ИШКИН В. Х.г канд. техн. наук, ЦДУ ЕЭС СССР
Надежная и экономичная работа энергосистем в значительной степени зависит от применяемых средств связи, являющихся неотъемлемой частью системы управления технологическим процессом производства и распределения электроэнергии. Повышение роли средств связи при обеспечении надежного энергоснабжения потребителей обусловлено, в первую очередь, централизацией управления нормальными и аварийными режимами на базе широкого внедрения вычислительной техники.
Появившиеся средства связи в энергетике (практически одновременно с энергообъектами) претерпели большие изменения: от простейших телефонных каналов между отдельными энергообъектами до автоматизированных, широко разветвленных, различного вида сетей связи. В настоящее время общая протяженность каналов связи Минэнерго СССР превысила 8 млн. канало-км.
Развитие каналов связи на период с 1980 до 2005 гг. приведено в виде графика (см. рисунок). В эксплуатации находятся автоматические телефонные станции общей емкостью примерно 900 тыс. номеров, более 105 тыс. ультракоротковолновых (УКВ) и коротковолновых (КВ) радиостанций и т. д.
В соответствии с принятой структурой управления энергетикой для оперативно-диспетчерского, технологического, административно-хозяйственного управления, а также для управления энергетическим строительством и объектами строительной индустрии используются следующие виды средств связи: высокочастотные (ВЧ) каналы по воздушным линиям электропередачи (ВЛ) всех классов напряжений;
каналы по уплотненным и неуплотненным кабельным линиям связи; радиорелейные линии;
УКВ радиоканалы.
Высокочастотная связь по линиям электропередачи получила наибольшее распространение в энергетике нашей страны. На долю ВЧ каналов приходится примерно 45 % общей протяженности каналов связи в отрасли. Для средств и систем противоаварийного управления (релейной защиты и противоаварийной автоматики) ВЧ каналы по ВЛ — практически единственный вид связи, удовлетворяющий требованиям высокой надежности и быстродействия. Для передачи информации в системах диспетчерского и технологического управления энергосистем использование ВЧ каналов в большинстве случаев является наиболее экономичным.
График относительного роста различных видов связи в энергосистеме по годам
Первый ВЧ канал по ВЛ в СССР был создан почти 70 лет назад на линии 110 кВ Кашира — Москва группой сотрудников Государственного физико-технического института под руководством академика А. А. Чернышова. На первом этапе присоединение ВЧ постов к ВЛ осуществлялось посредством антенной связи.
В 1929—1930 гг. в Центральной лаборатории проводной связи под руководством В. А. Дьякова начали разработку принципиально новой аппаратуры ВЧ связи по ВЛ, в которой предусматривались конденсаторная связь с ВЛ, дуплексный режим работы, автоматизация вызова и т. п.
В 1933—1935 гг. в Ленинградском политехническом институте были разработаны и выпущены первые приемопередатчики ВЧ релейной защиты по ВЛ. Первый канал ВЧ защиты начал работать в 1936 г. на линии 110 кВ Кашира — Москва. В 30-х годах в нашей стране появились первые публикации Я. Л. Быховского, В. А. Дьякова, А. А. Чернышова и др. об организации ВЧ связи по ВЛ.
В 50-е годы с освоением нового класса напряжения 400—500 кВ началось массовое внедрение ВЧ связи по ВЛ. В этот период специалисты ВНИИЭ (Я. Л. Быховский, Г. В. Микуцкий, М. А. Кальманович, В. С. Скитальцев и др.) совместно с работниками предприятий Минрадиопрома и Минэлектротехпрома СССР разработали и освоили промышленный выпуск комплекса аппаратуры ВЧ каналов по ВЛ, устройств обработки и присоединения к ВЛ.
В этот же период проводилась . большая работа по организации ВЧ связи в распределительных электрических сетях. Значительный вклад в оснащение указанных сетей аппаратурой ВЧ связи внесли Ростовский опытный завод (Н. Т. Бабаев), ЦНИЭЛ ВНИИЭ (Н. А. Ульяновский), ОРГРЭС (А. И. Малышев, Б. П. Белоус, В. Е. Ефремов, В. Э. Санирштейн и др.)# Гипросельхоз (Д. С. Метрикин).
Особо следует отметить работы советских ученых при создании теории распространения электромагнитной энергии по проводам ВЛ, в первую очередь, в части разработки модального метода расчета ВЧ параметров ВЛ 330—1150 кВ переменного и ВЛ 1500 кВ постоянного тока (М. В. Костенко, Л. С. Перельман, Ю. П. Шкарин и др.).
В связи со строительством ВЛ сверхвысокого и ультравысокого напряжений в СССР были впервые предложены новые ВЧ тракты, в том числе по изолированным проводящим грозозащитным тросам, по изолированным проводам расщепленных фаз (внутрифазным трактам), по изолированным проводам расщепленных грозозащитных проводящих тросов (внутритросовым трактам). Существенный вклад в разработку и внедрение указанных трактов внесли В. Г. Каган, Р. Г. Книжник, Г. В. Микуцкий, И. И. Цитвер, Ю. П. Шкарин и др.
Высокочастотные каналы с присоединением аппаратуры к грозозащитным тросам ВЛ имеют более высокие показатели, чем в случае присоединения к фазным проводам, благодаря сооружению промежуточных усилительных пунктов по трассе ВЛ, экономичным широкополосным устройствам присоединения, равномерной частотной характеристике затухания ВЧ тракта и низкому уровню ВЧ помех. Указанные тракты широко используются на ВЛ 220, 500 и 750 кВ.
Внутрифазный тракт имеет равномерную частотную характеристику в широкой полосе частот и используется только на ВЛ 330 кВ. Сравнительно высокое значение переходного затухания с внутрифазного на другие ВЧ тракты позволяет более рационально использовать частотный диапазон.
Для внутритросовых трактов характерно сочетание основных преимуществ ранее указанных трактов, что делает возможным их применение для организации многоканальных систем связи по ВЛ 750—1150 кВ переменного и ВЛ 1500 кВ постоянного тока.
Благодаря работам советских специалистов наша страна занимает ведущее место в области ВЧ связи по ВЛ как по масштабам ее внедрения, так и в части теоретических и экспериментальных исследований. Впервые в мировой практике:
теоретически и экспериментально показано, что процесс передачи сигналов по системообразующим ВЛ является многомодовым с существенно различными коэффициентами распространения модальных составляющих;
предложены, теоретически и экспериментально исследованы внутрифазная и внутритросовая схемы присоединения к изолированным проводам расщепленных фаз и тросов ВЛ сверхвысокого и ультравысокого напряжений;
проведены теоретические и экспериментальные исследования условий передачи сигналов противоаварийной автоматики и релейной защиты через место дугового и металлического короткого замыкания;
выявлено влияние периодической неоднородности (провисание проводов в пролетах и емкости проводов ВЛ на опору) на условия распространения сигнала, проведены теоретические и экспериментальные исследования этого явления;
исследованы зависимость от времени среднеквадратического напряжения помех от короны в течение периода промышленной частоты и вероятностные характеристики напряжения ВЧ помех;
создана теория возникновения помех от коронирования проводов и выполнены теоретические и экспериментальные исследования характеристик помех от короны и помех, возникающих при коммутационных операциях.
В последние годы специалистами ВНИИЭ (Ю. П. Шкарин) и Энергосетьпроекта (Р. Г. Книжник) создан уникальный комплекс программ расчета параметров ВЧ каналов по любым ВЛ для самых сложных схем. Этот комплекс включает в себя:
программу «Тракт», предназначенную для расчета затухания и входного сопротивления ВЧ трактов с произвольной схемой присоединения к ВЛ 35—1150 кВ переменного и ВЛ 1500 постоянного тока;
программу «Помеха», которая применяется для расчета уровней помех от короны в ВЧ трактах по ВЛ 220—1150 кВ переменного и ВЛ 1500 кВ постоянного тока при любых схемах присоединения к фазным проводам и грозозащитным тросам;
программу «Мода», предназначенную для расчета модельных параметров многопроводных ВЛ всех классов напряжения с произвольным расположением проводов.
Кабельные линии связи. Основу магистральной сети Минэнерго СССР составляют кабельные линии связи (КЛС), проходящие через многие диспетчерские пункты энергосистем и энергообъединений, крупные электростанции и узловые подстанции, а также через другие энергообъекты.
Работы по созданию магистральной ведомственной сети связи главным образом на базе кабельных линий были начаты в конце 60-х годов. В соответствии с разработанным институтом Энергосетьпроект планом развития средств связи отрасли предусматривалось в течение 1 5—20 лет построить три крупнейших кабельных магистрали Северо-Западного, Южного и Восточного направлений.
Первую крупную кабельную магистраль с использованием четырехчетверочных симметричных кабелей, уплотняемых системами К-60, начали сооружать в Мосэнерго в начале 70-х годов. Ее проектная емкость составляла 480 аналоговых каналов. В тот же период приступил к строительству Южной магистрали на участке Киев — Артемовск с применением аналогичных кабелей и аппаратуры.
В 1988 г. введена в эксплуатацию Северо-Западная магистраль протяженностью более 2000 км, проходящая через энергосистемы ОЭС Центра и Северо-Запада, на которой впервые в СССР установлена аппаратура К-300 и БК-960 по коаксиальным кабелям. Вместе с тем создается разветвленная кабельная сеть в ОЭС Северо-Запада, Урала, Юга и других энергообъединениях.
Широко используется кооперированное строительство магистральных КЛС вместе с другими министерствами и ведомствами, в том числе с Миннефтегазпромом СССР (Горький — Оханск — Нижняя Тура, Омск — Красноярск), МПС СССР (Тюмень — Сургут — Уренгой, Тайшет — Усть-Кут — Комсомольск-на-Амуре — Хабаровск) и др.
Для сооружения магистральных КЛС в Минэнерго СССР был создан специализированный строительно-монтажный трест Энергостроймонтажсвязь.
Существенный вклад в создание кабельной сети отрасли внесли специалисты ЦДУ ЕЭС СССР, ряда ОДУ, энергосистем и проектных организаций (М. А. Артибилов, У. М. Берзиньш, И. Л. Беспалов, А. И. Кочетков, К. Е. Михайлов, В. В. Мороз, М. Я. Поляк, Г. А. Якимов и др.).
Радиорелейные линии (РРЛ) начали сооружаться в нашей стране в середине 50-х годов, как наиболее прогрессивный вид связи. Сначала применялись в основном одноканальные РРЛ на аппаратуре РРС-1М. Затем была разработана новая аппаратура ДМ-400/32 на 32 канала.
В дальнейшем эта аппаратура была переведена на новую сетку частот (ДМ-400/32М). В 1988 г. введена в опытную эксплуатацию первая в отрасли цифровая РРЛ с пропускной способностью 2 Мбит/с.
Радиорелейные линии широко применяются в энергетике для организации внутрисистемных каналов связи. Они также сооружаются вдоль магистральных ВЛ сверхвысокого и ультравысокого напряжений с целью их комплексного использования: для передачи данных, телефонной связи, телемеханики, а также для организации линейно-эксплуатационной связи. По сравнению с КЛС на сооружение РРЛ требуются небольшие капитальные вложения, а также значительно меньшие эксплуатационные расходы и минимальное число обслуживающего персонала.
Большую работу по внедрению в отрасли РРЛ провели специалисты институтов Энергосетьпроект, Сельэнергопроект и ВНИИЭ, ЦДУ ЕЭС СССР, ряда энергосистем (С. С. Агафонов, А. Г. Лютиков, Д. С. Метрикин, В. В. Тараничев, А. В. Вержболович и др.).
Ультракоротковолновая радиосвязь, внедрение которой началось в начале 60-х годов, играет важную роль в обеспечении надежного энергоснабжения потребителей. В этот период сотрудники института Энергосетьпроект (С. С. Агафонов, М. А. Левин, К. Е. Михайлов, И. И. Цитвер и др.) разработали рекомендации по широкому использованию УКВ радиосвязи в эксплуатационном обслуживании энергообъектов. Одновременно была разработана методика расчета интервалов УКВ радиосвязи, учитывающая конкретные характеристики трассы.
В середине 60-х годов началось внедрение УКВ радиостанций на 20 частотах в диапазоне 150—153 МГц и на 8 частотах в диапазоне 160—161 МГц по всем энергосистемам.
В начале 70-х годов для Минэнерго СССР были выделены 28 новых частот в диапазоне 162—168 МГц. С целью рационального использования 27 из указанных частот были централизованно распределены по территории всех энергосистем (одна выделена для использования по всей территории страны в различных экстремальных ситуациях).
На этих частотах внедрялись радиостанции ФМ-10/164 (производства Венгерской республики) с блоками телесигнализации, которые обеспечивали передачу аварийно-предупредительной сигнализации с необслуживаемых подстанций. Кроме того, на базе этих радиостанций при необходимости создавались системы дальней радиосвязи на расстояниях до 130—150 км.
В начале 80-х годов начала внедряться новая аппаратура ФМ-300 на интегральных схемах с блоками телесигнализации и устройствами ретрансляции.
Коммутационная техника. Ввод в эксплуатацию магистральных линий связи существенно повысил эффективность оперативно-диспетчерского и автоматического управления за счет создания на их базе автоматизированных производственных телефонных сетей на всех уровнях управления.
На первом этапе в качестве коммутационной техники широко использовались электромеханические системы (декадно-шаговые и координатные автоматические телефонные станции — АТС), которые к концу 70-х годов практически исчерпали свои технологические (быстродействие, надежность) и функциональные возможности.
В начале 80-х годов началось широкое внедрение квазиэлектронной коммутационной техники на базе АТС отечественного производства типа «Квант» и серии ЕСК (производства НРБ). Существенный вклад в это внесли Г. С. Карасин, В. А. Серебряный и др.
Однако к концу 80-х годов в связи с появлением цифровых каналов связи, указанная техника уже не в состоянии была обеспечить предъявляемые к ней требования. В связи с этим в 1980—1989 гг. были введены в эксплуатацию первые в отрасли цифровые электронные АТС общей емкостью более 4 тыс. номеров (в ОДУ Урала, Средней Волги, Белоруссии, Ленэнерго и в Московском узле связи Минэнерго СССР).
Цифровая электронная коммутационная техника позволяет в 3—4 раза снизить численность эксплуатационного персонала, уменьшить производственные площади, повысить надежность и качество передачи информации.
Перспективы развития сети связи Минэнерго СССР на период до 2005 г. Дальнейшее развитие сетей передачи информации будет проводиться в соответствии с планом перехода к качественно новым интегрально-цифровым сетям связи (ИЦСС), в которых используются единые цифровые методы передачи сообщений и коммутации с широким использованием средств вычислительной техники. Внедрение цифровой техники обеспечивает следующие преимущества:
интеграцию передачи и коммутации без цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей;
повышение пропускной способности каналов и их надежность;
снижение стоимости аппаратуры; уменьшение габаритных размеров, и следовательно, производственных площадей;
снижение расхода материалов и электроэнергии;
сокращение числа обслуживающего персонала;
возможность хранения информации;
упрощение сопряжения каналов связи с терминалами.
Одновременно цифровая техника позволяет эффективно использовать автоматические методы диагностики, в результате чего значительно сокращаются сроки ремонта оборудования.
Цифровые сети в отрасли намечается создавать в три этапа.
На первом этапе (до 1995 г.) предусматривается:
создание обособленных цифровых систем как для передачи информации, так и для ее коммутации с применением цифро-аналоговых и аналогоцифровых преобразователей;
организация опытно цифровой сети в одной из энергетических зон страны;
ввод в эксплуатацию цифровых узлов коммутации во всех ОДУ и в ряде крупных энергосистем, которые заменят электромеханические и квазиэлектронные телефонные станции;
ввод в эксплуатацию цифровых систем передачи.
Этот ввод осуществляется за счет: внедрения волоконно-оптических систем по ВЛ всех классов напряжения путем подвески самонесущих неметаллических волоконно-оптических кабелей (ВОК), расположения ВОК в грозозащитных тросах и намотки их на фазные провода или грозозащитные тросы и уплотнения указанных кабелей цифровыми системами передачи с пропускной способностью на 2 и 8 Мбит/с;
внедрения цифровых систем передачи по РРЛ с пропускной способностью 8 Мбит/с на магистральных сетях и вдоль магистральных ВЛ сверхвысокого и ультравысокого напряжений, 0,8 и 2 Мбит/с для внутрисистемных сетей;
реконструкции Северо-Западной магистральной КЛС и ряда других направлений путем замены двух аналоговых систем передачи К-60 на две цифровые системы передачи с пропускной способностью по 8 Мбит/с каждая;
внедрения волоконно-оптических систем в качестве внешней связи энергетических объектов.
На втором этапе (ориентировочно до 2000 г.) планируется создание интегрально-цифровых сетей, в которых будет обеспечена интеграция цифровых систем передачи и коммутации. При этом предполагается:
создание цифровых электронных узлов коммутации на диспетчерских пунктах всех энергосистем, крупных энергетических объектах и в отдельных узлах связи;
организация интегрально-цифровых сетей в энергообъединениях европейской части территории СССР;
внедрение цифровых систем передачи на всех уровнях управления, в первую очередь, на базе широкого использования волоконно-оптических и традиционных кабелей, а также цифровых РРЛ с пропускной способностью 2,8 и 34 Мбит/с;
реконструкция ранее построенных КЛС путем замены аналоговых систем передачи по симметричным (К-60) и коаксиальным (К-300) кабелям на цифровые системы с пропускной способностью соответственно 8 и 34 Мбит/с.
На третьем этапе (ориентировочно до 2005 г.) предполагается создать цифровые сети интегрального обслуживания, которые обеспечат дополнение к интегрально-цифровым сетям широкий диапазон услуг, включая организацию видеоконференций, высокоскоростной передачи файлов и т. д. При этом планируются:
организация интегрально-цифровых сетей во всех энергообъединениях СССР на базе созданных цифровых электронных узлов коммутации и цифровых систем передачи с пропускной способностью 2, 8 и 34 Мбит/с;
завершение работ по созданию интегрально-цифровой сети связи отрасли на базе цифровых каналов с пропускной способностью 64 Кбит/с. В дальнейшем (после 2005 г.) предполагается организовать широкополосные каналы.
С созданием интегрально-цифровых сетей в энергетике планируется совершенствование различных средств связи в следующих направлениях;
освоение новых диапазонов частот для цифровых РРЛ в течение тринадцатой и четырнадцатой пятилеток (11 — 13, 17—19 и 37—39 ГГц);
создание многофункциональных УКВ радиосетей с переводом их в тринадцатой пятилетке в диапазоны 400 и 900 МГц;
разработка и внедрение с тринадцатой пятилетки цифровых систем передачи по фазным проводам и грозозащитным тросам ВЛ сверхвысокого и ультравысокого напряжений;
создание в тринадцатой пятилетке факсимильной сети связи.
При этом следует: провести опытную эксплуатацию в 1990 г. факсимильной техники для оперативно-диспетчерского, технологического и административно-хозяйственного управления, а также для объектов энергетического строительства и стройиндустрии;
создать в 1991—1992 гг. факсимильную сеть для верхнего уровня управления, предусмотрев подключение к ней всех крупных электростанций и узловых подстанций;
подключить в 1993—1995 гг. к факсимильной сети практически все энергетические объекты;
разработать и внедрить в течение тринадцатой и четырнадцатой пятилеток системы контроля и управления сетями связи в рамках создаваемых интегрально-цифровых сетей для всех уровней управления, согласованной с соответствующими пунктами Минсвязи СССР и других министерств и ведомств.
