跨海供電的問題,為了實現電氣聯系需要敷設海底電纜,海底電纜分支多,線路較短,配電網在繼電保護的上下級配合和故障診斷等方面都有相當的難度。其次,海上空間狹小,海洋石油生產系統的電氣設備眾多,類型龐雜,各個電氣設備之間距離較短,給配電網的管理和參數采集帶來了極大的工作量。此外,大部分海洋石油鉆井平臺都長期工作于海上,依靠系統主電源來支持石油生產,如何有效解決配電自動化的通訊問題,建立安全、穩定的參數采集和通訊網絡,也具有一定的難度。所以很多問題給海洋石油電氣工程的相關工作帶來很大阻礙,急需進行深刻的技術革命,來使海洋石油電氣工程相對簡單化和高效化。
四、海洋石油電氣系統前景展望
伴隨著我國智能電網建設的進程的不斷深入,電力系統發生了一場深刻的技術革命,智能變電站不斷興建,計算機信息技術、光技術、智能技術融進了電網,對電網各個環節都帶來了翻天覆地的變化,電網正在朝著智能、綠色的方向不斷發展。對海洋石油電氣系統來說,隨著光纖通信技術、智能控制技術、遙感和遙測技術、電力系統進行著自動化的變革,更多的新材料和新技術將應用于海洋石油電氣系統,用來解決目前面臨的跨海供電問題,針對電氣設備眾多和通訊設備不穩定性等問題也起到很好的改善和提高作用,海洋石油電氣系統將更加安全、綠色,配電網的自動化和智能化程度將不斷提高。由于海洋石油開采平臺電氣設備工作的環境惡劣,配電安全就顯得十分重要。在越來越倡導數字動畫設計有更高要求的當今社會而言,計算機信息技術、光技術、智能技術得到更廣泛的關注和投入,結合本文海上石油平臺的電氣安全問題進行了探討,研究了海洋石油電氣的發展現狀以及未來發展的分析,對我國海洋石油電氣平臺的建設有著高瞻遠矚的意義。
參考文獻:
[1]陳亮,冷鴻震,王樹達,安曉龍 . 淺談海洋石油平臺防爆電氣設計 [J]. 科技信息, 2011(09)
[2]張龍 海洋石油平臺電氣安全問題探討[期刊論文]-中國石油和化工標準與質量 2013(24)
關鍵詞 光纖通信 優勢 傳輸 發展趨勢
中圖分類號:TP929.11 文獻標識碼:A
1當前光纖通信的優越性
1.1頻帶非常寬,傳輸容量非常大
目前,在光纖通信系統中,光纖的傳輸帶寬比電纜大很多,單模光纖就具有幾十GHz?km的帶寬距離積。采用多種復用技術能提升線路傳輸容量;最簡單的是采用空分復用,光纖外徑只有幾十 m,一根光纜就可以容納幾百根光纖,傳輸容量成百倍增長;對于單根光纖,可以采用光復用技術,正在研究開發的光復用技術有波分復用(WDM)、光碼分復用(OCDM)和光時分復用(OTDM),而主要采用的是波分復用(WDM),目前人們采用的密集波分復用(DWDM)能增加可使用波長數量,同時利用光纖損耗譜平坦,擴大可利用的波長轉換技術和窗口技術,實現波長再利用等使單根光纖由單波長傳輸的傳輸速率幾Gbps,達到多波長傳輸幾十Tbit/s;另一方面,減小光源譜線寬度和采用外調制方式,同樣能極大提升傳輸容量。
1.2抗電磁干擾性能強,泄露小,保密性好,無串話
由于光纖是非金屬的光導纖維(目前主要采用石英(SiO2)),光纖通信線路不會受普通的高、低頻電磁場的干擾和閃電雷擊等的損壞,抗電磁干擾性能好。光纖的設計獨特無比,在光纖中傳輸的光被嚴格局限于光纖的纖芯與包層鄰近進行傳輸,泄露極其微弱;即使在彎曲半徑十分小的地方,光泄漏的可能性也非常微弱。所以泄漏到光纜之外的光信號基本上沒有,如果沒有專用的特殊工具,光纖無法分接;以及長途光纜等通常埋在地下。由此可知:光纖通信保密性能極好,也不會產生電纜通信中常見的串話現象。這對現代政治、軍事和經濟均有重要意義。
1.3光纖重量輕、纖芯細,鋪設簡單,資源豐富
光纖一般直徑只有幾微米至幾十微米之間,相同容量話路光纜,要比電纜輕90%~95%(光纜的質量僅為電纜的1/10~1/20),直徑小于電纜的1/5;光纖柔軟性十足,鋪設簡單;這順利解決通信傳輸系統占用較大的空間致地下管道擁擠等難題,同時極大的節省了通信地下管道的投資成本;光纖通信應用于航天領域,能夠有效減輕衛星、飛船與飛機等的重量,提升通信質量的同時降低制造成本。制造光纖的原料石英(SiO2),更是資源豐富且價格便宜,因此光纖通信的發展及全面普及具有巨大前景。
2光纖通信發展現狀及趨勢
2.1超高速、超大容量、超長距離系統發展
光纖通信經過數十年的發展,目前商用系統傳輸速率已能達到10Gbps以上;隨著傳輸需求不斷提升,超高速、超大容量、超長距離的光纖通信系統發展成為必然。單一的采用光時分復用(OTDM)或波分復用(WDM)對信道傳輸速率的提升是有限的;因此,可以采用將多個光時分復用(OTDM)信號集中進行波分復用(WDM)的辦法來實現信道傳輸能力最大化。
2.2新型光纖不斷發展
在傳統的G.652光纖已無法滿足超高速長距離傳輸網絡發展需求的狀況下,新型光纖的開發成為下一代網絡基礎設施工作的重要部分。光纖通信傳輸速率的提高主要通過:(1)提高傳輸速率;(2)增加傳輸的光波數量。因此,開發盡可能寬的可用波段的全波光纖成為關鍵。目前全國光纖通信運用在C(1530~1565nm)與L(1565~1625nm)波段,而全波光纖能將波長擴展至1260~1675nm;若按波長間隔為50HZ(0.4nm)開通DWDM系統,以目前單信道傳輸速率80 Gbps計算,單纖通信容量高達1000X80 Gbps以上。其它諸如非零色散光纖,空心光纖等新型光纖也陸續出現。
2.3光纖孤子通信發展
光纖孤子通信是一種全光非線性通信方案,主要利用光纖折射率的非線性效應對光脈沖壓縮,使其與群速色散激發的光脈沖展寬平衡,光孤子能在光纖的反常色散區與脈沖光功率密度足夠大前提下進行長距離不變形傳輸。這種傳輸方式在大幅度提升傳輸距離的同時保證了傳輸質量。理論上,光孤子通信容量沒有限制,可高達1000Gbps;近些年隨著色散補償和色散管理的實施及相關技術的深入研究,光孤子運行速率已能從10~20 Gbps提高至100 Gbps;并采用再生、重新定時等降低自發發射,使傳輸距離高達100000km以上。
3結語
自從1966年英籍華人高錕博士提出光纖作為傳輸介質的概念,1970年美國康寧公司根據高錕論文的設想,使用改進型化學汽相沉淀法,制造出世界上第一根超低損耗光纖,其在1 m附件波長區將光纖損耗降低到20dB/km。由于光波通信技術的巨大發展,現在世界通信傳輸業務的90%需經過光纖傳輸,并且目前業務量還在不斷快速增長;隨著光纖通信技術的不斷發展,光纖通信應用的范圍將越來越廣。
參考文獻
【關鍵詞】光纖入戶;方案設計;EPON技術
一、工程設計背景
目前,中國已建成世界上最大的、先進可靠的電力專用光纖通信網絡,但總體上又呈現“骨干網強、接入網弱”、“高端強,低端弱”的態勢,電網“最后一公里”的380V及220V用戶接入網光纖化率極低,目前光纖接入占比僅0.14%。通過對電力光纖入戶技術方案和經濟性的分析,可以看出:電力光纖入戶技術可行,實施容易,只要投入較少的費用把現有的技術進行適當整合和提升,就可以實現光纖到戶和理想的寬帶接入。同時,電力光纖到戶與我國信息產業發展的各項政策、戰略步伐,與世界信息產業技術的發展方向是完全同步和融合的。電力光纖入戶還能夠充分利用電力公司綜合實力和成本優勢,節約新建建筑小區光纖入戶成本,實現能源流、信息流的高度集成和綜合應用,搶占廣電、電信運營商通道市場,收取租賃費,延伸服務范圍,開拓新的業務領域和利潤增長點。
二、關鍵應用技術
1.EPON技術
EPON(以太網無源光網絡)是基于以太網的無源光網絡,遵循載波偵聽、多路訪問的規則,通過單纖雙向傳輸,資源利用率高。光纖到戶采用PFTTH的接入方式和EPON體系結構組網,EPON系統主要由OLT和ONU設備組成,OLT布置在電力小區局端機房,ONU布置在用戶端。
2.光/電分配技術
常規的低壓分支柜只能對電纜進行分支,不能對其中的光纜進行分支。2011年由河北省電力公司研制的光電分配柜將原來單一的低壓電纜分支柜和光纜分支箱結合為一體,將OPLC低壓電纜在光電分配柜中進行分支,實現了電與電、光與光的集中分配,然后再經OPLC低壓電纜輸出,光電分配柜具有外形美觀、結構緊湊、占用空間小、便于施工、節約電纜資源、光電集中管理與維護等特點。
3.OPLC技術
OPLC是一種將光單元復合在低壓電力電纜內,具有電力傳輸和光通信傳輸組合的電纜,其適用于額定電壓0.6/1kV及以下電壓等級。
三、設計方案
(一)總體方案
本論文將對保定地區試點項目國宅花園小區開展方案設計,該小區是保定中國電谷智能電網綜合建設工程的子項目“配電自動化”及“智能電網光纖到戶的試點小區。
1.小區情況調查
(1)小區建筑情況
小區共12棟高層,均為板樓;電表分布為每層集中;總戶數2009戶。
(2)電力設施配套情況
高壓外線:由兩路10kV電纜及光纖引入。
配電室(開關站):小區共設3個配電室,由10kV電纜引入總開閉所。
配電室至各樓:由各配電室出低壓OPLC復合纜至各樓配電間,低壓電纜采用三相四線制,敷設方式為‘井-管’式,電纜橋架敷設。
樓內分配電室:每棟居民樓地下一層設兩個配電室:居民照明配電室和動力配電室。居民照明配電室內每樓每單元設1面分線配電柜,3#樓商業設一面分線柜;每樓動力配電室內設2面分線配電柜。
樓內分配電室至各戶及用電點:樓內分配電室至居民各戶采用三相預分支電纜。動力電表安裝于樓內動力配電柜,電表以下電纜由用戶自理。
(3)用戶三網融合帶寬需求
下行業務所需帶寬(Mbps):IPTV(10-12)、視頻通信(2)、上網業務(4)、VoIP(200Kbps),總計接入帶寬17-19Mbps。
上行業務所需帶寬(Mbps):語音、視頻通信(2)、上網業務(1),總計接入帶寬2M-4Mbps。
2.建設方案
依據板樓典型設計方案,制定電力光纖到戶組網方案如下:
1#-12#樓光纜分配點設置在每棟樓負一層的樓宇配電間,并配置1個光纜交接箱,共計32個光纜交接箱。
(1)1#樓用戶接入點
1#樓1單元32層,每層用戶數為4戶,共計128戶。根據用戶接入點規劃原則:設置6個用戶接入點。2單元同1單元。
(2)2#樓用戶接入點
2#樓建筑結構與1#相同,接入點設置同1#樓。
(3)3#用戶接入點
3#樓有2個單元,33層,每層用戶數為4戶,共計264戶。按一個單元進行設計,其他單元參照執行。根據用戶接入點規劃原則:設置6個用戶接入點。
(4)4#樓用戶接入點
4#樓有2個單元,一單元28層,每層用戶數為4戶,共計112戶;二單元26層,每層用戶數為4戶,共計102戶。一單元用戶接入點規劃原則:設置5個用戶接入點。二單元用戶接入點規劃原則:設置5個用戶接入點。
(5)5#樓、9#樓用戶接入點
5#樓有2個單元,28層。每層3戶,合計168戶。9#樓有1個單元,28層。每層3戶,合計84戶,按一個單元進行設計,其余單元參照執行,根據用戶接入點規劃原則:設置5個用戶接入點。
(6)6#樓用戶接入點
6#樓共計2個單元,25層,每層用戶數為3戶,共計148戶。按一個單元進行設計,其他單元參照執行。根據用戶接入點規劃原則:設置5個用戶接入點。
(7)7#樓用戶接入點
7#樓共計1個單元,30層,每層用戶數為2戶,共計56戶。根據用戶接入點規劃原則:設置5個用戶接入點。
(8)8#樓用戶接入點
8#樓共計2個單元,17層,每層用戶數為2戶,共計68戶。按一個單元進行設計,其他單元參照執行。根據用戶接入點規劃原則:設置3個用戶接入點。
(9)10#樓和11#樓用戶接入點
10#樓有2個的單元,一單元與二單元建筑結構相同,30層,每層用戶數為3戶,共計180戶。11#樓有1個的單元,30層,每層用戶數為3戶,共計90戶。按一個單元進行設計,其他單元參照執行。一單元用戶接入點規劃原則:設置5個用戶接入點。
(10)12#樓用戶接入點
12#樓有3個的單元,一單元25層,每層用戶數為3戶,二單元和三單元25層,每層用戶數為3戶,共計231戶。一單元用戶接入點規劃原則:設置5個用戶接入點。二單元和三單元用戶接入點規劃原則:設置5個用戶接入點。
(11)幼兒園用戶接入點
設置1個用戶接入點。
(二)設備材料選型
1.線纜配置
(1)饋線光纜(主、分配電室到樓宇配電間或樓宇單元配電間)
采用三相復合低壓電纜(OPLC)。按最大容量考慮,每單元用于承載用電信息采集纖芯數為6芯,承載三網融合業務纖芯數為6芯,考慮40%的冗余,為11.2芯,參考OPLC纖芯規格,可配置24芯OPLC。
(2)配線光纜(樓宇配電間或樓宇單元配電間到用戶接入點)
采用管道光纜。按最大容量考慮,用于承載用電信息采集纖芯數為6芯,承載三網融合業務纖芯數為6芯,考慮40%的冗余,為5.6芯,參考管道光纜纖芯規格,可配置24芯管道光纜,共計118根。
(3)入戶光纜(用戶接入點到ONU終端)
共2100根2芯皮線光纜。
2.OLT配置
根據用電信息采集和三網融合業務PON口需求數量,考慮實際OLT技術指標,配置2臺96口的OLT設備。
3.ONU終端
用電信息采集ONU配置:1-12#樓每個接入點設計用戶不超過24戶,故每個用戶接入點配置1臺ONU,ONU配置RS-485接口,使用485線串接各樓層的電能表。共需118臺。1#、2#、3#配電室的公有負荷部分電能表分別按32(最大)考慮,需要配置3個ONU,1#、2#、3#配電室各一個,分別使用485線接入各自配電室公有部分計量點的電能表。三網融合ONU配置:1#-12#樓共計2009戶,需要配置2009臺ONU,按30%用戶配置,需要配置602臺ONU,放置在用戶戶內。
4.光分路器
用電信息采集光分路器配置:根據工程情況,配置3個1:32光分路器(一級分光)。三網融合光分路器應依據用戶接入點的配置和容量進行配置:1-12#樓每個接入點設計用戶不超過24戶,全部采用一級分光,配置1:32光分路器,共需118臺。
(三)細化設計
1.光纜敷設
饋線光纜路由:4#、5#、6#、11#、12#樓和幼兒園由1#配電室沿電纜溝、槽敷設至樓宇配電間,1#、2#、3#樓由1#配電室敷設至2#配電室至樓宇單元配電間。7#、8#、9#、10#樓由1#配電室敷設至3#配電室至每棟樓的樓宇單元配電間。
配線光纜路由:由樓宇單元配電間敷設至用戶接入點。
2.設備放置
根據配電室布置圖,選擇合適的通信設備布置位置,做到強弱電分離,并預留足夠操作空間。
3.光纖接續
光纜接續時需要采用光纖配線架(ODF),并配合分光器、皮線光纜,使用光纖熱熔或冷接技術,實現光纖接續。光纖配線接續的主要節點情況包括:
(1)小區配電室光纖接續
圖1 小區配電室光纖接續圖
圖中A點:將OPPC中光纖電纜分離,纖芯接入ODF;B點:將至各樓光纖復合低壓電纜中光纖束管與電纜分離,纖芯接入ODF;C點:在交接箱內根據業務需求用光纖跳線跳接。
(2)樓宇配電柜處光纖接續
圖2 樓宇配電柜光纖接續圖
圖中A點:將入樓光纖復合低壓電纜中光纖束管與電纜分離,纖芯接入ODF;B點:將至樓層分線箱或單元分線箱光纖復合低壓電纜中光纖束管與電纜分離,纖芯接入ODF;C點:在交接箱內根據業務需求加裝相應分光比分光器,用光纖跳線跳接。
(3)樓層電表箱處光纖接續
圖中A點:將光纖復合低壓電纜中光纖與電纜分離,分為公用通道和專用通道兩部分;B點:利用485線將光纖與光纖電表連接,并將485串接;C點:將光纖復合低壓電纜中光纖與電纜分離利用光纖冷接子接入分光器;D點:利用光纖冷接子將光纖與分光器連接,出線經抄表ONU轉換為485口;E點:將公用通道光纖纖芯接入分光器,并通過ODF配線。
圖3 樓層電表箱光纖接續圖
(4)戶內光纖接續
圖4 戶內光纖接續圖
圖中A點:將入戶光纖復合低壓電纜中光纖與電纜分離,纖芯接入用戶面板盒;B點:利用光纖跳線,將光纖接到用戶ONU,經ONU轉換成以太網(LAN)出口。
四、小結
通過對試點入戶小區進行方案設計,爭取做出本地區電力光纖入戶工程方案的標準化設計,為今后全面推開此類工程建設打下良好基礎。
其它在本階段未解決的問題與難點將在今后進一步的學習和探討中進行針對性的研究,爭取通過本次方案設計為本地區電力光纖入戶推進工作創造良好開端。
參考文獻
[1]潘國平.EPON技術簡析[J].電信快報,2011,03:35-38.
[2]王世文,謝波.EPON+PFTTH網絡在智能小區應用[J].通信技術,2011,06(44):100-104.
[3]孫罡,李亦楊.FTTX光接入技術發展及應用[J].通信技術,2008,41(10):143-144.
[4]鄭波,楊宏博.EPON工程設計中的幾個問題[J].電信傳輸,2010,04:40-43.
[5]栗寧,孫慧皎,馮春芳,靳莉.光纖到戶關鍵技術及運營模式研究[J].電力系統通信,2011,32(223):123-128.
[6]河北省電力公司.電力光纖到戶專題資料[Z].2012,03.
作者簡介:
[論文摘要]研究分析電磁干擾產生的原因、特點及干擾對電力遠動系統的影響,從設計的角度對鐵路電力遠動監控系統進行抗干擾分析研究。
抗干擾設計是電力遠動監控系統安全運行的一個重要組成部分,在研制綜合自動化系統的過程中,如果不充分考慮可靠性問題,在強電場干擾下,很容易出現差錯,使整個電力遠動監控系統無法正常運行或出錯誤(誤跳閘事故等),無法向站場和區間供電,影響鐵路行車安全。
一、電磁干擾產生的原因及特點
(一)傳導瞬變和高頻干擾
1.由于雷擊、斷路器操作和短路故障等引起的浪涌和高頻瞬變電壓或電流通過變(配)電所二次側進入遠動終端設備,對設備正常運行產生干擾,嚴重還可損壞電路。2.由電磁繼電器的通斷引起的瞬變干擾,電壓幅值高,時間短、重復率高,相當于一連串脈沖群。3.鐵路電力供電中,特別是現代高速鐵路對電力要求都比較高,一般都是幾路電源供電,母線投切轉換比較頻繁,振蕩波出現的次數較多。
(二)場的干擾
1.正常情況下的穩態磁場和短路事故時的暫態磁場兩種,特別是短路事故時的磁場對顯示器等影響比較大。2.由于斷路器的操作或短路事故、雷擊等引起的脈沖磁場。3.變電所中的隔離開關和高壓柜手車在操作時產生的阻尼振蕩瞬變過程,也產生一定的磁場。4.無線通信、對講機等輻射電磁場對遠動終端會產生一定的干擾,鐵路中繼站通常會和通信站在一處,通信發射塔對中繼站電力遠動終端設備的干擾比較大。
(三)對通信線路的干擾
1.鐵路變電所遠動終端的數據由串口通信經雙絞線進入車站通信站,再經過轉換成光信號沿鐵通專用通信光纜送至電力遠動調度中心,遙信和遙控數據在變電所到通信站的過程走的是電信號,由于變電所高低壓進出線纜很多,遠動終端受的干擾比較大。2.中繼站一般距鐵路都比較近,列車通過時的振動對遠動終端設備有一定的干擾。
(四)繼電器本身原因
繼電器本身可能由于某種原因一次性未合到位而產生干擾的振動信號,或負荷開關、斷路器、隔離開關等二次側產生振動信號。
二、干擾對電力遠動系統的影響
無論交流電源供電還是直流供電,電源與干擾源之間耦合通道都相對較多,很容易影響到遠動終端設備,包括要害的CPU;模擬量輸入受干擾,可能會造成采樣數據的錯誤,影響精度和計量的準確性,還可能會引起微機保護誤動、損壞遠動終端設備和微機保護部分元器件;開關量輸入、輸出通道受干擾,可能會導致微機和遠動終端判斷錯誤,遠動調試終端數據錯誤遠動終端CPU受干擾會導致CPU工作不正常,無法正常工作,還可能會導致遠動終端程序受到破壞。
三、抗干擾設計分析
(一)屏蔽措施
1.高壓設備與遠動終端輸入、輸出采用有鎧裝(屏蔽層)的電纜,電纜鋼鎧兩端接地,這樣可以在很大程度上減小耦合感應電壓。2.在選擇變電所和中繼站電力設備時盡量選設有專門屏蔽層的互感器,也有利于防止高頻干擾進入遠動終端設備內部。3.在遠動終端設備的輸入端子上對地接一耐高壓的小電容,可以有效抑制外部高頻干擾。
(二)系統接地設計
1.一次系統接地主要是為了防雷、中性點接地、保護設備,合適的接地系統可以有效的保障設備安全運行,對于斷路器柜接地處要增加接地扁鐵和接地極的數量,設備接地處增加增加接地網絡互接線,降低接地網中瞬變電位差,提高對二次設備的電磁兼容,減少對遠動終端的干擾。2. 二次系統接地分為安全接地和工作接地,安全接地主要是為了避免工作人員因設備絕緣損壞或絕緣降低時,遭受觸電危險和保證設備安全,將設備外殼接地,接地線采用多股銅軟線,導電性好、接地牢固可靠,安全接地網可以和一次設備的接地網相連;工作接地是為了給電子設備、微機控制系統和保護裝置一個電位基準,保證其可靠運行,防止地環流干擾。轉貼于
3.由于高低壓柜本身都是多都是采用鍍鋅薄鋼板材料,本身也有屏蔽作用,將高低高柜都可靠接地。4.遠動終端微機電源地和數字地不與機殼外殼相連,這樣可以減小電源線同機殼之間的分布電容,提高抗共模干擾的能力,可明顯提高電力遠動監控系統的安全性、可靠性。
(三)采取良好的隔離措施
1.為避免遠動終端自身電源干擾采取隔離變壓器,電源高頻噪聲主要是通過變壓器初、次級寄生電容耦合,隔離變壓器初級和次級之間由屏蔽層隔離,分布電容小,可提高抗共模干擾的能力。2.電力遠動監控系統開關量的輸入主要斷路器、隔離開關、負荷開關的輔助觸點和電力調壓器分接頭位置等,開關量的輸出主要是對斷路器、負荷開關和電力調壓器分接頭的控制。3.信號電纜盡量避開電力電纜,在印刷遠動終端的電路板布線時注意避免互感。4.采用光電耦合隔離,光電耦合器的輸入阻抗很小,而干擾源內阻大,且輸入/輸出回路之間分布電容極小,絕緣電阻很大,因此回路一側的干擾很難通過光耦送到另一側去,能有效地防止干擾從過程通道進入主CPU。
(四)濾波器的設計
1.采用低通濾波去高次諧波。2.采用雙端對稱輸入來抑制共模干擾,軟件采用離散的采集方式,并選用相應的數字濾波技術。
(五)分散獨立功能塊供電,每個功能塊均設單獨的電壓過載保護,不會因某塊穩壓電源故障而使整個系統破壞,也減少了公共阻抗的相互耦合及公共電源的耦合,大大提高供電的可靠性。
(六)數據采集抗干擾設計
1.在信息量采集時,取消專門的變送器屏柜,將變送器部分封裝在RTU內,減少中間環節,這樣可以減少變送器部分輸出的弱電流電路的長度。2.遙信由于合閘一次不到位或由于二次側振動而產生的誤遙信干擾信號,并且還會產生尖脈沖信號,也可能對遙信回路產生干擾誤遙信號。
(七)過程通道抗干擾設計
(八)印刷電路板設計。在印刷電路板設計中盡量將數字電路地和模擬地電路地分開;電源輸入端跨接10~100μF的電解電容。
(九)控制狀態位的干擾設計
(十)程序運行失常的抗干擾設計
(十一)單片機軟件的抗干擾設計
(十二)對于終端至通信站的數字通信電纜加穿鋼管,特別是穿越其他電力電纜時,避免和其他電力電纜等同溝敷設并保持一定的交叉距離。
關鍵詞:福廈鐵路;GSM-R系統;光纖直放站;弱場補強;無線覆蓋
中圖分類號:U285文獻標識碼:A文章編號:1009-2374 (2010)18-0124-03
鐵路無線列車調度通信系統是鐵路行車指揮系統的重要組成部分,在保障行車安全、提高運輸效率方面發揮著重要作用,其通信質量的好壞直接關系到鐵路的行車安全。無線列調通信中,由于地形影響,導致機車與車站問的無線信號衰減太大,使機車與車站間無法有效通信,這種區域稱為盲區,或弱場區。在無線列調系統工程設計中,應根據實際情況科學合理地選用弱場區覆蓋方案,保證良好的場強覆蓋,以滿足列車調度的高可靠性要求。
一、福廈鐵路介紹
福廈鐵路作為《中長期鐵路網規劃》的重點建設項目,是我國鐵路“十五”規劃“八縱八橫”路網主骨架之一,也是我省第一條高速鐵路。福廈鐵路北起福州,經福清、莆田、泉州、晉江,到達廈門,全長273km。
福廈鐵路是福建省第一條城際間快速客貨運通道,具有速度快、高密度、大能力、安全、舒適、節省運費等優勢,將有效改善沿線地區交通和投資環境,更加充分發揮區域優勢、港口優勢和開放優勢,加快海峽西岸經濟區建設。
二、鐵路GSM-R系統
鐵路GSM-R(GSM for Railway)系統是一種基于目前世界最成熟、最通用的公共無線通信系統GSM平臺上的、專門為滿足鐵路應用而開發的數字式的無線通信系統,針對鐵路通信列車調度、列車控制、支持高速列車等特點,為鐵路運營提供定制的附加功能的一種經濟高效的綜合無線通信系統。從集群通信的角度來看,GSM-R是一種數字式的集群系統,能提供無線列調、編組調車通信、應急通信、養護維修組通信等語音通信功能。GSM-R能滿足列車運行速度為0~500km/h的無線通信要求,安全性好。GSM-R可作為信號及列控系統的良好傳輸平臺,正在試驗中的ETCS歐洲列車控制系統 (也稱FZB)和另一種用于160km以下的低成本的列車控制系統 (FFB),都是將GSM-R作為傳輸平臺。
GSM-R中文全稱為鐵路移動通信系統標準,是一種專門為鐵路設計的專業無線數字通信系統,是中國首次從歐洲引進的移動通信鐵路專用系統,它除了能提供無線列調、編組調車通信、應急通信、養護維修通信等語音通信功能外,還能夠滿足列車運行速度每小時500km的無線通信要求。
GSM網絡優化解決的主要問題有:信道擁塞率高、呼叫成功率低;越區切換失敗率高,掉話嚴重;通話質量低、有串音;移動臺占用話音信道后呼叫釋放、出現振鈴后無通話、移動臺接通后單邊通話;設備完好率較低;中繼電路的配置與實際話務不相符、電路群的每線話務量差別較大等。
三、場強覆蓋方式
一般地說,GSM-R網絡的場強覆蓋是在沿鐵路軌道方向安裝定向天線,形成沿路軌大橢圓形小區,但在話務量較大而速度要求較低的編組站內采用扇形小區覆蓋,而在人口密度不高的低速路段和軌道交織處一般是無CTCS (ChineseTrain Control System)系統的農村地區采用全向小區覆蓋。鐵路帶狀的特點.決定了鐵路場強覆蓋采用線狀覆蓋方式。
場強覆蓋往往和具體的地理位置分布相關,根據具體的地理環境和基站的實際情況可以進行許多方面調整。改善下行鏈路的信號覆蓋,可以采用提高基站的發射功率、增加天線的掛高、調整天線的水平角或垂直角和安裝直放站等措施。一般來說,上述各種方法需綜合使用,才能達到滿意的覆蓋。當某些基站或小區信號強度提高時,還應綜合考慮其他問題,尤其是相鄰小區的同鄰頻干擾問題。若上行鏈路的接收信號不是很好,可以考慮在基站的天線塔上安放塔頂放大器或降低饋線和跳線的損耗,以增強天線的接收信號強度。
四、弱場補強方案
根據GSM-R應用環境的特點,一般地,對于山體阻擋及路塹等弱場強區,可采用增加光纖直放站的解決方案:對于隧道弱場強區,可采用增加光纖直放站、漏纜+天線的解決方案;對于特大橋隧,可采用光纖直放站及漏纜+天線的組合解決方案:對開闊地域,既可采用基站,也可采用無線直放站或光纖直放站的解決方案。目前,對弱場處理的方案較多,既可采用單獨方案解決,也可采用組合方案解決。目前解決區間弱場區主要有以下方式:(1)布放中繼器及架設漏泄電纜;(2)布放無線中繼臺設備;(3)布放光直放站設備;(4)感應通信方式“400M+400k”。
(一)布放中繼器及架設漏泄電纜方式
場強覆蓋系統采用異頻雙工、半雙工方式解決鐵路隧道內弱場覆蓋的技術是目前最常用的解決方案之一。系統由洞口中繼器、洞內中繼器、漏泄電纜及其相應配件組成。當隧道長度超過漏泄電纜的最大限制長度時,必須在隧道內設置洞內中繼器,以放大漏纜傳輸信號。因此,組網時根據隧道長度和所用漏泄電纜性能的不同,有中小型隧道和長大隧道兩種方案:前者,在隧道口設置洞口中繼器,隧道內壁掛漏泄電纜;后者,在隧道口設置洞口中繼器,隧道內設置一個或多個洞內中繼器,隧道內壁掛漏泄電纜。洞口中繼器通過天線接收到來自車站臺的信號后,傳送到漏泄電纜,完成隧道內的場強覆蓋。隧道內的移動臺發射的信號波由漏纜和中繼器通過天線發送給車站臺。本方案場強覆蓋效果好,易于控制,技術成熟。但漏泄電纜造價較高,維修困難,只能應用于收發異頻的系統。
系統由I型中繼器(洞口中繼器)、Ⅱ型中繼器(洞內中繼器)、漏泄電纜及其配件組成。系統采用漏泄電纜外泄信號的方式實現弱場區的覆蓋。I型中繼器一般設置在離車站較近的地方,以保證車站電臺的射頻信號電平能夠啟動I型中繼器進入工作狀態;射頻信號經I型中繼器放大之后由漏泄電纜外泄,達到覆蓋弱場區的目的;當弱場區長度超過漏泄電纜的最大長度時,必須設置Ⅱ型中繼器,以放大漏泄電纜的傳輸信號。I型中繼器通過天線與車站電臺傳遞無線射頻信號。當I型中繼器接收到來自車站電臺的下行信號時,將信號傳送到漏泄電纜,經過信號外泄完成弱場區的場強覆蓋;弱場區的移動電臺發射的電波由漏泄電纜和中繼器通過天線發送給車站電臺。
由于弱場區地形的不同,中繼器、漏纜可以有多種組合方式。(1)I型中繼器(1臺)+漏纜;(2)I型中繼器(1臺)+Ⅱ型中繼器+漏纜;(3)I型中繼器(多臺)+Ⅱ型中繼器+漏纜。
當弱場區地形比較多變時,比如經過一段山丘或隧道之后,有1km左右的開闊可視地段,接著又是隧道或者山丘,Ⅱ型中繼器通過天線發出的射頻信號覆蓋開闊地段,同時,此射頻信號開啟下一個I型中繼器。這種組合節省漏纜,降低了投資成本。工程中同一個半區間中繼器的數量不易過多,最多不超過8個。
漏泄電纜過長,末端就會出現弱場;漏泄電纜過短,則會增加投資成本。所以,工程設計中應該權衡上下行信號的鏈路平衡,合理取定漏泄電纜的長度。
漏纜長度理論值計算公式為:
d=(Pt-L1-L2-Δ-ΔL-Vmin-M-S1)/S2(單位:km)
其中:
Pt――發射功率;
Ll――中繼器饋線損耗;
L2――機車天線饋線損耗;
Δ――各種接頭損耗,A=3dB;
ΔL――避雷器插入損耗,AL=0.3dB;
Vmin――機車最小可用電平(或中繼器輸入電平);
M――設計儲備量,M=6.5dB;
S1――漏纜耦合損耗;
S2――漏纜傳輸損耗(單位:dB/km)。
(二)布放無線中繼臺設備方式
系統由一個或多個區間互控中繼臺配合適當的天線,通過4芯(或2芯)電纜通道與相應車站臺構成鏈狀網。區間互控中繼臺供電可通過4芯電纜中的2芯(或同一2芯電纜通道)由相應的車站臺遠供,也可由本地供電。每個車站臺單方向最多可控制15個互控中繼臺,最長距離不超過20km。
互控中繼臺無線信道采用異頻單/雙工方式。當車站臺發起呼叫機車臺的下行呼叫時,通過4芯(或2芯)電纜通道將信號傳輸到其連接的所有區間互控中繼臺(從距車站臺最近的互控中繼臺起編號為1~n)上,并一起發射呼叫信息;位于互控中繼臺覆蓋范圍內的機車臺在所接收到的無線信號中選擇最強的信號作為接收呼叫,并為應答車站臺發起上行呼叫,設其中第1TI(1
(三)布放光直放站設備方式
系統由光直放站近端機(光近端機)、光直放站遠端機(光遠端機)、光纖和網管設備等組成。光近端機應設置在車站內距離車站電臺較近的位置,通過射頻耦合器與車站電臺進行射頻信號傳遞;通過光纖和光遠端機連接;通過RS232、RS422或音頻四線接口與網管設備連接。下行方向,車站電臺發射的信號經耦合器進入光近端機進行電光轉換,通過光纖傳送至光遠端機,光遠端機把接收到的光信號轉換為射頻信號后通過天線發往移動臺;上行方向,光遠端機把移動臺發射的無線射頻信號轉換為光信號,通過光纖傳送至光近端機,光近端機對信號進行光電轉換后,通過耦合器將射頻信號饋入車站電臺。直放站網管是為監測光纖直放站設備而開發的網管系統,能夠提供光近端機、光遠端機和模塊等的故障報警,以及對直放站的相關參數進行設置。網管終端一般設置在無線檢修所或者無線檢修工區。
光直放站設備組網比較簡單,其方式為:(1)一拖一方式,即一個光近端機連接一個光遠端機;(2)一拖多方式,即一個光近端機連接多個光遠端機。此時光近端機與光遠端機之間可以星型連接,也可以共線連接。
(四)布放感應通信方式“400M+400k”
系統由“400M+400k”感應電臺及過相裝置構成。組網時設置車站臺、機車臺和手持臺,并在接觸網分相處設置過相裝置。“400M+400k”感應電臺是400MHz頻段和400kHz頻段合為一體的電臺,兩頻段同時發射、同時接收,按二路話音輸出方式工作。如果其中一路話音輸出不能滿足話音質量指標要求,將自動關閉。400kHz號的傳輸方式是利用波導感應原理,將400kHz信號感應到電力接觸網導線上,利用接觸網做波導線傳輸信號,它在區間內通信覆蓋率達100%。在平原地區以及車站的多股道無電區,以400MH頻段為主,利用兩頻段傳輸之間的互補,形成“400M+400k”的合體電臺。
其優點是工程造價比漏纜方式低,適用于多路塹、多隧道的山區電氣化鐵路,但必須依靠電氣化鐵路的接觸網設備才能進行傳輸,有一定的局限性。天線不易小型化,產品選擇余地小。該方式一直沒有大范圍使用。
隨著無線通信技術的不斷發展,將會有更先進的技術用于解決無線列調的弱場區場強覆蓋。但是,任何相關技術應用于實際工程時都有優劣之分,不管選擇哪種方案解決弱場區問題,都應綜合考慮線路地形、技術、經濟等具體因素并進行比較,以選用適合工程的最佳解決方案。
參考文獻
[1]胡東源.GSM-R/CTCS在中國鐵路的應用與發展戰略[J].中國鐵路,2003,(2).
[2]錢立新.我國鐵路機車車輛現代化的關鍵技術[C].推進鐵路新跨越加快經濟大發展――中國科協2004年學術年會鐵道分會場論文集,2004.
[3]胡曉輝,周興社,黨建武.基于GSM-R/CTCS的列車控制系統形式化描述和建模[J].計算機工程與設計,2006,(1).
[4]吳浠橋,段永奇,熊杰.GSM-R系統的無線覆蓋理論分析[J].鐵道工程學報,2007,(12).
1、通信網工程設計2、程控室工程設計3、傳輸室工程設計
第二類:通信論文
4、光城域網研究與組網5、光波分復用技術的研究與分析6、光同步數字體系的研究與分析
7、論述移動通信的應用及發展8、鐵通XX分公司寬帶業務現狀與發展9、鐵通XX分公司發展策略
10、提速鐵路專用通信業務及發展11、自擬與本職工作密切相關的通信工程專業課題
第一類:通信工程設計題目要求
《通信網設計》
一、設計要求:
1、作某一范圍長途干線網設計;2、繪出新設計通信網圖并作相應闡述。
二、主要內容:
1、對通信網種類及構成要素作概括性闡述;2、擬定長途網業務節點數量及選用相應設備;3、對新設計通信網的信道構成
特點、網型、保護方式等作相應闡述。
《程控交換工程設計》
一.設計要求:
1.對原有設備情況的調查,收集各種資料2.根據調查結果設計交換網圖
3.根據交換網圖提出中繼方式,其中包括信令方式,接口方式及傳輸方式等內容4.畫出工程所需各部分圖紙
5.寫出設計規范書及設計說明書
二.完成圖紙名稱:
1.交換網圖2.中繼方式3.設備平面布置圖4.總配線架,數字配線架端子分配圖5.電纜徑路圖6.電源系統圖7.工程數量表
《傳輸室工程設計》
一、設計要求:
1、結合本單位條件或者處自擬條件作傳輸室施工設計,規模不限;
2、采用光纖傳輸設備或者數字微波設備及相關附屬設備(如中配架、數配架、引入架、試驗架等);
3、對各項設計作重點說明。
二、主要內容:
1、傳輸室設備平面布置圖;2、通信網圖;3、室內信道直線徑路圖;4、中配架運用及分配圖;5、布線計劃圖改工程數
量表。
第二類:通信論文題目要求