Проектирование ВОЛС для технологической оперативно–диспетчерской связи

Проектирование ВОЛС для технологической оперативно–диспетчерской связи

Введение

Астана - это не просто один из городов Казахстана, это новая столица, которая находится на начальном этапе процесса своего становления. В этом заключается основное отличие Стратегического плана устойчивого развития Астаны от аналогичных планов развития столиц других стран мира. И это же является её сравнительным преимуществом перед другими столичными городами, поскольку она строится и будет переходить к устойчивому развитию с учетом современных тенденций в градостроительстве, развитии экономики и социальной сферы, охране окружающей среды, в особенности в развитии и размещении объектов производственной и эколого-инженерной инфраструктуры.

По данным на 1 декабря 2010 года численность населения города Астаны составила 572,1 тыс. человек. По предварительным данным ГКП «Астанагенплан» численность населения г. Астаны на 2030 г. прогнозируется 1200 тыс. человек. С увеличением населения город остро нуждается в жилом секторе, школах, больницах, магазинах и других объектах. Одним из приоритетных направлений развития города является строительство. Инвестиции в жилищное строительство составили 114,8 млрд. тенге, построено и введено в эксплуатацию более миллиона кв. метров жилья. Поэтому показателю Астана прочно удерживает лидерство среди регионов страны. Сегодня в столице начато и ведется строительство более 200 жилых домов и комплексов. При таких масштабах жилой застройки объемы ввода жилья будут ежегодно возрастать. Вся масштабная программа по застройке столицы зависит от развития энергокомплекса, инженерной инфраструктуры и систем жизнеобеспечения, поэтому наращивание мощностей, прокладка сетей тепло- и водоснабжения, строительство электроподстанций должны опережать возведение жилья и других объектов. Одним из приоритетных направлений развития города является строительство жилья. Однако из-за увеличения доли коммунально-бытового потребления в связи с изменением статуса города, ростом численности населения, реконструкцией существующей застройки и строительств новых жилых микрорайонов и общественных зданий, существующие энергосети не обеспечивают покрытия нагрузок города. Согласно концепции корректировки Генерального плана развития и застройки столицы было принято решение о строительстве электроподстанций в новых строящихся районах города Астаны. [1]

Производство, передача и распределение электрической энергии невозможно без постоянного круглосуточного оперативного управления, что является задачей оперативно-диспетчерской службы. Внедрения современных технологий, таких как SCADA (система диспетчерского контроля и сбора данных) и АСКУЭ (автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии), отвечающее по всем предъявляемым требованиям по обеспечению надежной и качественной работы средств диспетчерского и технологического управления. В данном дипломном проекте рассматривается стратегический важный участок ПС «Жана Жол» - «Левобережная». ПС данного участка не соединены со SCADA и АСКУЭ. Для передачи информации и организации телефонной связи от ДП (диспетчерского пункта) ГЭС до подстанции 110 кВ, принадлежащих АО «Горэлектросети» организована корпоративная сеть по волоконно-оптической линии связи.

В настоящее время оптоволоконные кабели уже получили применение во многих отраслях народного хозяйства: связи, радиоэлектронике, медицине, космических исследованиях, машиностроении и другие. Используются они так же для устройства соединительных линий между АТС и в пригородах, где они заменяют весьма металлоёмкие кабели с медными жилами. По оптоволоконному кабелю построены многие сети телекоммуникации ведущих операторов связи, а также корпоративные сети крупных компании нашей Республики.

Преимущества оптических конструктивной основы оптических кабелей (ОК) связи хорошо известны. Основными из них являются: широкая полоса пропускания, обеспечивающая возможность передачи сигналов электросвязи со скоростью до 10 Гбит/с и выше; низкий уровень потерь на распространение сигналов, позволяющий осуществлять их передачу без регенерации на расстояния до 120-150 км; нечувствительность к электромагнитным помехам; отсутствие перекрестных помех в ОК; малая масса и размеры ОК. Другие достоинства и преимущества ОК по сравнению с традиционными средами распространения, такие как относительно высокая защищенность, от несанкционированного съема (перехвата) передаваемой информации, пожаробезопасность, относительно невысокая цена ОК по сравнению с медными кабелями и практически неограниченные запасы сырья для производства ОВ делают их применение в сетях и системах связи еще более привлекательным и технически и экономически оправданным. Именно поэтому ОК практически полностью вытесняют в настоящее время все другие виды направляющих структур в различных участках сетей связи.

1. Аналитические исследования по теме проекта и разработки по их технической реализации

связь телекоммуникация сеть

1.1 Поставленная задача проекта

В данном дипломном проекте рассматриваются вопросы по проектированию ВОЛС для технологической оперативно-диспетчерской связи между электрическими подстанциями «Левобережная» - «Жана Жол» АО «ГЭС».

Цель работы заключается в обосновании необходимости и экономической эффективности (выгодности) организации связи по ВОЛС для оперативно - диспетчерской связи между подстанциями на вышеуказанном участке.

Для выполнения данного проекта необходимо выполнить следующие работы:

произвести краткий анализ предприятия АО «ГЭС» г. Астаны;

провести анализ существующего состояния телекоммуникации и СДТУ (ОИТиС);

сравнение видов организации линии связи и выбор оптимальной;

рассмотрение техническая характеристика выбранного оборудования;

расчёт основных параметров оптического кабеля;

рассчитать живучесть и надежность сети;

рассмотреть ОТ и ТБ;

произвести экономические расчеты.

.2 Краткая характеристика и структура АО «ГЭС»

АО «Городские электрические сети» (АО «ГЭС») создано на базе Городских электрических сетей согласно приказу ПОЭиЭ «Целинэнерго» №244 от 06.08.80 г.

Персонал предприятия занимается эксплуатацией, ремонтом и техническим обслуживанием электрических сетей города напряжением 110, 10 и 0,4 кВ, подстанций 110/10, 10/0,4 кВ и распределительных пунктов 10 кВ согласно генеральной лицензии №003986 и 003987 от 27.05.05 г., выданной Министерством энергетики и минеральных ресурсов Республики Казахстан .

В настоящее время, АО «ГЭС» предоставлено право на выполнение работ в области архитектурной, градостроительной и строительной деятельности на территории РК в части строительства энергетических объектов согласно перечня к Гослицензии 01-ГСЛ №007916 от 15.01.02 г., выданной Департаментом архитектуры и градостроительства г. Астаны.

Для выполнения вышеуказанных работ общество располагает необходимой рабочей силой, машинами и спецмеханизмами, имеет современную производственную базу, оснащенную станочным оборудованием, крытые стоянки, склады. Наличие электролабораторий позволяет производить ревизию, испытания и наладку электрооборудования всех напряжений, аппаратуры и систем контроля, противоаварийной защиты и сигнализации.

АО «ГЭС» имеет в своем составе около 500 человек персонала самых разных и сложных специальностей.

Кроме капитальных ремонтов и технического обслуживания энергетического оборудования 110, 35, 10 кВ подстанций и линий электропередач 10 и 0,4 кВ за последние пять лет силами персонала или с его участием выполнялись работы по строительству электросетевых объектов 110, 10 кВ, воздушных и кабельных сетей 10 и 0,4 кВ в существующих и новых районах города.

Также проводилась работа по технологическому сопровождению процесса строительства сетевых объектов.

Организационная структура управления АО «Городские электрические сети» г. Астана приведена в [ПА].

Круглосуточное оперативное управление электрическими сетями является задачей оперативно-диспетчерской службы (ОДС) «ГЭС», которая является производственно-техническим подразделением «ГЭС».

Принятая производственная структура АО «ГЭС» обеспечивает качественное и надежное управление процессом технического обслуживания и капитальными ремонтами энергетического оборудования 110, 35, 10 кВ подстанций и линий электропередач 110, 10 и 0,4 кВ.

В связи с расположением ПС 110/10 кВ «Жана Жол» в городской застройке и в соответствии с заданием на проектирование и техническими условиями подстанция принята закрытого типа [5].

На подстанции предусмотрены:

установка двух трансформаторов 110/10 кВ мощностью по 40 МВА каждый с расщепленными обмотками низкого напряжения и кабельными вводами высокого напряжения;

сооружение распределительного устройства 110 кВ (РУ 110 кВ);

сооружение распределительного устройства 10 кВ (РУ 10 кВ).

В соответствии с типовыми проектными решениями, учитывая количество присоединений, приняты следующие принципиальные схемы распределительных устройств:

110 кВ - «Два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий»;

10 кВ - «Две одиночные, секционированные выключателями системы шин».

Трансформаторы 110/10 кВ устанавливаются в специально предусмотренных отдельных камерах.

Подстанция присоединяется по двум кабельным линиям отпайкой от существующей высоковольтной линии (ВЛ) 110 кВ от ПС 110/10 кВ «Левобережная».

1.3 Существующая сеть СДТУ и ОИТиС

В оперативном управлении ОДС АО «ГЭС» находятся оборудование ПС 110/10 кВ городского кольца, распределительные сети 10/0,4 кВ г. Астаны, устройства релейной защиты (РЗУ), средств диспетчерского и технологического управления (СДТУ).

В Центральный диспетчерский пункт (ЦДП) ОДС поступает объем телемеханики по ПС 110/10 кВ (ИКИ, Жанажол Школьная, Коктем, Астана, Арман, Промзона, Левобережная, Южная) и РП 10 кВ в количестве девятнадцати объектов.

В телемеханику входят:

телесигнализация - положения выключателей;

телеуправление выключателями;

телеизмерения тока на отходящих фидерах 10 кВ, телеизмерения напряжения на шинах 10 кВ.

Вся информация со всех телемеханизированных объектов по радиоканалу собирается в Центральном диспетчерском пункте. На ЦДП установлен базовый радиомодем, который через контроллер УТМ-64 выводит информацию на монитор компьютера диспетчера.

В оперативном отношении ОДС подчинен персонал Отдела информационных технологий и связи (ОИТиС), основной задачей ОИТиС является обеспечение надежной и качественной работы средств диспетчерского и технологического управления АО «ГЭС», обеспечение развития и модернизации, повышение их надежности. Обеспечение диспетчерской и технологической связью и каналами телемеханики с подстанциями и РП АО «ГЭС», ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ЦДС «АРЭК», «РДЦ».

В состав ОИТиС входит коммутационная аппаратура диспетчерской и технологической связи, в том числе:

энергодиспетчерские телефонные станции (ЭДТС); АДАСЭ - ИМ 18;

аппаратура уплотнения по кабельным линиям связи П-330/6;

каналы электронной связи, в том числе: телефонные и телемеханики;

воздушные и кабельные линии связи;

диспетчерские щиты и пульты;

устройства телемеханики;

аппаратура электропитания;

комплексная телефонная сеть;

оконечные устройства телефонной связи;

вводная и линейно-коммутационная аппаратура;

аппаратура радиосвязи (стационарная, носимая, мобильная установленная на автомашинах) типа «Моторола» и «KENWOOD» (для ТМ);

аппаратура звукозаписи SRS - VR.

В качестве мультиплексируемого оборудования применено оборудование типа FOX 515 производства ТОО ABB «Энергосвязь». Через мультиплексоры по ВОЛС от подстанции до ДП ГЭС организована передача:

сигналов голосовой связи. В качестве интерфейсов используются 2- х проводные окончания для подключения телефонных аппаратов, расположенных на подстанциях, к АТС (диспетчерскому коммутатору) ДП ГЭС для организации прямой диспетчерской связи,а также 4- х проводные окончания, для организации автоматической телефонной связи с использованием протокола сигнализации АДАСЭ;

сигналов телемеханики от устройств MicroSCADA и YTM - 64, расположенных на подстанциях;

данных от различных информационных приложений: системы АСКУЭ, электронная почта и т.д.

Основным генерирующим энергоисточником для г. Астаны является ТЭЦ-2. Все линии 110 кВ, питающие подстанции городского кольца, отходят от ТЭЦ-2. Поэтому оптимальным решением для трассы прокладки оптоволоконного кабеля является грозозащитный трос существующих линий электропередач напряжением 110 кВ.

В настоящее время канальная среда для передачи информации и организации телефонной связи от Центрального диспетчерского пункта до подстанций 110 кВ АО «Городские электрические сети», организована по волоконно-оптической линии связи, встроенной в грозозащитный трос линий электропередач напряжением 110 кВ. Топологически среда передачи представляет собой схему «кольцо», позволяющую организовать 100% резерв каналов связи с каждого из объектов, входящих в это кольцо.

В целях обеспечения отказоустойчивости передачи информации выбрана архитектура построения оптического кольца, состоящего из двух полуколец (Восточного и Западного). Таким образом при нарушении целостности оптоволоконного кабеля на одном оптическом полукольце технологическая информация будет направлена по другому полукольцу.

Объем информации между узловыми подстанциями (ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, Аэропорт, Западная) особенно велика. Поэтому между ними организован цифровой поток STM-1, а между остальными подстанциями информация передается по восьми двухмегабитовым потокам Е1.

На всех подстанциях установлены мультиплексоры с оптическим кроссом и гарантированной системой электропитания.

На подстанциях, обслуживаемых дежурным персоналом, установлены цифровые автоматические телефонные станции, включаемые в единую сеть системы предприятий энергокомплекса.

На подстанциях применяется АТС типа Si 2000 A 160 производства Iskratelling Словения.

АТС, мультиплексоры в своем составе имеют аккумуляторные батареи, что обеспечивает работоспособность оборудования при потере основного электропитания.

Вся технологическая информация с подстанций 110 кВ собирается на ТЭЦ-2. На ТЭЦ-2 находятся три мультиплексора. В первый информация приходит с подстанций Восточного полукольца, во второй мультиплексор с Западного полукольца. Через третий мультиплексор информация, предназначенная для АО «АРЭК» по радиорелейной линии передается на подстанцию «Центральная», от которой она по ВОЛС передается в АО «АРЭК». Все данные, которые приходят на ТЭЦ-2 со всех подстанций городского кольца передаются по радиорелейной линии связи на диспетчерский пункт АО «ГЭС», где установлен мультиплексор, осуществляющий переприемку потоков Е1.

На подстанции Аэропорт находятся два мультиплексора. В случае обрыва Восточного полукольца на направлении ТЭЦ-2, данные с первого мультиплексора будут переданы на второй, а затем на подстанцию «Западная», а с нее на ТЭЦ-2.

Проектируемая ВОЛС на подстанции 110/10 кВ «Жана Жол» к оптическому кольцу будет подсоединяться через подстанцию 110/10 кВ «Левобережная», к ней проектируемая подстанция присоединиться по волоконно-оптической линии. Цифровой поток, интегрирующий в себя все каналы связи от подстанции «Левобережная», принимается на порт PDH-3 мультиплексора FOX 515 ПС Жана Жол, где производится маршрутизация тайм-слотов цифровых потоков. В результате маршрутизации формируется цифровой поток как от существующих подстанций, так и от ПС «Жана Жол».

В случае повреждения волоконного кабеля на основном направлении ПС «Жана Жол» - ТЭЦ-2 мультиплексор FOX 515 произведет автоматическую перемаршрутизацию потоков от ПС «Левобережная» на ЦДП ГЭС по резервному направлению через ПС «Аэропорт». На подстанции «Жана Жол» для принятия данных с ПС «Левобережная» должно будет установлены дополнительные платы на мультиплексоре.

.4 Расчет необходимого объема данных с ПС 110/10 кВ «Жана Жол»

Согласно техническим условиям на проектирование средств диспетчерского и технологического управления на ПС 110/10 кВ «Жана Жол» необходимо предусмотреть передачу данных от системы SCADA, передачу данных от информационной системы АСКУЭ и передачу сигналов релейной защиты (РЗА).

Система SCADA (система диспетчерского контроля и сбора данных) - компьютерная система, работающая в режиме реального времени, используемая для мониторинга и контроля электрической сети в режиме реального времени. SCADA представляет собой многофункциональную открытую программно-аппаратную среду для построения автоматизированных систем контроля и управления распределенными объектами энергетического назначения.

Специализированные функции SCADA для автоматических систем управления энергообъектами (АСУ Э):

сбор информации с низовых устройств;

ведение базы данных реального времени;

отображение информации на экранах мониторов и панелях щитов;

контроль состояния и удаленное управление оборудованием;

предупредительная и аварийная сигнализация;

отчеты о событиях и тревогах с возможностью фильтрации;

протоколирование событий и действий оператора;

резервирование компонентов системы;

самодиагностика системы;

удаленный просмотр и изменение уставок устройств МП РЗА;

средства анализа действия защит;

диагностика первичного оборудования;

быстрая локализация мест повреждений;

технический и/или коммерческий учет электроэнергии;

контроль качества электроэнергии;

автоматизированный контроль безопасности в местах проведения работ.

АСУ Э на базе SCADA представляет собой программно-технический комплекс (ПТК), реализованный в виде иерархической (многоуровневой) системы.

В устройства верхнего уровня входят: базовые компьютеры (серверы, системы); компьютеры (процессоры, серверы) связи; компьютеры автоматизированных рабочих мест операторов (рабочие станции); средства визуализации: мониторы, принтеры, проекторы, мнемощиты.

Низовые устройства ПТК:

устройства (терминалы) МП РЗА;

устройства сопряжения с объектом (УСО);

счетчики электроэнергии;

специализированные контроллеры и УСПД.

УСО обеспечивают ввод в систему сигналов (ТС, ТИ, ТУ), а также сигналы с устройств МП РЗА.

В качестве УСО на ПС 110/10 кВ «Жана Жол» используется удаленное терминальное устройство (RTU) международного концерна АББ типа RTU - 211. - 211 является стандартной системой телеуправления, специально разработано для использования в системах управления электрическими сетями и предназначено для сбора, обработки и хранения данных, собранных со счетчиков электроэнергии и передачи их на верхний уровень.

Контроллер работает под операционной системой реального времени OS-9. Сбор данных осуществляется по цифровым каналам с устройств сбора данных типа Е842ЭС, Е846ЭС, Е848ЭС, Е849ЭС.

Функциональные возможности:

сбор измерений и сервисных данных с устройств сбора данных;

ведение архивов измеряемых величин в соответствии с типовыми требованиями к системе SCADA;

расчет физических величин по отдельным и групповым каналам измерения;

многотарифный учет энергии и мощности;

поддержание единого системного времени с заданной точностью;

сравнение измеряемых величин с заданными допусками и формирование соответствующих сообщений на верхний уровень, а при необходимости выдача управляющих воздействий;

расчет "баланса" объекта;

поддержка локальной сети (Ethernet);

проверка работоспособности счетчиков как производящих самотестирование, так и не производящих самотестирования;

защита от несанкционированного доступа на уровне программного обеспечения и конструкции.- 211 легко адаптируется к различным средам передачи и различным режимам трафика. Он имеет микропроцессорное управление, модульную структуру и разработан для применения на объектах с количеством сигналов (ТС, ТИ и ТУ) в диапазоне от 20 до 1800.

Информация с устройств сбора данных типа Е842ЭС, Е846ЭС, Е848ЭС, Е849ЭС по импульсу поступает на RTU - 211, которые присоединены к мультиплексору по стандартному протоколу RS-232.

В диспетчерском центре установлены два сервера SCADA и реализовано горячее резервирование серверов. Имеется несколько рабочих станций, с помощью которых диспетчер и ряд служб предприятия следят за работой всей сети. Использование удаленного телеуправления на ПС 110/10 кВ «Жана Жол» обеспечивает дополнительную электробезопасность данного объекта, так как при возникновении аварийной ситуации на подстанции можно произвести отключение соответствующих выключателей непосредственно из ЦДП.

Для ПС 110/10 кВ «Жана Жол» предусматривается организация SCADA подстанции со следующим объемом телеинформации:

телеизмерения активной и реактивной мощности трансформаторов Т1, Т2 на стороне 110 кВ, 10 кВ;

телеизмерения тока на отходящих фидерах 10 кВ;

телеизмерения напряжения на шинах 110 кВ, 10 кВ;

телесигнализация положения выключателей, разъединителей и заземляющих ножей 110 кВ;

телесигнализация положения выключателей и заземляющих ножей 10 кВ;

телеуправления выключателями, разъединителями и заземляющими ножами 110 кВ;

телеуправление выключателями 10 кВ.

Для технологического и оперативного управления оборудованием по принятой электрической схеме ПС 110/10 кВ «Жана Жол» по системе SCADA на ЦДП АО «ГЭС» поступает следующий объем телеизмерений, телесигнализации и телеуправления.

Телеизмерения (ТИ):

активная мощность трансформаторов Т1, Т2 на стороне 110 кВ - 2 измерения (МВт);

реактивная мощность трансформаторов Т1, Т2 на стороне 110 кВ - 2 измерения (МВар);

активная мощность трансформаторов Т1, Т2 на стороне 10 кВ - 4 измерения (МВт);

реактивная мощность трансформаторов Т1, Т2 на стороне 10 кВ - 4 измерения (МВар);

нагрузка на отходящих фидерах 10 кВ - 60 измерений (А);

напряжение на шинах 110 кВ - 2 измерения (кВ);

напряжение на шинах 10 кВ - 4 измерения (кВ).

Телесигнализация (ТС):

положение выключателей 110 кВ - 2 ТС;

положение разъединителей 110 кВ - 6 ТС;

положение заземляющих ножей 110 кВ - 10 ТС;

положение выключателей 10 кВ - 66 ТС;

положение заземляющих ножей 10 кВ - 78 ТС;

наименование релейной защиты при аварийном отключении выключателя: 110 кВ - 8 ТС, 10 кВ - 132 ТС;

- аварийная сигнализация («земля в сети 10 кВ») - 4 ТС.

Телеуправление (ТУ):

отключение - включение выключателей 110 кВ - 2 ТУ;

отключение - включение разъединителей 110 кВ - 6 ТУ;

отключение - включение заземляющих ножей 110 кВ - 20 ТУ;

отключение - включение выключателей 10 кВ - 66 ТУ.

Весь перечисленный объем подключается к контроллеру (RTU).

Данные в реальном времени по текущим телеизмерениям поступают в RTU с измерительных преобразователей.

Обмен между SCADA подстанции 110/10 кВ «Жана Жол» и ЦДП АО «ГЭС» осуществляется по протоколу IEC-807-5-101 (104).

Согласно выше перечисленному по системе SCADA с ПС 110/10 кВ «Жана Жол» на ЦДП АО «ГЭС» будут поступать данные от 478 источников информации. Каждому источнику предоставляется отдельный канал со скоростью передачи 64 кбит/с. В телефонии принята технология PDH (плезиохронная цифровая иерархия), которая основана на первичном потоке со скоростью 2 Мбит/с (поток Е1). Каждый поток Е1 состоит из 32 каналов, причем 30 из них используются для организации телефонных каналов, а из двух один - для синхронизации блоков и другой - для передачи сигналов сигнализации. Если один поток содержит 30 каналов [6].

Для расчета количества цифровых потоков для передачи данных воспользуемся формулой:

N_{потоков} = N_ист/30, (1.1)

где N_ист - количество источников информации;

- количество информационных каналов в одном цифровом потоке.

N_{потоков} = 478/30 = 15,9 ≈ 16

Из расчета следует, что для передачи данных по системе SCADA от 478 источников потребуется 16 цифровых потоков Е1, которые будут поступать из контроллера в мультиплексор.

Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) предназначена для автоматического сбора, накопления, обработки, хранения и отображения телеметрических данных о расходе электроэнергии, поступающих в форме импульсных сигналов или посредством цифровых интерфейсов по каналам связи от средств измерений.

АСКУЭ решает следующие задачи:

потребление активной и реактивной энергии в двух направлениях;

усреднение активной и реактивной энергии по требуемым интервалам времени;

расчет максимальной средней мощности на интервале с учетом временных зон;

потребление активной и реактивной энергии за период времени;

ведение архивов информации с результатами расчетов;

поддержание единого системного времени;

передача данных в энергосбытовые и заинтересованные организации.

Целью создания АСКУЭ является обеспечение дистанционного автоматизированного учета электрической энергии региональной энергосистемы, оперативный расчет балансов, предоставление информации для коммерческих расчетов, определение технологических расходов и потерь, оперативное управление режимами энергопотребления.

Работа системы начинается со сбора данных с электросчетчиков, подключенных к точкам коммерческого учета на объектах энергосистемы через измерительные трансформаторы. Для сбора данных со счетчиков используются контроллеры. Контроллеры передают данные по каналам связи в центр сбора и обработки информации.

По своему назначению АСКУЭ можно разделить на два типа: системы коммерческого учета и системы технического учета.

Коммерческий учет - это учет потребляемой электроэнергии для денежного расчета за нее с поставщиком. Для такого учета требуется установка приборов повышенной точности.

Технический учет нужен для контроля процессов энергопотребления внутри предприятия, по всем его корпусам, цехам, энергоустановкам. Анализ показаний системы технического учета дает предприятиям ряд возможностей по сокращению потребления электроэнергии и мощности, не оказывая при этом влияния на объемы производства.

Система учета состоит из нескольких основных компонентов: счетчики электроэнергии, контроллеры, или как их называют - устройства сбора и передачи данных (УСПД), модемы, кабели и прочие приспособления для организации связи, компьютеры с установленной на них специальной программой.

Для современной цифровой системы нужны точные микропроцессорные счетчики. На коммерческий учет ставятся счетчики с высоким классом точности 0,2S и 0,5S, на технический - счетчики с классом точности 1,0. В качестве счетчиков на ПС 110/10 кВ «Жана Жол» будут использоваться цифровые счетчики Меркурий 230 производства «Инкотекс», г. Москва. Они могут учитывать по тарифам активную и реактивную энергию и мощность в двух направлениях, фиксировать максимальную мощность нагрузки на заданном интервале времени, хранить измеренные данные в своей памяти до года, измерять и некоторые параметры качества электроэнергии. Счетчики передают уже готовые данные в киловатт-часах.

Рисунок 1.1 - Цифровой счетчик Меркурий 230

Контроллер - это тоже компьютер, но в специальном промышленном исполнении для систем учета. Он предназначен не только для сбора данных со счетчиков, но и самостоятельной их обработки и передачи на верхний уровень. Контроллер позволит системе объединить решение задач как коммерческого, так и технического учета. Для сбора данных со счетчиков системы АСКУЭ на подстанции 110/10 кВ «Жана Жол» устанавливается контроллер СИКОН С1 (Россия, г. Владимир).

Рисунок 1.2 - Контроллер СИКОН С1

Контроллер предназначен для выполнения следующих основных функций:

1)  сбора, обработки, хранения и отображения информации об энергопотреблении, получаемой с многофункциональных электросчетчиков Меркурий 230;

2) ведение многотарифного учета электроэнергии;

) передачи информации по различным каналам связи на ЭВМ;

) выдачи информации на встроенный пульт оператора.

Общее количество каналов учета контроллера: не более 128-и.

Для физической реализации каналов последовательной связи контроллер комплектуется интерфейсным модулем модуль RS-485, для подключения многофункциональных счетчиков.

Контроллер поддерживает протокол V.24 - для подключения HS-совместимого модема со скоростью 9600 бит/с.

Контроллер обеспечивает автоматический переход в режим хранения информации при отключении питания и автоматический возврат в рабочий режим при восстановлении питания, с обеспечением сохранности всей имеющейся в памяти информации и непрерывной работе часов.

На ЦДП информация, принятая по системе АСКУЭ, отображается в виде мнемосхем, таблиц, графиков и диаграмм.

Для ПС 110/10 кВ «Жана Жол» предусматривается организация АСКУЭ со следующим объемом информации согласно принятой электрической схеме ПС 110/10 кВ «Жана Жол» - технологический учет активной и реактивной мощности электрической энергии силовых трансформаторов Т1, Т2 на стороне 110 кВ, 10 кВ (кВтч, кВарч);

коммерческий учет активной мощности электрической энергии на отходящих кабельных линий 10 кВ (кВтч);

показания счетчиков активной и реактивной мощности электрической энергии по всем присоединениям 110 кВ, 10 кВ (в абсолютных величинах);

учет активной мощности электрической энергии, расходуемой на собственные нужды подстанции (кВтч);

учет активной мощности электрической энергии, расходуемой на хозяйственные нужды (кВтч).

Для процесса учета электрической мощности и электрической энергии, необходимого для взаиморасчетов между Сторонами по договорам купли/продажи и передачи электрической энергии и/или мощности, основанного на показаниях приборов коммерческого учета с нормированной точностью измерений в Службу контроля за потреблением электроэнергии АО «ГЭС» с ПС 110/10 кВ «Жана Жол» поступают по АСКУЭ следующие показания счетчиков:

прием активной электрической энергии, мощности и показания счетчиков в абсолютной величине силовых трансформаторов Т1, Т2 на стороне 110 кВ - 2 точки подключения;

прием - отдача реактивной электрической энергии, мощности и показания счетчиков в абсолютной величине силовых трансформаторов на стороне 110 кВ - 2 точки подключения;

прием активной электрической энергии, мощности и показания счетчиков в абсолютной величине силовых трансформаторов Т1, Т2 на стороне 10 кВ - 4 точки подключения;

прием - отдача реактивной электрической энергии, мощности и показания счетчиков в абсолютной величине силовых трансформаторов Т1, Т2 на стороне 10 кВ - 4 точки подключения;

коммерческий учет (отдача) активной электрической энергии, мощности и показания счетчиков в абсолютной величине по отходящим кабельным линиям 10 кВ - 60 точек подключения;

учет электрической энергии и показания счетчиков в абсолютной величине на собственные нужды ПС - 4 точки подключения;

учет электрической энергии и показания счетчиков в абсолютной величине на хозяйственные нужды - 1 точка подключения.

Минимальный период времени, за который осуществляется контроль и управление режимом передачи и потребления электрической энергии и мощности, равен 15 минутам.

По АСКУЭ с ПС 110/10 кВ «Жана Жол» на ЦДП АО «ГЭС» будут приходить данные с 77 точек подключения (счетчиков). Для показаний одного счетчика выделяется канал с пропускной способностью 64 кбит/с. Количество цифровых потоков равно:

N_{потоков} = N_ист/30, (1.2)

где N_ист - количество источников информации;

- количество информационных каналов в одном цифровом потоке.

N_{потоков} = 77/30 = 2,6 ≈ 3

Для передачи информации по системе АСКУЭ потребуется 3 цифровых потока Е1.

.4.1 Расчет производительности источника информации

Система связи служит для передачи сообщений от отправителя к получателю. Однако не всякое сообщение содержит информацию. Информация - это совокупность сведений об объекте или явлении, которые увеличивают знания потребителя об этом объекте или явлении [8].

В математической теории связи исходя из того, что в некотором сообщении  количество информации  зависит не от ее конкретного содержания, а от того, каким образом выбирается данное сообщение из общей совокупности возможных сообщений.

В реальных условиях выбор конкретного сообщения производится с некоторой априорной вероятностью . Чем меньше эта вероятность, тем больше информации содержится в данном сообщении.

Количество информации определяется по формуле:

 (1.3)

где  - априорная вероятность.

Логарифм берется по основанию 2.

Одну двоичную единицу информации содержит сообщение, вероятность выбора которого равняется ½. В этом случае

дв. ед. инф. (бит).

В нашем случае будем использовать двухуровневые дискретные сигналы «1» и «0». Таким образом, алфавит двоичного источника будет состоять из двух символов, из которых можно строить более длинные комбинации, называемые кодовыми словами.

В теории информации чаще всего необходимо знать не количество информации , содержащееся в отдельном сообщении, а среднее количество информации в одном сообщении, создаваемом источником сообщений.

Если имеется ансамбль из  сообщений ,  …  с вероятностями  … , то среднее количество информации, приходящееся на одно сообщение и называемое энтропией источника сообщений , определяется по формуле:

 (1.4)

Размерность энтропии - количество информации на символ. Энтропия характеризует источник сообщений с точки зрения неопределенности выбора того или другого сообщения.

Мы имеем двоичный источник сообщений, то есть осуществляется выбор всего двух букв ():  и , с равными вероятностями . Тогда

 (1.5)

где  - вероятность «1»;

 - вероятность «0».

На выходе двоичного источника имеется устройство, которое группирует двоичные символы в кодовые слова из 8 символов. Тогда  слов (объем алфавита). В этом случае

 (1.6)

где  - количество символов в алфавите;

 - количество двоичных символов в кодовом слове.

 бит

Но на выходе кодера к восьми информационным битам добавляется 5 битов служебной информации. В этом случае алфавит источника равен  слова. Максимальная энтропия равна:

 бит

Укрупнение алфавита привело к увеличению энтропии в 13 (1,6) раз, так как теперь уже слово включает в себя информацию 13 букв двоичного источника.

Чем ближе энтропия источника к максимальной, тем рациональнее работает источник. Чтобы судить о том, насколько хорошо использует источник свой алфавит, найдем избыточность источника сообщений.

 (1.7)

где  - энтропия источника;

 - максимальная энтропия источника.

Избыточность в передаваемых сообщениях используется для повышения достоверности передачи информации.

Производительность источника определяется количеством информации, передаваемой в единицу времени. Измеряется производительность количеством двоичных единиц информации (бит) в секунду. Если все элементы сообщения имеют одинаковую длительность , то производительность

 (1.8)

где  - энтропия источника;

 - длительность импульса.

В плезиохронной цифровой иерархии длительность импульса равна 0,49 мкс.

Максимально возможная производительность дискретного источника равна:

 (1.9)

где  - максимальная энтропия источника;

 - количество символов в алфавите;

 - длительность импульса.

При укрупнении алфавита в слова по  букв, когда , длительность кодового слова равна , имеем

 (1.10)

бит/с

Увеличить производительность источника путем укрупнения алфавита нельзя, так как в этом случае и энтропия, и длительность сообщения одновременно возрастают в одинаковое число раз (n).

.5 Сравнительная оценка и выбор оптимальной линии связи

Цепь связи - проводники/волокно используемые для передачи одного сигнала. В радиосвязи то же понятие имеет название ствол. Различают кабельную цепь - цепь в кабеле и воздушную цепь - подвешена на опорах.

Линия связи (ЛС) в узком смысле - физическая среда, по которой передаются информационные сигналы аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. В широком смысле - совокупность физических цепей и (или) линейных трактов систем передачи, имеющих общие линейные сооружения, устройства их обслуживания и одну и ту же среду распространения (ГОСТ 22348).

Линия содержит одну и более цепь связи/ствол. Сигнал действующий в линии называется линейным (от слова линия).

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на: спутниковые; воздушные; наземные; подводные; подземные.

На таблице 1.1 приведены сравнительные характеристики основных видов линии связи (оптический кабель,, радиорелейные линии связи, спутниковая связь, электрический кабель.

Сравнивая характеристики различных видов линий связи (таблица 1.1) делаю вывод:

самым оптимальным считается ОК.

Выбор ОК обоснован также тем что на сети ОДС АО «ГЭС» построены на базе ОК. Оптоволоконные сети безусловно являются одним из самых перспективных направлений в области связи. Пропускные способности оптических каналов на порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля. Кроме того оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям, что снимает некоторые типичные проблемы медных систем связи. Оптические сети способны передавать сигнал на большие расстояния с меньшими потерями. Несмотря на то, что эта технология все еще остается дорогостоящей, цены на оптические компоненты постоянно падают, в то время как возможности медных линий приближаются к своим предельным значениям и требуются все больших затрат на дальнейшее развитие этого направления.

Именно поэтому мы и будем применять оптический кабель, кроме того передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю.

Таблица 1.2 - Преимущества и особенности распространения сигнала в оптическом кабеле.

. Техническая часть

Оперативно-диспетчерское управление подстанцией «Жана Жол», согласно схеме оперативно-диспетчерского управления, будет производиться оперативно-диспетчерским персоналом Центрального диспетчерского пункта АО «Городские электрические сети».

Для организации технологической и оперативно-диспетчерской связи, а также для организации передачи данных с подстанции «Жана Жол» на ЦДП АО «ГЭС» настоящим проектом предусмотреть средства диспетчерского и технологического управления (СДТУ) [4].

Проектом предусмотреть:

. Организацию цифрового потока от подстанции 110/10 кВ «Жана Жол» до диспетчерского пункта АО «Городские электрические сети» от подстанции «Левобережная» по существующему волоконно-оптического кабелю, встроенному в грозозащитный трос (OPGW) и прокладка волоконно-оптического кабеля от подстанции «Левобережная» до подстанции «Жана Жол».

. Установку мультиплексорного оборудования тира FOX-515, аналогичного мультиплексорному оборудованию, установленному на всех других подстанциях оптического кольца. В составе мультиплексора предусмотреть следующие типы портов:

оптические порты для подключения к мультиплексору оптических волокон ВОК;

2-х проводные аналоговые порты FXs для подключения аналоговых телефонных аппаратов прямой диспетчерской связи ДП ГЭС - ПС 110/10 кВ «Жана Жол»;

V.24/RS - 232 - порт передачи данных от системы SCADA (телемеханики);

V.24/RS - 232 - порты передачи данных от других информационных систем, в частности от системы АСКУЭ;

порты передачи сигналов релейной защиты.

В случае повреждения волоконного кабеля на основном направлении подстанция «Левобережная» - ТЭЦ-2 мультиплексор FOX-515 должен производить автоматическую перемаршрутизацию потоков от ПС 110/10 «Левобережная» на ДП ГЭС по резервному направлению через подстанцию «Аэропорт».

. Голосовые каналы связи от ДП ГЭС должны приниматься на подстанции «Жана Жол» автоматической телефонной станцией типа Si 2000 А 320 (Iskrateling) емкостью 32 аналоговых и 16 цифровых портов (минимальная конфигурация). АТС должна обеспечивать прием голосовых каналов связи и организацию автоматической телефонной связи подстанции «Жана Жол» с другими энергообъектами АО «Городские электрические сети».

. Цифровой телефонный аппарат, подключенный к АТС, через который обеспечить как автоматическую телефонную связь, так и прямую диспетчерскую связь от подстанции «Жана Жол» до ЦДП ГЭС.

. Соответствующие кабели для осуществления подключения к мультиплексорному оборудованию автоматической телефонной станции (АТС), системы SСADA и других информационных систем.

. Электропитание устанавливаемого оборудования должно производиться от распределительных устройств собственных нужд подстанции.

Настоящим проектом предусматривается установка щита собственных нужд, состоящего из 3-х панелей и двух аккумуляторных батарей. Нагрузка щита собственных нужд постоянного тока включает в себя питание приводов КРУЭ-110 кВ и КРУ-10 кВ, оперативный ток, цепи аварийного освещения.

. При отключении основного электропитания (~ 220 V), для обеспечения аварийного электропитания в составе мультиплексора и АТС предусмотреть собственные аккумуляторные батареи на 2 часа работы.

. Для заземления оборудования СДТУ использовать общеподстанционный контур заземления.

.2 Выбор необходимого кабеля

В соответствии с возможными применениями оптические волокна собираются в кабели, в которых обеспечивается более надежная защита от механических повреждений, а также от воздействий окружающей среды таких как влага, пыль и высокие температуры. Кроме того, в кабеле не может быть таких сильных изгибов волокон, которые привели бы к их разрыву и, следовательно, к утере сигнала. Волоконно-оптический кабель состоит из оптических волокон, силовых элементов (арматуры) и защитных оболочек. В большинстве случаев используются обычные оптические волокна. Волокна могут собираться в жгуты, которые могут быть обмотаны арамидной пряжей и заключены в оболочки. Несколько таких жгутов объединяются в одну или несколько свивок и покрываются одной общей оболочкой и, таким образом, получается кабель. Световоды в жгуте могут различаться по цвету оболочки или по ее цветовой маркировке, что позволяет легко находить нужный, особенно при большой длине кабеля, и избежать ошибки при соединении. Упрочняющие элементы могут быть в виде жил или прутков цилиндрического или специального профиля, изготовленных в основном из кевлара, хотя могут использоваться и другие полимерные материалы, а также сталь или стекловолокно, которые располагаются или в центре или по периферии кабеля. Все эти материалы применяются также для изготовления брони. Защитные наружные оболочки кабеля изготавливаются преимущественно из полимерных материалов, таких как полиэтилен, поливинилхлорид, фторопласт. При конструировании оптических кабелей учитываются величины внешних воздействий, особенно механических нагрузок, которые возникают при прокладке и эксплуатации, износоустойчивость, долговечность, гибкость, размеры, температурный диапазон и внешний вид. Следует еще раз обратить внимание на прочность волокнно-оптического кабеля, которая определяется максимально допустимыми механическими нагрузками. Прежде всего, это - кратковременные нагрузки, которые могут возникать в ходе прокладки кабеля, например, тяговое усилие при протягивании кабеля в трубах, изгибах и т.п. Их значения определяются длиной кабеля и условиями его прокладки. Хотя, механические нагрузки, которые возникает в ходе эксплуатации кабеля, - не менее важны, их величина будет, конечно же, намного меньше, чем максимальные тяговые нагрузки при прокладке. Поэтому, в ряде случаев их можно не учитывать. Поскольку возможно множество применений в различных условиях, имеется множество конструкций кабелей. Как и обычные медные кабели, могут быть волоконно-оптические кабели для прокладки непосредственно в грунте и в канализации, кабели общего назначения, кабели для воздушной прокладки (подвески), многожильные кабели с одним или несколькими жгутами, бронированные и много других. На одном объекте, как правило, возникает необходимость прокладки кабелей нескольких типов. Например, для нескольких зданий необходимы магистральные кабели для наружной прокладки (причем, кабель можно проложить по коммуникациям, непосредственно в земле или по воздуху), внутри здания - вертикальные для разводки по этажам и для разводки непосредственно по рабочим местам. Поэтому важное значение приобретает правильный выбор кабеля для реализации конкретного участка проводки в конкретном месте. Для прокладки вне помещений преимущественно используются кабели со свободным буфером различных конструкций в т.ч.: для воздушной прокладки (или подвески) - такие кабели проводятся между строениями или подвешиваются на опорах; для прокладки непосредственно в грунте, такие кабели укладываются в предварительно выкопанных канавах и, затем, засыпаются землей; подземные, которые прокладываются в трубах или кабелепроводах и подводные, включая трансокеанские. Для обеспечения необходимой прочности в них могут использоваться мощные силовые элементы нескольких типов, что позволяет избежать повреждений при протяжке в канализации, а также различная броня, которая служит надежной защитой кабеля при непосредственном вкапывании или подвеске. Поскольку стоимость таких кабелей - выше, экономия достигается за счет простоты прокладки. Для прокладки в помещениях применяются волоконно-оптические кабели с плотным буфером следующих типов: симплексные, дуплексные, многожильные и другие.

В настоящее время на сетях связи (ТфОП, корпоративных сетях) также применяются эксплуатирующиеся различные кабели отечественного и импортного производства. Ниже в таблице 1.3, будем рассматривать и сравнивать различные маркировки и виды оптических кабелей. Ниже (таблица 1.3) приведено сравнение различных видов оптических кабелей.

Таблица 2.1 - Сравнение различных видов оптоволоконных кабелей.

Исходя из данных в таблице 2.1, мы выбираем кабель марки ОКЛК, так как он используется для связи всех мультиплексоров различных подстанций. Он наиболее приемлемый и подходит по всем параметрам.

В дипломном проекте в качестве волоконно-оптического кабеля связи будем использовать кабель марки ОКЛК-01-4-20-10/125-0,36/0,22-3,5/18-7,0, состоящий из 6 волокон, так как ПС 110/10 кВ «Жана Жол» является важным энергетическим объектом, то 4 волокна будут находиться в работе, а оставшихся два волокна будут находиться в резерве. Диаметр модового поля волокна равен 9,6 мкм, диаметр оболочки - 125 мкм, длина волны равна 1,3 мкм.

Оптический кабель типа ОКЛК предназначен для магистральных, зоновых и городских сетей связи. Прокладывается в грунтах всех категорий, в том числе с высокой коррозийной агрессивностью, зараженных грызунами, в районах сыпучих грунтов и грунтовых сдвигов, кроме подверженных мерзлотным деформациям, через болота, озера, сплавные и судоходные реки глубиной до 50 метров [18].

Рисунок 2.1 - Волоконно-оптический кабель ОКЛК

Этот кабель был выбран, так как он имеет ряд преимуществ к ним можно отнести:

уникальная нераскручиваемая конструкция повива стальных проволок;

отсутствие остаточных механических напряжений;

стойкость к повышенным механическим нагрузкам;

надежная защита от повреждений грызунами;

высокая молниестойкость;

высокая стойкость к раздавливанию и ударам;

высокая надежность при эксплуатации в тяжелых условиях.

Конструкция ОКЛК, параметры и технические характеристики

волоконно-оптического кабеля ОКЛК

Рисунок 2.2 - Конструкция волоконно-оптического кабеля ОКЛК

. Оптические волокна свободно уложены в полимерных трубках (оптические модули), заполненных тиксотропным гелем по всей длине

. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) - диэлектрический стеклопластиковый пруток (или стальной трос в ПЭ оболочке), вокруг которого скручены оптические модули

. Кордели - сплошные ПЭ стержни - для устойчивости конструкции

. Поясная изоляция - лавсановая лента, наложенная поверх скрутки

. Гидрофобный гель - заполняет пустоты скрутки по всей длине

. Внутренняя оболочка - композиция ПЭ низкой или высокой плотности

. Броня - повив стальных оцинкованных проволок 1,6 мм или диэлектрических высокопрочных стержней

. Наружная оболочка - композиция светостабилизированного полиэтилена

ОКЛК - оптический кабель с центральным профилированным элементом, армированным стеклопластиковым стержнем, в пазы которого уложены оптические волокна, с гидрофобным заполнением, с промежуточной оболочкой из ПВХ пластиката и броней из стальных проволок.

Параметры и технические характеристики волоконно-оптического кабеля ОКЛК-01-4-20-10/125-0,36/0,22-3,5/18-7,0 представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Параметры и технические характеристики ОКЛК-01-4-20-10/125-0,36/0,22-3,5/18-7,0

.3 Разработка схемы организации ВОЛС на участке ПС «Жана Жол» - «Левобережная»

В связи с тем, что выход воздушной линии 110 кВ с ПС 100/10 кВ «Левобережная» из-за стесненных условий затруднен линия электропередачи 110 кВ ПС «Левобережная» - ПС «Жана Жол» выполняется кабельной линией [5]. КРУЭ-110 кВ подстанции «Жана Жол» присоединяется по двум кабельным линиям отпайкой от существующей ВЛ 110 кВ ПС 110/10 кВ «Левобережная». Подключение кабельных линий выполняется на специально разработанных конструкциях, устанавливаемых на расширяемой части ОРУ-110 кВ ПС «Левобережная». На расширяемой части подстанции возле линейных порталов 110 кВ монтируются специально разработанные конструкции, для установки кабельных муфт и ограничителей перенапряжения. Подключение кабельных линий к воздушным вводам 110 кВ на ПС «Левобережная» выполнено через разъединители типа SSB II- FM-123.

Кабельная линия выполнена однофазными кабелями с медной жилой и изоляцией из сшитого полиэтилена. Кабельная линия принята 2-х цепная с дополнительной прокладкой 1-й резервной жилы.

Протяженность кабельного участка ЛЭП 110 кВ - 4,2 км.

Началом трассы кабельной линии является ПС 110/10 кВ «Жана Жол», концом - ПС 110/10 кВ «Левобережная».

На кабельной линии применен кабель 110 кВ одножильный с медной жилой сечением 185 мм2, медным экраном сечением 50 мм2, с изоляцией из сшитого полиэтилена, гарантирующий водонепроницаемость по всей длине кабеля.

В одной траншее с кабелем 110 кВ прокладывается волоконно-оптический кабель связи.

Прокладка кабеля предусматривается в земле в железобетонных лотках с установкой между цепями кабельной линии и волоконно-оптическим кабелем связи разделительных защитных плит типа П1-8.

Проектом предусматривается запас кабеля в размере 2 %, а также предусмотрен запас кабеля на возможный перемонтаж концевых муфт в размере 5,0 м [22].

Для защиты кабелей от механических повреждений сверху кабель прикрывается железобетонными плитами типов П1-8.

Две цепи кабеля и волоконно-оптический кабель связи прокладываются в одной траншее с расстоянием между цепями 500 мм. Минимальная глубина заложения кабеля 110 кВ составляет 1,5 м. Кабели каждой цепи располагаются по вершинам треугольника впритык друг к другу и связываются смоляной лентой с шагом 1 м. Между двумя цепями прокладывается резервная фаза в железобетонном лотке. Между силовыми кабелями и волоконно-оптическим прокладывается железобетонная плита.

Волоконно-оптический кабель соединяется соединительной муфтой FOSC-400-A4. Муфта предназначена для соединения кабелей с малым количеством волокон. Максимальное количество сварочных сростков в муфте равно 48(72) , максимальная емкость кассеты для хранения транзитных волокон составляет 8 оптических модулей или 96 оптических волокон при свободной их укладке. В одной муфте может быть установлено две (три) кассеты емкостью 8 или 16 или 24 сварочных сростка. Для ввода кабеля в муфту предусмотрены: четыре круглых порта (диаметр вводимого кабеля от 5 мм до 19 мм) и один овальный порт на два кабеля (диаметр вводимого кабеля от 10мм до 25 мм).

Переход кабельной линии под инженерными сооружениями (автодорога, кабель связи) выполняется в дополнение в полиэтиленовых трубах, покрытыми сверх железобетонными плитами.

Засыпка лотков в траншее с кабелем предусматривается нейтральным песком до уровня защитных железобетонных плит. Остальной объем траншеи заполняется местным грунтом, извлеченным во время рытья траншеи. Радиус поворота кабеля принят не менее 2м.

Для обозначения кабельной трассы 110 кВ и волоконно-оптического кабеля связи на местности предусматривается установка опознавательных знаков (пикетов).

Защита от коррозии железобетонных изделий (плиты) предусматривается обмазкой мастикой БМЗЭС в два слоя.

Трасса прокладки волоконно-оптической линии представлена на листе 4.

В случае повреждения волоконного кабеля на основном направлении ПС «Левобережная» - ТЭЦ-2 мультиплексор FOX 515 произведет автоматическую перемаршрутизацию потоков от ПС «Левобережная» на ЦДП АО «ГЭС» по резервному направлению через ПС 110/35/10 кВ «Аэропорт».

.4 Выбор и обоснование трассы прокладки ВОЛС

При проектировании трактов оптической связи необходимо в первую очередь принять оптимальные решения по выбору волоконно-оптической системы передачи, типу ОК и по вопросу энергообеспечения магистрали [1].

Трассу для прокладки оптического кабеля выбирают исходя из следующих

условий:

минимальной длины между оконечными пунктами;

выполнения наименьшего объема работ при строительстве;

возможности максимального применения наиболее эффективных средств индустриализации и механизации строительных работ;

удобства эксплуатации сооружений и надежности их работ.

Проектирование кабельной трассы осуществляется следующим образом:

сначала выполняется обоснование экономической целесообразности и необходимости реализации данной конкретной линии, затем осуществляется детализация проекта по конструкциям кабелей, типам оконечных разделочных устройств, используемого активного оборудования.

Проектирование кабельной трассы делится на два основных этапа. На первом из них работа проводится с использованием технической документации, существующей кабельной канализации, коллекторов и других инженерных сооружений, трассы которых совпадают с направлением прокладки создаваемой линии.

На втором этапе проектная документация уточняется и корректируется на месте - визуальным осмотром. На этом этапе осуществляется уточнение мест расположения промежуточных и оконечных муфт.

В процессе ознакомления с трассой особое внимание должно быть обращено на сложные участки: речные переходы; пересечения автомобильных, железнодорожных и трамвайных путей, трубопроводов; прокладку кабеля по мостам, тоннелям, в заболоченных местах, на скальных и гористых участках, в населенных пунктах. На основании этих данных затем выбирают наиболее оптимальные планы прокладки ОК на различных участках трассы, детализируют технологию строительства ВОЛС, составляют календарный план производства работ по участкам с учетом трудоемкости операций, рассчитывают потребность машин и механизмов, определяют пункты возможного размещения кабельных площадок и помещений для проведения входного контроля ОК. Кроме того, решаются вопросы организации служебной связи с помощью радиостанций УКВ диапазона.

Оптические кабели могут прокладываться:

в кабельной канализации;

по техническим эстакадам;

по стенам зданий;

с подвеской на столбах.

При этом должны выполняться требования, необходимые для нормального функционирования ВОЛС.

.5 Расчет качественных показателей

Расчет параметров оптического кабеля

Расчет параметров оптического кабеля будем производить по следующему алгоритму [19]:Найдем относительное значение:

, (2.1)

где  - показатель преломления сердцевины оптического волокна;

 - показатель преломления оболочки волокна.

Рассчитаем числовую апертуру, характеризующая эффективность ввода (вывода) световой энергии в оптическое волокно и процессы их распространения в ОК.

 (2.2)

Режим работы ОВ оценивается значением обобщенного параметра, называемого нормированной частотой. Расчет нормированной частоты производится по формуле:

, (2.3)

где  - радиус сердцевины ОВ, мкм;

 - длина волны, мкм;

 - числовая апертура.

Так как , то режим работы ОВ одномодовый.

Критическая частота:

 [Гц], (2.4)

где ;

 - скорость света;

 - диаметр сердцевины ОВ, мкм;

 - числовая апертура.

Гц

Критическая длина волны:

 [мкм], (2.5)

где ;

 - диаметр сердцевины ОВ, мкм;

 - показатель преломления сердцевины ОВ;

 - числовая апертура.

мкм

Важнейшим параметром световода является затухание передаваемой энергии. Существуют две главные причины потерь в световодах: поглощение и рассеяние энергии. Потери на поглощение состоят из собственного поглощения и поглощения из-за наличия в стекле ионов металлов переходной группы Fe2+, Cu2+, Cr3+ и ионов ОН-. Собственное поглощение наблюдается в ультрафиолетовой (обусловлено электронными полосами поглощения) и инфракрасной (обусловлено колебательными полосами поглощения в компонентах, входящих в состав стекла) областях спектра.

Потери энергии на поглощение:

 [дБ/км], (2.6)

где  - показатель преломления сердцевины ОВ;

;

 - длина волны.

 дБ/км

Потери на рассеяние:

 [дБ/км], (2.7)

где ;

 - длина волны.

 дБ/км

Общие потери равны:

, (2.8)

где  - потери энергии на поглощение, дБ/км;

 - потери энергии на рассеяние, дБ/км.

 дБ/км

Дисперсия - рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Дисперсионные искажения имеют характер фазовых искажений. При работе ЦСП они выражаются в уширении передаваемых импульсов и, как следствие, - в ограничении пропускной способности ОК.

Рассчитаем дисперсию ступенчатого световода при  км:

 [нс], (2.9)

где  - показатель преломления сердцевины ОВ;

 - относительное значение;

 = длина линии, км;

 - скорость света.

нс

Полоса пропускания:

 [МГц], (2.10)

где  - дисперсия ступенчатого световода.

 МГц

Границы изменения фазовой скорости:

 км/с

 км/с

Границы изменения волнового сопротивления:

 Ом

 Ом

Рабочая нормированная частота определяется из выражения:

 (2.11)

где d - диаметр сердечника, мкм

- рабочая длина волны, мкм

Подставляя значения в формулу (3.2), получим:

Число мод определяется следующим образом. Для световода с параболическим профилем преломления показатель степени, определяющий изменения показателя преломления сердцевины волокна, который равен 1,482. Тогда определим число мод в световоде по формуле:

 (2.12)

где q - показатель преломления сердцевины волокна

Фазовую скорость распространения волны определим из выражения:

 км/с (2.13)

где С - скорость света, км/с

 км/с.

в области более высоких частот:

 км/с, (2.14)

  км/с.

Время распространения энергии по световоду определяют из выражения (на 1 км длин оптического кабеля);

 (2.15)

Подставляя значение , получим

Волновое сопротивление волоконного световода может быть определено на основе выражений для электрического Е и магнитного Н полей.

 или (2.15)

Такое выражение получается довольно сложным, поэтому пользуются при расчетах предельными волнового сопротивления сердечника  и оболочки

где Ом - Волновое сопротивление идеальной среды,

и - коэффициенты преломления сердечника и оболочки. Тогда волновое сопротивление при критической частоте;

 Ом (2.16)

где в области более высоких частот

 Ом(2.17)

Найдем критический угол qс, при котором еще выполняется условие полного внутреннего отражения:

3. Рабочая документация

.1 Описание и расчет мультиплексорного оборудования

Для организации каналов связи на ПС 110/10 кВ «Жана -Жол», как и на всех подстанциях АО «ГЭС», используется современный телекоммуникационный мультиплексор FOX 515 производства ТОО «АВВ Энергосвязь», Россия, который построен на платформе FOX 515.

Платформа FOX 515 - это высокоэффективная телекоммуникационная система для энергетических компаний, объединяющая PDH и SDH технологии в одном оборудовании.

Рисунок 3.1 - Внешний вид мультиплексора FOX 515

515 обеспечивает полный спектр современных средств связи таких как SDH, V 5.2, ISDN и устройств доступа к сети Интернет.

Эта платформа предназначена для использования, как ведомственными сетями, так и крупными телекоммуникационными компаниями.515 является высокоэффективной интегрированной коммуникационной платформой, в рамках которой можно выполнять передачу команд РЗ и ПА, передачу данных систем SCADA и АСКУЭ, дискретных сигналов управления, сигналов речи, организовывать межмашинный обмен и обмен телемеханическими данными, работать со многими другими видами и источниками информации.

Система FOX 515 пригодна для построения сетей абонентского доступа, основанных на применении оптических кабелей. Система передачи FOX 515 может использоваться при строительстве линий связи большой протяженности и сетей кольцевой топологии.

Возможности платформы:

сочетание PDH и SDH технологий в одном мультиплексоре;

мощный механизм кросс-коммутации, обеспечивающий высокую надежность;

передача речи и данных по ВОЛС на расстояния до 120 км без повторителей;

"1+1" резервирование сигналов, путей и сред передачи;

удаленное конфигурирование и мониторинг;

использование в высокоскоростных приложениях (ЛВС, видеонаблюдение, ISDN);

информационная емкость PDH кросс коммутатора - 128х2 Мбит/с (Nх64 Кбит/с и 2 Мбит/с), SDH -4 х VC4;

возможность одновременной обработки сигналов STM-1 (155 Мбит/с) и сигналов PDH, начиная с 64 Кбит/с;

программа управления;

возможность резервирования всех основных модулей системы;

совместимость со всеми устройствами серии FOX.

Функциональные характеристики:

модульное исполнение, позволяющее создавать универсальные сетевые элементы;

интерфейсы для речевых каналов и передачи данных;

возможность передавать STM-1 фреймы и, следовательно, возможность обеспечивать емкость цифровых потоков от 64 кбит/с до STM-1 в одном устройстве;

встроенные V5.x интерфейсные функции;

до 240 аналоговых или до 112 ISDN телефонных интерфейсов;

встроенное линейное терминальное оборудование и передающие интерфейсы;

встроенный канал управления (ECC) для улучшенной управленческой связи;

диагностические функции (для кросс-коммутации, синхронизации и передачи данных);

передача по меди и оптике;

передаче по медным и оптическим кабелям со скоростями до 2 , 8 и 34 Мбит/с;

встроенные функции SDH транспорта (STM-1 оптический и электрический);

FOX 515 поддерживает удаленную конфигурацию и загрузку системного программного обеспечения;

возможна установка дублирующих модулей источника питания и центрального процессора;

стандартная 19” или ETSI стойка с 21 слотами для карт;

естественное охлаждение;

FOX 515 удовлетворяет стандартам электромагнитной совместимости.

Система FOX 515 содержит 19-дюймовый субстатив с 21 посадочным слото-местом для блоков трафика, управления и питания.

Основные технические характеристики FOX 515 представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Основные технические характеристики FOX 515

Системная архитектура FOX 515

Для удовлетворения требований, предъявляемых к высокоскоростным интерфейсам трафика, к повышенной емкости коммутации внутреннего трафика и к совместимости с существующими блоками трафика, в системе FOX 515 были реализованы две различные шины трафика данных:

PBUS;

UBUS.

. Шина PBUS - это шинная структура для сигналов трафика различного формата с CAS и без нее. PBUS обеспечивает неблокирующееся кросс-соединение с эквивалентной емкостью в 128 х 2 Мбит/сек для сигналов трафика с CAS и без нее. PBUS допускает кросс-соединение для сигналов трафика 2 Мбит/сек и n x 64 кбит/сек [13].обеспечивает цифровые кросс-соединения для уровней DXC 1/1 и 1/0. Кросс-соединение 1/1 системы FOX 515 допускает "прозрачную в отношении битов и тактовых сигналов" коммутацию структурированных и неструктурированных сигналов 2 Мбит/сек. Все типы кросс-соединений могут быть двунаправленными, однонаправленными или широковещательными, а также с функцией резервирования.состоит из 32 + 1 физических шинных линий со скоростью передачи 16384 кбит/сек каждая. 32 линии PBUS доступны для сигналов трафика. Остающаяся шинная линия используется для диагностики и других системных целей, но для сигналов трафика (полезной нагрузки) недоступна. Каждая линия PBUS переносит 4 х 2 Мбит/сек сигналов трафика и соответствующую сигнальную информацию в дополнительных TS.

Архитектура PBUS обеспечивает линейный доступ к шине. Любая плата PBUS может считывать с PBUS всю информацию, но производит запись только в одну (или более) подсоединенных линий PBUS.

Доступ к PBUS устанавливается через специфичную схему приложения, которая, среди прочего, управляет записью в 1 линию PBUS соответствующих сигналов трафика 4 х 2 Мбит/сек и соответствующей сигнальной информации.

Поскольку кросс-соединение распределяется по PBUS, эти соединения устойчивы к отказам единичных пунктов. В ряде случаев кросс-соединение остается работоспособным даже при выходе из строя процессорной платы. Вследствие этого системы доступа FOX 515 обеспечивают высоконадежное и экономичное кросс-соединение.

Все платы с объемами трафика 2 Мбит/сек и выше имеют доступ к PBUS. PBUS подсоединяется ко всем гнездам субстатива, кроме гнезда 21. Доступная емкость PBUS зависит от типа процессорной платы COBU<X>.

. Шина UBUS обеспечивает полную пропускную способность шины, равную 8 х 2 Мбит/сек. Пропускная способность реализации UBUS в системе FOX 515 остается одинаковой и для сигналов с CAS, и для сигналов без нее. Доступ к UBUS осуществляется на уровне n x 64 кбит/сек [14].

Реализация шины UBUS подразделена на левою и правую подшины, состоящие из четырех трактов 2 Мбит/сек.является дополнением к PBUS. Доступ к PBUS реализуется в блоке управления COBU<X> отдельно для трактов левой и правой подшин. Кросс-соединения трафика UBUS устанавливаются через PBUS. Число доступных трактов UBUS зависит от реализации процессорной карты.не только определяет структуру сигналов трафика, но также содержит стандартные каналы для взаимодействия процессоров, системы синхронизации и шин питания. Все карты, реализованные в системе FOX 515, имеют доступ, по меньшей мере, к этому перечню сигналов.

Управление системой FOX 515 основано на процессорах процессорной платой и на процессорах периферийных платах (карт трафика). Такая децентрализованная обработка позволяет, если это требуется, контролировать несколько функций (контроль над платами и контроль над интерфейсами трафика). Для связи между процессорной платой и периферийными платами процессоры используют специализированные каналы связи (mLAN, ICN).

Система управления реализована с использованием процессорных плат COBU<X> [15]. Централизованное управление обеспечивает:

управление конфигурированием NE;

контроль над эксплуатацией системы;

управленческую связь;

синхронизацию;

мониторинг производительности системы.

Плата процессора поддерживает копии ESW, работающего в платах с загружаемым программным обеспечением, и контролирует инсталлирование такого ESW в платах. Вся информация о конфигурации системы/платах хранится и управляется с помощью базы управленческих данных. В случае продублированного процессорной платы управленческая база данных резервной платы постоянно обновляется.

Дополнительные функции, такие как доступ к UBUS, синхронизация, диагностика также реализованы в процессорной плате, но не являются непосредственной частью централизованного управления.

Связь между процессорной платой и процессорами периферийных блоков устанавливается через 2 различных структуры внутренней связи. В зависимости от типа платы, для обслуживания плат PBUS и SBUS используется канал ICN, а для обслуживания блоков UBUS - канал mLAN.

.1.1 Синхронизация и тактовые сигналы системы

Система FOX 515 обеспечивает PETS (PDH Time Stamps) и SETS (SDH Time Stamps) для NE с интерфейсами STM-1. Функция SETS реализована в магистральных платах STM-1. Основная часть системы синхронизации PETS и блока контроля тактовых сигналов реализована в процессорных платах COBU<X>.

Тактовые сигналы 6.3 Управление системой FOX 515 генерируются и распределяются по специализированным линиям синхронизации, встроенным в физическую структуру UBUS и PBUS соответственно. Платы трафика обеспечивают тактовые сигналы для линий синхронизации, сконфигурированных по время ввода системы в эксплуатацию. Процессорная карта содержит интерфейсы для ввода тактовых сигналов из внешнего оборудования и их вывода в таковое.может синхронизироваться входящими сигналами трафика (т.е. тактовый сигнал извлекается из сигналов трафика) или сигналами 2 Мбит/сек, поступающими на разъемы внешних тактовых сигналов. В случае неисправности обоих источников, система доступа синхронизируется своим внутренним источником (источниками) тактовых сигналов (источник(и) синхронизации: PETS (и SETS)).

Алгоритм выбора и предоставления тактовых сигналов является программируемым. Это позволяет предотвращать потерю синхронизации и избегать возникновения "закольцованной" синхронизации.

Система FOX 515 поддерживает резервирование PETS и SETS.

.1.2 Источник питания

Для работы системы FOX 515 требуется только один первичный источник питания. Все напряжения, необходимые для работы системы, генерируются в субстативе.

Источник(и) питания преобразует первичное напряжение во внутреннее напряжение питания +5/-5 В, постоянное, необходимое для работы блоков. Преобразованное напряжение распределяется по блокам с помощью шин питания, встроенных в физическую структуру UBUS. Номинальное первичное напряжение питания составляет -48В или -60В.

Существует возможность защиты локального источника питания с помощью дополнительных блоков преобразования в конфигурации от n + 1 до подлинной 1 + 1. Все блоки преобразования напряжения реализованы так, чтобы работать с разделением нагрузки.

3.1.3 Описание плат мультиплексора FOX 515

Неотъемлемой частью мультиплексора является центральная плата и плата питания. Комплектация мультиплексора остальными платами осуществляется в зависимости от конкретного применения данного мультиплексора.

Мультиплексор FOX 515 на ПС 110/10 кВ «Жана Жол» будет укомплектован следующими платами.

3.1.4 Процессорная плата COBUX

Средства управления системой реализованы в плате управления (COBUX). COBUX представляет собой блок управления для многофункциональной системы доступа FOX 515 [15].

Процессорная плата COBUX содержит высокопроизводительное процессор и использует загружаемое в него программное обеспечение (ESW). Основная задача этой платы - техническое обслуживание базы данных NE (MIB), содержащей информацию о конфигурации NE и обо всем загруженном в него ESW. Кроме того, процессорная плата выполняет важные вспомогательные функции:

кросс-коннект до 128х2Мбит/с;

хранение конфигурации в внутренней базе данных;

контроль коммуникации с интерфейсными платами и пользователем через сервисный интерфейс;

мониторинг всей системы и выдача аварийных оповещений;

синхронизация;

создание аналоговых конференций;

источник тактирования и синхронизации для PDH домена (PETS) для сетевого элемента;

конфигурирование периферийных плат;

ведение списка неисправностей сетевого элемента и журнала регистрации аварий/событий;

доступ для локального и удаленного управленческого доступа при помощи UNEM;

загрузка программного обеспечения для встроенных программных средств (ESW);

автономный запуск сетевого элемента после пропадания питания;

защита оборудования 1+1;

доступ UBUS - PBUS;

цифровая кросс-коммутация UBUS;

контроль доступа к PBUS;

встроенная функция центральной диагностики;

способность выводить информацию об аварийном состоянии сетевого элемента;

генерирование измерительных импульсов 12 кГц или 16 кГц;

управленческий доступ к ЕСС.

Функциональная блок-схема COBUX представлена на рисунке 3.2

Рисунок 3.2 - Функциональная блок-схема COBUX

Система FOX 515 допускает реализацию дублирующего процессорной платы. Эта плата работает в режиме горячего резерва. В случае неисправности активной платы, дублирующая берет на себя управление системой.

Данные о конфигурации и MIB, хранимые в резервной процессорной плате, постоянно обновляются, оставаясь тождественными информации, хранимой в основной процессорной плате. Вследствие этого, резервная процессорная плата может брать на себя управление системой, используя дубликат базы данных.

В субстативе системы FOX 515 для главной и резервной процессорной плат отводятся два слото-места. Если резервирование не реализуется, одно слото-место может использоваться для другой платы.

3.1.5 Плата питания POSUММ представляет собой плату питания для мультиплексора FOX 515 [16]. Она преобразует внешнее напряжение -48 В, постоянное, во внутренние напряжения питания NE +/-5 В, постоянное. Плата питания не имеет специфической шины, поскольку она не осуществляет доступа к внутренним шинам трафика и не обладает собственным процессором.

Структурная схема платы POSUМ представлена на рисунке 3.3

Рисунок 3.3 - структурная схема платы POSUМ

Система FOX 515 позволяет одновременно использовать в субстативе несколько плат питания, в зависимости от реализованных в ней плат и требований к резервированию блока питания. Платы питания работают параллельно, разделяя между собой нагрузку. Такое разделение означает, что индивидуальные платы испытывают меньшую нагрузку, а это повышает надежность.

В плате питания входное напряжение прерывается, понижается, выпрямляется и стабилизируется для создания выходного напряжения +5 V и -5 V.

Плата POSUМ занимает 1 слот в кассете. Она может быть установлена в любой слот, за исключением 11. Слот номер 12 не доступен для использования в кассетах с защитой платы управления. Плату питания предпочтительно устанавливать в слото-место 21. Нельзя устанавливать POSUS в слот, если в расположенном рядом справа слоте реализован блок SUB<XX>.

Технические характеристики платы питания POSUM приведены в таблице 3.2

Таблица 3.2 - Технические характеристики платы POSUM

.1.6 Интерфейсная плата 10BaseT - LAWA4

Плата LAWA4 - является платой PBUS и имеет прямой доступ к PBUS и, стало быть, к кросс-соединению [13]. Она обеспечивает доступ LAN - WAN с общей максимальной пропускной способностью в 4 Мбит/с. Название платы соответствует ее функции. На передней панели расположен интерфейс 10BaseT для доступа к ЛВС (LAN). Разъем PBUS на плате обеспечивает доступ к WAN с 2 x 2Мбит/с индивидуальными битовыми потоками.

Плата LAWA4 контролируется m-процессором и обладает средством загрузки программного обеспечения (ESW).

Основная функция платы LAWA4 заключается в маршрутизации кадров данных между сетями WAN, которые имеют доступ к PBUS, и локальными ЛВС, подключенными к этим WAN. Плата LAWA4 занимает 1 слот в кассете FOX 515 и может быть установлена в любой слот, за исключением 11, который зарезервирован для платы управления COBUX, и слота 21, которая не имеет доступа к PBUS.

Для подключения интерфейса 10BaseT к компьютеру используется стандартный кросс-кабель Ethernet с RJ-45, 8-контактным разъемом «мама» с обеих сторон.

Плата не содержит компоненты, требующие обслуживания. Для упрощения процедуры обращения с платой в микропрограммном обеспечении были реализованы две дополнительные функции:

данные инвентаризации;

загрузка микропрограммного обеспечения.

Функциональная схема платы LAWA4 представлена на рисунке 3.4

Рисунок 3.4 - Функциональная схема платы LAWA4

.1.7 Абонентская интерфейсная плата SUBH3

Плата SUBH3 превращает FOX 515 в узел доступа предоставления телефонных услуг с высокой концентрацией портов за счет эффективного использования современных электронных компонентов.

Плата SUBH3 предоставляет аналоговые порты (POTS) с расширенными возможностями для обеспечения взаимодействия традиционных телефонных абонентов с современными сетями связи. Универсальные линейные окончания поддерживают требования и стандарты различных стран.

Плата SUBH3 занимает один слот и предоставляет 30 абонентских линий.

Проинтегрированные в плате функции линейного тестирования позволяют удаленно определять качество абонентского шлейфа.

Технические характеристики платы SUBH3 приведены в таблице 3.3

Таблица 3.3- Технические характеристики платы SUBH3.

Управление платой SUBH3, как и другими функциями и компонентами платформы FOX 515 интегрированы в системе управления UNEM, что позволяет операторам работать в едином пространстве, ускоряя и упрощая обеспечение всего процесса предоставления современных услуг.

.1.8 Оптическая интерфейсная плата TURON, оптическая система передачи данных, является частью многофункциональной платформы FOX 515, разработанная для транспортировки четырех потоков 2 Мбит/с по одномодовым или многомодовым оптическим волокнам. TUPON используется для соединения удаленных устройств, учрежденческих телефонных станций (PBX) и базовых станций в сетях мобильной связи, в компьютерных сетях или в смешанных приложениях.

Таблица 3.4 - Технические характеристики TUPON

В плате TUPON собирается вся информация со всех плат и преобразуется в оптический сигнал, предназначенный для передачи по волоконному кабелю. Каждая плата TUPON способна преобразовать 4 потока Е1 в 8 Мбит/с оптический поток.

.1.9 Универсальная плата передачи данных DATAS

Универсальная плата передачи данных, мультиинтерфейс - DATAS. Предназначен для передачи данных систем SCADA и АСКУЭ в количестве n x 64 кбит/с. Опции:

резервирование 1 + 1;

вторичное мультиплексирование;

точка-многоточка;

мониторинг работы;

поддерживает разные виды интерфейсов (V.35, V.24/V.28, X.24/V.11, RS232, Ethernet).

Технические характеристики платы DATAS приведены в таблице 3.5

Таблица3.5 - Технические характеристики платы DATAS

.2 Принцип организации мультиплексирования

Мультиплексор FOX 515 позволяет собирать все типы информации (телефония, данные, видео и др.). Расстояние между точками доступа без использования регенераторных секций может достигать 100 км.

Интерфейсные платы DATAS и SUBH3 обеспечивают подключение потоков данных систем SCADA и АСКУЭ, а также потоков межстанционной связи. В плату TUPON собирается вся информация со всех плат и преобразуется в оптический поток, предназначенный для передачи по волоконному кабелю. Каждая плата TUPON способна преобразовать 4 потока Е1 в 8 Мбит/с оптический поток. На входе и выходе этих потоков применяется линейное кодирование MCMI, входной импеданс - 120 Ом для симметричного входа, или 75 Ом для несимметричного входа.

Платы мультиплексора совместно с процессорной платой служат для формирования и управления полезной нагрузкой. Они управляют операциями ввода/вывода каналов доступа, мультиплексированием и внутренней коммутацией потоков, производят сортировку, формируют полезную нагрузку и передают ее на интерфейсы линейных карт [17].

Оптическая интерфейсная плата обеспечивает либо электрический интерфейс в соответствии с рекомендацией G.703 с типом линейного кодирования на входе и выходе МCMI, либо оптический интерфейс в соответствии с рекомендацией G.957 для двух значений длин волн: 1310 нм и 1550 нм. Тип используемого лазера определяет возможную длину линии передачи. При длине волны 1310 нм протяженность линии будет иметь среднее значение до 60 км, а длина волны 1550 нм используется для линий связи с большей протяженностью - до 100 км. В качестве источника света на передающей стороне применяется лазерный диод с вертикальной резонаторной плоскостью и излучающей поверхностью. На приемной стороне в качестве преобразователя оптического сигнала в электрический используется PIN-диод. В случае неисправности канала оптический передатчик отключается в соответствии с правилами безопасности стандарта IEC 825 и рекомендации G.958. Интерфейс может иметь переключаемое резервирование по схеме 1+1.

Информация о неисправностях, работе и конфигурации системы, а также последовательности действий удаленного оператора передаются на оконечное оборудование сетевого менеджера с помощью встроенного канала связи (ЕСС) со скоростью передачи 192 кбит/с. Использование этого служебного канала позволяет подсоединить оборудование к централизованной системе управления сетью и передавать служебную информацию по волоконно-оптической линии связи. Этот канал также предназначен для служебной связи, подключаемой к оборудованию через интерфейс V.11 и обеспечивающей цифровой синхронный канал со скоростью 64 кбит/с или асинхронный со скоростью 9,6 кбит/с. Канал служебной связи имеет защиту по схеме 1+1.

.2.1 Расчет плат мультиплексора FOX 515

Конфигурация FOX 515 зависит от наполнения субстатива, который имеет 21 слот-место для подключения различных типов плат.

Каждый субстатив имеет центральную плату управления и плату питания, а также их резервный комплект.

Для осуществления управления мультиплексором системой администрирования UNEM необходима одна интерфейсная плата 10BaseT - LAWA4.

Данные с контроллеров систем SCADA и АСКУЭ поступают в универсальную плату передачи данных DATAS. Для сбора 16 потоков Е1 системы SCADA и 3 потоков Е1 системы АСКУЭ потребуется 1 универсальная плата передачи данных.

В мультиплексор приходит 22 потока Е1 (16 Е1 - SCADA, 3 Е1 - АСКУЭ, 3 Е1 - потоки межстанционной связи). Все эти потоки поступают в оптическую интерфейсную плату TUPON. Каждая плата TUPON преобразовывает 4 потока Е1 в 8 Мбит/с оптический поток. Для преобразования 22 потоков Е1 нам потребуется

 оптических плат.

.2.2 Расширение оборудования ПС 110/10 кВ «Левобережная»

Проектом предусмотрена организация цифрового потока от ПС 110/10 кВ «Жана - Жол» до ЦДП АО «ГЭС» от ПС 110/10 кВ «Левобережная». Поэтому для транспортировки цифрового потока ПС 110/10 кВ «Жана Жол» на ПС «Левобережная» необходимо расширение оборудования FOX 515.

На ПС «Левобережная», как и на проектируемой подстанции, все цифровые потоки данных преобразуются в оптический 8 Мбит/с поток платой TUPON. Для транспортировки цифрового потока с ПС «Жана - Жол» на ПС «Левобережная» необходимо установить такое же количество плат TUPON, как и на проектируемой подстанции. На ПС «Левобережная» формируется общий оптический поток данных, который по волоконно-оптической линии связи передается на ТЭЦ-2, а затем по РРЛ в ЦДП АО «ГЭС».

3.2.3 Спецификация оборудования FOX 515

Таблица 3.6 - Спецификация оборудования FOX 515

Расположение оборудования FOX 515 в субстативе

Система FOX 515 - это система доступа с модульными функциями и средствами.

Большинство функциональных блоков реализованы в модулях системы. По большей части, платы связаны с определенным типом интерфейса или функционального блока. Некоторые из плат (например, процессорная) обеспечивают физическую платформу для реализации нескольких функциональных блоков.

Субстатив обеспечивает электрическую и механическую инфраструктуру для работы всех плат и блоков системы FOX 515. Субстатив гарантирует взаимосоединение карт через шинные структуры и обеспечивает интерфейс для источника постоянного напряжения.

Субстатив поддерживает управление инвентаризационными данными.

Все кабели, подсоединяемые к системе FOX 515, фиксируются в кабельном лотке. Хотя кабельный лоток является отдельным блоком (что облегчает монтаж), он является интегральной частью основного механического оборудования системы. Субстатив всегда монтируется вместе с кабельным лотком.

Субстатив системы FOX 515 размещается в 19-дюймовых стативах и содержит 21 слото-место.

Притом, что с механической точки зрения все слото-места идентичны, они отличаются в отношении доступа к шинам. Для каждой шины можно идентифицировать сегменты из нескольких слото-мест с идентичным доступом к шине. Реализация модулей трафика в слото-местах ограничивается главным образом доступом к шине. Процессорные модули могут устанавливаться только в специальные слото-места. Преобразователь напряжения может устанавливаться в любое слото-место субстатива.

.2.4 Система администрирования UNEM

Управление мультиплексором FOX 515 на ПС 110/10 «Жана - Жол», как и мультиплексорами на других подстанциях выполняется с помощью системы администрирования UNEM. Наличие платформы администрирования позволяет выполнять как функции сетевого администрирования, так и функции управления элементами.

Система администрирования UNEM - элементное и сетевое управление, устанавливаемое на рабочих станциях и серверах. UNEM работает на станциях от HP, и управляет средними и большими сетями построенными на платформе FOX 515.предоставляет графическую структуру сети со стандартными свойствами сетевого управления. Поддерживает распределенное управление для реализации различных задач.

Ключевые функции системы администрирования UNEM:

управление авариями;

управление конфигурациями;

управление представлением ресурсов;

Security Management;

сетевая синхронизация;

системное администрирование;

мониторинг событий и диагностика;

управление авариями от внешних элементов сети;

распределенная установка;

полуавтоматическая настройка соединений.

Можно выделить две составляющие системы UNEM (рисунок 3.5)

Рисунок 3.5 - Система UNEM

Basic package - предоставляет графическую структуру сети. Обеспечивает основные функциональные возможности для управления элементами сети, сосредотачиваясь на управлении физическими объектами. UNEM не предназначен для выполнения биллинговых функций, и полных функций управления.

Функции UNEM Basic Package:

графическое представление сети;

управление конфигурациями, которое подразумевает;

управление авариями;

управление представлением: инициализация мониторинга за элементами сети;

безопасность. Networking package - обеспечивает функциональные возможности для организации сети и непрерывной конфигурации маршрутов. Предоставляет средства для управления безопасностью и разграничением доступа, различные классы и права доступа.Позволяет операторам создавать полуавтоматический 2 Мбит/с, 8 Мбит/с, VC12 и VC3 маршруты между узлами FOX. Поддерживает полуавтоматическое создание n x 64 кбит/с и 2 Мбит/с кругооборотов между двумя конечными точками в сети.

Система FOX 515 содержит F- и Q1-интерфейсы для локального и выносного управленческого доступа. В дополнение FOX 515 предоставляет Qх-интерфейс. Это интерфейс Ethernet, позволяющий осуществлять управленческий доступ через LAN.

Для выносного управления NE с помощью UNEM система FOX 515 предоставляет ECC (встроенный канал связи). ECC - это высокопроизводительный канал передачи данных FOX 515 c полосой от 16 кбит/с до 576 кбит/с, который позволяет реализовывать разнообразные сети передачи для управленческой связи в системе FOX 515. Каналы ECC организованы с использованием стандартных протокольных стеков.

Управление мультиплексором системой администрирования UNEM осуществляется с помощью интерфейсной платы LAWA4.

3.3 Прокладка кабеля в телефонной канализации

Процесс прокладки оптического кабеля в телефонную канализацию производится, как правило, в свободные каналы диаметром 100 мм. в асбестоцементные, бетонные трубы или в субканалы, образованные предварительно затянутыми в основной канал полиэтиленовыми трубами с внутренним диаметром 32 мм. Наиболее часто применяются трубы из полиэтилена низкого давления ПНД-32. В свободный канал диаметров 100 мм. одновременно может быть затянуто 3-4 субканала.

Отличие технологий прокладки в телефонной канализации оптических и электрических кабелей заключается в том, что усилие тяжения оптического кабеля при прокладке не должно превышать допустимого растягивающего усиления, а также не допускается кручение кабеля. Тяжение должно осуществляться одновременно за оболочку и армирующие элементы оптического кабеля.

Процесс прокладки ОК в телефонную канализацию состоит из двух этапов: подготовительного и затягивания кабеля в канал (прокладка).

Подготовительный этап включает в себя входной контроль кабеля на кабельной площадке, группирование строительных длин и подготовку телефонной канализации. Входной контроль заключается в общем, осмотре кабеля и измерения параметров, контроль которых предусмотрен руководящими документами на строительство линий ГТС. Группирование строительных линий кабеля производится из соображений прокладки на одном регенерационном участке идентичных по параметрам кабелей и соответствия строительных длин расстояния между смотровыми устройствами. Строительные длины группируются по затуханию, при необходимости - по апертуре и отклонениям от геометрических параметров световодов.

Подготовка кабельной канализации производится в соответствии с общими нормами и способами, существующими для линейных сооружений ГТС: каналы проверяются, и в них затягивается стальной канат или проволока.

Применяются три варианта прокладки оптического кабеля в кабельную канализацию: в свободном канале; в субканалах; в частично заполненных другими кабелями каналах.

Каждый вариант подготовки канализации и процесса затягивания кабеля в каналы несколько отличаются. Первый вариант - наиболее простой и надёжный как при прокладке, так и в эксплуатации. Кабель в этом случае менее всего подвержен механическим нагрузкам.

Однако использование канала для одного кабеля экономически не выгодно. Второй вариант прокладки также обеспечивает качественную прокладку под канал и большую надёжность в эксплуатации. Разделение канала на под каналы (субканалы) позволяет прокладывать кабели без воздействия на уже проложенные. Недостатки этого варианта - малый коэффициент заполнения кабельного канала и дополнительные затраты на подготовку канализации (стоимость полиэтиленовых труб, затраты на затягивание в каналы труб и т.п.). Из-за них данный вариант может оказаться экономически неэффективным.

Наиболее приемлемым является третий вариант прокладки, при условии улучшения со временем механических и эксплуатационных характеристик кабелей и прокладки в одном кабельном канале только оптических кабелей. Общее количество кабелей, прокладываемых в одном канале канализации, не должно превышать трёх, а суммарная площадь сечения этих кабелей не должна превышать 20-25 % площади сечения канала.

Перед началом работ по прокладке кабеля производится подготовительные работы, состоящие в очистке кабельных колодцев от воды грязи, вентиляции для очистки их от светильного и болотного газов, которые могут скапливаться в колодцах, а также в подготовке канала канализации к протягиванию кабеля.

По окончании подготовительных работ производят группирование строительных длин кабелей, составляют укладочную ведомость и записывают в нее номера смотровых устройств, через которые прокладывают конкретные строительные длины оптического кабеля. Производят подготовку трассы прокладки: устаивают ограждения по трассе, подготавливают колодцы и заготовляют каналы.

Затягивание в канал оптического кабеля не отличается от затягивания электрических кабелей. Затягивание кабеля в свободные каналы осуществляется при помощи стальных тросов диаметром 5-6 м. В занятые каналы кабели затягиваются при помощи пеньковых или стальных тросов в полиэтиленовых штангах. При протягивании кабеля чулок уменьшается в диаметре, плотно охватывает кабель. Между тросом и чулком устанавливается компенсатор кручения, который предохраняет кабель от скручивания вокруг своей оси. Таким образом всю нагрузку при прокладке канализации воспринимают эти элементы кабеля, а стеклянные волокна не испытывают растягивающих усилий. Для предохранения оболочки кабеля от повреждений о край канала, кабель на входе в колодец пропускают через гибкую стальную трубу.

Оптические кабели, как правило изготавливаются строительными длинами не менее 2 км, поэтому они прокладываются транзитом через несколько колодцев кабельной канализации. На относительно прямолинейных отрезках можно транзитом затягивать кабель длиной до 1 км, на трассе, имеющей большое количество поворотов, строительную длину следует сокращать до 500 м.

При затягивании оптического кабеля вручную скорость прокладки может составлять 5 -7м/мин. Процесс затягивания должен осуществляться равномерно, без резких рывков и остановок, с соблюдением минимально допустимого радиуса изгиба кабеля.

После прокладки оптический кабель выкладывают по форме колодцев и укладывают на консоли, где закрепляют с помощью липкой ленты или мягкой проволоки.

Работы при прокладке оптического кабеля ГТС в кабельной канализации выполняются комплексной бригадой в составе:

ст. инженер - 1,

инженер-измеритель - 1,

инженер - 1,

монтажник связи шестого разряда - 1,

монтажник связи пятого разряда - 1,

монтажник связи четвёртого разряда - 2.

Для обеспечения оперативной связи между рабочими при производстве работ воспользуемся услугами транковой и радио связью с применением оборудования фирмы Моторола.

.3.1 Монтаж оптического кабеля

Монтаж оптических кабелей является наиболее ответственной операцией, предопределяющей качество и дальность связи по оптическим кабельным линиям.

После завершения прокладки оптического кабеля в место окончания одной строительной длины к ней присоединяют следующую строительную длину с помощью промежуточных муфт, соединяющих концы смежных строительных длин оптического кабеля. При этом необходимо учитывать особенности конструкции оптических кабелей, во многом определяющих технологию монтажа соединительных муфт, которые должны обеспечить высокую влагостойкость сростка, надежные механические параметры на разрыв и смятия, а также пригодность сростка для длительного нахождения в телефонной канализации.

Соединительные муфты типа СМОК имеют металлический каркас, состоящий из двух желобов из листовой стали толщиной 1 мм, длиной 900 мм, двух полиэтиленовых фланцев с конусообразным патрубками для ввода ОК и полиэтиленого корпуса. Масса муфт - 3 кг. Температурный диапазон эксплуатации - до ( -50; +60*С).

Монтаж соединительных муфт

Монтаж соединительной муфты должен производится в лаборатории для измерения и монтажа оптического кабеля.

Монтаж соединительной муфты содержит следующие основные технологические этапы:

установка нижней половины металлического желобка и выкладка на нем нахлёста сращиваемых концов кабелей;

разделка концов оптических кабелей;

надвигание на концы полиэтиленовых конусов, цилиндров, опорных стальных колец, отрезков термоусаживаемых трубок;

протирка сердечников кабелей ветошью, смоченной бензином, для удаления гидрофобного заполнения;

соединение центральных элементов оптических кабелей (ОК) с помощью металлической втулки;

выкладка ОВ по дну желоба петлями запаса;

сваривание ОВ с последующей усадкой ГЗС;

скрепление общей вязкой всех волокон в муфте;

заполнение и вложение паспорта муфты;

наложение на муфты верхней половины металлического желобка;

надвигание на желобки и конусы полиэтиленового цилиндра;

надвигание, прогрев и усадка термоусаживаемых трубок на стыках муфт;

выкладка и закрепление муфт на консолях колодца.

Монтаж соединительных муфт и контрольные измерения производится комплексной бригадой в составе: инженер - измеритель - 1, техник - измеритель - 1, монтажник связи 6-го разряда - 1, монтажник связи 6-го разряда - 1. Для монтажа соединительной муфты СМОК, применяется комплект деталей и материалов (ТУ 45-86 АХПЧ468049) .

При монтаже соединительной муфты в монтажно-измерительной лаборатории оба конца кабеля подают к монтажному столу. Готовый к монтажу кабель на расстояние 2000 км. Протирают от загрязнения. Отступив на расстоянии 1650-1700 км от концов кабеля, на них устанавливают и приваривают методом поплавления полиэтиленовый конус. Под конус устанавливают и скрепляют с ним перевязкой половину металлического каркаса, входящего в состав монтажного комплекта. На уровне окончания цилиндрической части полиэтиленовую оболочку обоих концов кабеля надрезают и удаляют с сердечника. Снимают пластмассовые ленты и нити. Освобожденные волокна протирают от гидрофобного заполнителя бензином, а затем насухо. Центральный элемент соединяют в середине муфты металлической гильзой, после соединения центрального силового элемента, временное крепление к металлическому каркасу ослабляют, и конуса слегка раздвигают, обеспечивая тем самым натяжение центрального элемента.

Далее конуса закрепляют снова. В каркас вкладывают на всю его длину, и полосу из полиэтиленовой пленки диной 800 мм и шириной 200 мм.

Далее приступают к подготовке к сварке оптических волокон. Счет оптических волокон в кабеле на конце «А» ведется по часовой стрелке, на конец «Б» - против часовой стрелки. Соблюдение счета волокон при монтаже соединительных муфт обязательно.

На свободном от трубки оптическом волокне на длине 30мм удаляют защитное покрытие, волокно протирают бензином, растворителем, а затем спиртом. После протирки производят скол оптического волокна инструментом. Скол должен быть ровным и перпендикулярным оси волокна. Качество скола определяют через микроскоп устройства для сварки.

Сварку оптических волокон двух строительных длин производят в соответствии с указаниями «Паспорта устройства для сварки». Устройство для сварки представляет собой легко переносимый прибор с габаритными размерами 20*30*15 см. Снаружи распологается микроскоп расшифровки и визуального наблюдения за процессом сварки. Метод сварки волокон позволяет получить соединения с потерями порядка 0,1-0,3 ДБ и разрывной прочностью не менее 70% от целого волокна. После сварки производят контроль качества сварного соединения рефлектометром обратного рассеивания, установленного в начале строительной длины кабеля. Затем на сварное соединение устанавливают защитную термоусаживаемую гильзу (ГЭС). После остывания гильзы оптическое волокно укладывают в металлическом каркасе, а гильзу подвязывают к центральному силовому элементу. В паспорте на муфту отмечают место установки гильзы.

Кольца оптического волокна можно связать между собой ниткой без затяжки. Они должны оставаться свободными. После выкладки оптического волокна и закрепления защитной гильзой снова производят проверку сварного соединения и только потом приступают к подготовке и сварке оптического волокна, аналогично первому.

После сварки и выкладки всех оптических волокон, вкладыш из полиэтиленовой пленки сворачивают трубкой, вкладывают паспорт на муфту с указанием распределения защитных гильз по счету волокон в кабеле и закрывают сверху второй частью металлического каркаса. Поверх каркаса подвигают две цилиндрические части полиэтиленовой муфты. Герметизацию всех трех стыков производит поясам термоусаживающей трубки 80/40 длиной по 100 мм, предварительно надетыми на кабель. В качестве герметика применяют сэвилен и клей ГИПК-14-13.

Таблица 3.7 - Комплект деталей и материалов для монтажа соединительной муфты СМОК

После монтажа соединительной муфты проверяют её герметичность местным избыточным воздушным давлением. Для этого к корпусу муфты временно приваривают полиэтиленовый патрубок, и делать через него прокол в корпусе муфты. Через осуществи тельный бачок в мобильным насосом муфте создается избыточное воздушное давление порядка 98 Кпа. Проверку можно производить прибором «УЗТИ», его отсутствие - обливанием. После проверки патрубок срезают, верстие герметизирует предварительно надетой на кабель полос термоусаживающей трубке 80/40 шириной 60 мм. с применением сэвилен на или клея ГИПК-14-13.

После монтажа на кабель возле смонтированной муфты а также на кабеле в транзитных колодцах устанавливают свинцовые нумерованное кольцо или пластмассовую бирку. На них указывается, между какими АТС проложен кабель, номер кабеля. В смотровых устройствах на оптическом кабеле и в средней части смонтированной муфты, называемой краской делают отметку размером, примерно 20х20 мм. По наружности канала кабельной канализации наносят желтую краску в менее 50 мм.

.4