Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ thống thông tin cáp quang trong hệ thống điện
HỆ THỐNG TH¤NG TIN CÁP QUANG TRONG HỆ THỐNG §IỆN OPTICAL FIBER COMMUNICATION IN POWER SYSTEM Lª Kim Hïng – §inh Phíc Huy Trêng §¹i häc Kü Tht, §¹i häc §µ N½ng TĨM TẮT Theo yªu cÇu tin cËy vµ chän läc, hƯ thèng r¬le b¶o vƯ vµ tù ®éng chèng sù cè trong hƯ thèng ®iƯn cÇn cã c¸c kªnh trun th«ng tin. Ngµy nay ngêi ta thêng sư dơng nhiỊu ph¬ng thøc trun kh¸c nhau, ph¬ng thøc trun ngµy cµng ®ỵc sư dơng réng r·i lµ c¸p quang. Bµi b¸o nµy giíi thiƯu vỊ kªnh th«ng tin c¸p quang vµ øng dơng cđa nã trong hƯ thèng ®iƯn níc ta trªn ®êng d©y siªu cao ¸p 500 KV. Abstract In requirement for reliability and selection, the protection relay system and automatic restricted fault protection in power system need to use communication channels. Today, many different communication methods are used. The popular method widely used nowadays is by optical fiber. This paper presents optical fiber communication channels and some applications in Vietnam power system on extra-high voltage lines of 500KVA. I. ÂÀÛT VÁÚN ÂÃƯ Âãø phủc vủ viãûc truưn dỉỵ liãûu, thäng tin liãn lảc, âiãưu khiãøn, bo vãû v tỉû âäüng họa trong hãû thäúng âiãûn cọ thãø dng nhiãưu phỉång thỉïc truưn khạc nhau. Hiãûn nay ngỉåìi ta thỉåìng dng 4 loải phỉång thỉïc truưn: 1- Dáy dáùn phủ hồûc cạp thäng tin ca ngnh âiãûn hồûc th bao ca mảng lỉåïi bỉu âiãûn viãùn thäng. 2- Kãnh ti ba (Power Line Carrier): ti tên hiãûu táưn säú cao bàòng bn thán dáy dáùn ca âỉåìng dáy ti âiãûn. 3- Kãnh thäng tin vä tuún siãu cao táưn (viba). 4- Cạp quang. Nàm 1995 cng våïi sỉû phạt triãøn khoa hc k thût trãn thãú giåïi v M b cáúm váûn âäúi våïi nỉåïc ta nãn cạp quang âỉåüc âỉa vo sỉí dủng räüng ri, våïi nhỉỵng ỉu âiãøm: âỉåìng kiïnh nh, trng lỉåüng nhẻ, khäng dáùn âiãûn, r tiãưn v cọ thãø truưn âỉåüc mäüt lỉåüng thäng tin ráút låïn. Vç váûy viãûc tçm hiãøu vãư thäng tin quang nọi chung v ỉïng dủng ca nọ trong ngnh âiãûn l ráút cáưn thiãút. II. GIÅÏI THIÃÛU CHUNG VÃƯ SÅÜI QUANG II.1. Cå såí l thuút vãư såüi dáùn quang Khi ạnh sạng truưn tỉì mäi trỉåìng 1 cọ chiãút sút n 1 sang mäi trỉåìng 2 cọ chiãút sút n 2 qua màût phán giåïi thç tia sạng bë tạch thnh hai tia: tia phn xả lải mäi trỉåìng 1 v tia khục xả sang mäi trỉåìng 2. Tia phn xả v tia khục xả nàòm trong màût phàóng tåïi våïi gọc phn xả bàòng gọc tåïi θ’ 1 = θ 1 v gọc khục xả âỉåüc xạc âënh theo âënh lût Snell: n 1 .sinθ 1 = n 2 .sinθ 2 Khi n 1 < n 2 thç θ 1 > θ 2 tia khục xả bë gy vãư phêa gáưn phạp tuún. Khi n 1 > n 2 thç θ 1 < θ 2 , nãúu tàng θ 1 thç θ 2 cng tàng theo. Khi θ 2 = 90 o thç tia khục xả song song våïi màût phán giåïi. Nãúu tiãúp tủc tàng θ 1 thç khäng cn tia khục xả nỉỵa m chè cn tia phn xả. Hiãûn tỉåüng ny gi l sỉû phn xả ton pháưn. Hçnh 1: Sỉû phn xả v khục xả ạnh sạng II.2. Sỉû truưn dáùn ạnh sạng trong såüi quang ỈÏng dủng hiãûn tỉåüng phn xả ton pháưn. Såüi quang âỉåüc chãú tảo gäưm mäüt li thy tinh cọ chiãút sút n 1 , v bc thy tinh cọ chiãút sút n 2 våïi n 1 > n 2 . Ạnh sạng truưn trong såüi quang s âỉåüc phn xả nhiãưu láưn trãn màût tiãúïp xục giỉỵa li v v bc. nh sạng cọ thãø truưn trong såüi quang cọ cỉû ly di ngay c khi såüi bë ún cong våïi âäü cong cọ giåïi hản nhỉ hçnh 2: Hçnh 2: Ngun l truưn dáùn ạnh sạng trong såüi quang II.3. Cạc dảng phán bäú chiãút sút trong såüi quang Cáúu trục chung ca såüi quang gäưm mäüt säú li thy tinh cọ chiãút sút låïn v mäüt låïp v bc bàòng thy tinh nhỉng cọ chiãút sút nh hån. Chiãút sút ca låïp v khäng âäøi cn chiãút sút ca li cọ thãø thay âäøi theo bạn kênh. Ta phán ra lm ba loải sau: Mäi trỉåìng 1 n Mäi trỉåìng 2 n Màût phán giåïi θ 2 θ 1 θ' 1 a) Såüi quang cọ chiãút sút nhy báûc (hçnh 3) (SI: Step Index). Vç chiãút sút ca li khäng âäøi, chiãưu di âỉåìng truưn khạc nhau v thåìi gian truưn cng khạc nhau våïi cng mäüt chiãưu di såüi nãn dáùn tåïi hiãûn tỉåüng khi âỉa xung ạnh sạng hẻp vo âáưu såüi, xung ra s räüng hån. Âáy l hiãûn tỉåüng tạn sàõc. Hçnh 3: Såüi quang cọ chiãút sút nhy báûc b) Såüi quang cọ chiãút sút gim dáưn (hçnh 4) (GI: Graded Index). Chiãút sút ca li cọ phán bäú hçnh parabol. Vç chiãút sút ca li thay âäøi liãn tủc nãn tia sạng truưn trong li bë ún cong âáưu. Tia truưn dc âỉåìng trủc cọ âỉåìng truưn ngàõn nháút nhỉng våïi váûn täúc nh nháút vç chiãút sút åí trủc l låïn nháút. Âäü tạn sàõc ca såüi GI nh hån nhiãưu so våïi såüi SI. Hçnh 4: Såüi quang cọ chiãút sút gim dáưn c) Såüi âån mode SM (hçnh 5) (Single Mode). L såüi cọ kêch thỉåïc nh âãø chè cọ mäüt sọng cå bn âỉåüc truưn. Vç chè cọ mäüt mode sọng âỉåüc truưn nãn âäü tạn sàõc do nhiãưu âỉåìng truưn bàòng khäng. Såüi âån mode cọ dảng phán bäú chiãút sút nhy báûc. Hçnh 5: Såüi âån mode Màût càõt Chiãút sút Âỉåìng truưn ạnh sạng Xung vo Xung ra Màût càõt Chiãút sút Âỉåìng truưn ạnh sạng Xung vo Xung ra Chiãút sút Âỉåìng truưn ạnh sạng Xung vo Xung ra Màût càõt III. CÁÚU TRỤC CHUNG CA MÄÜT HÃÛ THÄÚNG THÄNG TIN SÅÜI QUANG Hçnh 6: Cáúu trục ca hãû thäúng thäng tin såüi quang Hçnh trãn l så âäư cáúu trục chung ca mäüt hãû thäúng thäng tin såüi quang. Trong så âäư cáúu trục ny cạc tên hiãûu âiãûn tỉì mạy âiãûn thoải, mạy Fax, computer, truưn hçnh, . âỉåüc biãún âäøi sang tên hiãûu quang qua bäü biãún âäøi âiãûn quang (E/O). Trong âọ cạc mỉïc tên hiãûu âiãûn âỉåüc biãún âäøi thnh cỉåìng âäü quang, cạc tên hiãûu (1,0) âỉåüc biãún âäøi ra ạnh sạng dảng (cọ, khäng) (“1”→ “cọ”, “0” →“khäng”) v sau âọ âỉåüc gỉíi vo cạc såüi quang trong cạp quang. Cạc tên hiãûu truưn qua såüi quang cọ cäng sút bë suy hao v dảng sọng (âäü räüng xung) bë gin ra sau âọ âãún bäü biãún âäøi quang âiãûn (O/E) tải âáưu kia ca såüi quang, tải âáy tên hiãûu quang thu âỉåüc biãún âäøi thnh tên hiãûu âiãûn, khäi phủc lải ngun dảng tên hiãûu ca mạy âiãûn thoaiû, Fax, computer, truưn hçnh, . â gỉíi âi. Bäü biãún âäøi âiãûn quang thỉûc cháút l linh kiãûn phạt quang nhỉ Laser Diode (LD) v bäü biãún âäøi quang âiãûn thỉåìng l cạc Photo Diode (PD). Khi khong cạch truưn dáùn låïn cáưn cọ cạc bäü làûp âỉåìng dáy nhỉ trçnh by trãn hçnh 7. Tải bäü làûp âỉåìng dáy, quạ trçnh biãún âäøi quang âiãûn s âỉåüc thỉûc hiãûn âáưu tiãn. Nọi chung, cạc tên hiãûu quang thỉåìng cọ cäng sút tháúp, bë mẹo dảng v cạc tên hiãûu âiãûn sau khi biãún âäøi cng nhỉ váûy. Chênh vç âiãưu ny nãn trỉåïc hãút tên hiãûu âiãûn phi âỉåüc cán bàòng v khúch âải (quạ trçnh sỉía âãø ci thiãûn vãư màût cäng sút v dảng mẹo). Ngoi ra, cn láúy cạc thäng tin vãư màût thåìi gian v khong thåìi gian ca cạc tên hiãûu xung gäúc (“1” hồûc “0”) tỉì cạc tên hiãûu â âỉåüc sỉía chỉỵa v khúch âải. Tải mảch xạc âënh v tại tảo, cạc xung cọ/ khäng (“1” hồûc “0”) âỉåüc xạc âënh tải cạc vë trê ca cạc tên hiãûu âënh thåìi theo trủc thåìi gian. Nhỉ váûy, cạc tên hiãûu xung gäúc âỉåüc phủc häưi (âỉåüc gi l xạc âënh v tại tảo) åí dảng tên hiãûu âiãûn. Cạc tên hiãûu ny tåïi bäü biãún âäøi tên hiãûu âiãûn-quang âỉåüc biãún âäøi thnh tên hiãûu quang v âỉåüc âỉa vo såüi quang. Bäü biãún âäøi quang âiãûn Cạp såüi quang AP Bäü biãún âäøi quang - âiãûn Khúch âải cán bàòng Mảch âiãưu khiãøn hãû säú khúch âải Xạc âënh v tại tảo Âënh thåìi LD Mảch âiãưu khiãøn Mảch âiãưu khiãøn ra Cạp såüi quang Bäü biãún âäøi âiãûn - quang Hçnh 7: Cáúu hçnh ca bäü làûp âỉåìng dáy IV. HÃÛ THÄÚNG THÄNG TIN CẠP QUANG OPGW CA ÂDK 500KV IV.1. Giåïi thiãûu chung Âỉåìng dáy siãu cao ạp 500KV Bàõc Nam cọ mäüt dáy chäúng sẹt sỉí dủng loải cạp OPGW (Composite Overhead Ground Wire With Optical Fibers). Cạp OPGW l håüp cháút giỉỵa cạp såüi quang v cạc dáy kim loải. Pháưn cạp såüi quang sỉí dủng âãø truưn tên hiãûu thäng tin quang, pháưn cạc dáy kim loải âãø chäúng sẹt cho âỉåìng dáy siãu cao ạp 500KV (ÂDK - 500KV). Kãnh thäng tin quang trãn cạp OPGW ca ÂDK-500KV sỉí dủng âãø truưn: - Tên hiãûu bo vãû so lãûch pha. - Tên hiãûu càõt trao âäøi giỉỵa cạc thiãút bë bo vãû âàût åí cạc trảm biãún ạp 500KV. Hçnh 8: Cáúu trục ca cạp OPGW Såüi quang Nhọm 6 såüi quang Såüi b bàòng nhỉûa do Såüi âãûm ÄÚng nhäm Dáy li nhäm cọ 3 rnh khêa Låïp chäúng sẹt: Såüi thẹp mả nhäm Pháưn li Låïp ph Låïp ạo Màût càõt såüi quang Bng 1: Mu v âạnh säú cạc såüi quang TT 1 2 3 4 5 X Mu såüi âãûm Xanh lạ cáy Mu såüi quang Xanh da tråìi Vng Xanh lạ cáy  Häưng Khäng mu TT 6 7 8 9 10 X Mu såüi âãûm  Mu såüi quang Xanh da tråìi Vng Xanh lạ cáy  Häưng Khäng mu Cáúu trục ca cạp quang OPGW v cạc kê hiãûu mu ca såüi quang âỉåüc trçnh by åí hçnh 8 v bng 1. IV.2. Dáy cạp quang OPGW a. Pháưn cạp såüi quang âỉåüc bäú trê trong mäüt äúng nhäm âỉåìng kênh 5mm, cọ tạc dủng bo vãû såüi quang, chäúng lải cạc tạc dủng cå hc, ngàn cn sỉû xám nháûp ca håi nỉåïc v cạc håi họa cháút khạc. b. Dáy trủc bàòng nhäm ca cạp cọ 3 rnh xồõn, cọ nhọm cạc såüi quang âỉåüc xãúp vo cạc rnh xồõn. Våïi cáúu trục nhỉ váûy såüi quang khäng bë kẹo dn màûc d cạp OPGW ln bë co dn do tạc dủng ca nhiãût, tạc dủng cå hc. c. Theo tiãu chøn ca nh chãú tảo, cọ 3 nhọm såüi quang âỉåüc xãúp vo 3 rnh ca dáy trủc, mäùi nhọm gäưm 6 såüi quang v 1 såüi âãûm (nhỉ hçnh 8). Theo u cáưu ca EVN nh chãú tảo â âiãưu chènh thiãút kãú chãú tảo: cọ 2 nhọm, mäùi nhọm gäưm 5 såüi quang, 1 såüi âãûm v 1 såüi b. Âãø phán biãût 2 nhọm, såüi âãûm cọ mu khạc nhau v âãø phán biãût giỉỵa cạc såüi quang trong mäüt nhọm, cạc såüi quang cọ mu khạc nhau: xanh da tråìi, vng, xanh lạ cáy, â, häưng. d. Mäùi såüi quang bao gäưm 3 pháưn: pháưn li l såüi thy tinh, pháưn ph li, pháưn låïp ạo bo vãû l cháút silicone. Chè säú chiãút sút ca pháưn li v pháưn ph khạc nhau (chiãút sút nhy báûc). e. Bỉåïc sọng cäng tạc: 1,31µm (micromet). g. Mỉïc tiãu hao trung bçnh ca bỉåïc sọng 1,31µm; 0,4dB/km. IV.3. Hãû thäúng thäng tin quang trãn ÂDK - 500KV IV.3.1. Mä t tuún - Tuún thäng tin quang trãn cạp OPGW ca âỉåìng dáy 500KV cọ chiãưu di 1487km. - Cọ 5 trảm thäng tin âáưu cúi, cạc thiãút bë thäng tin quang âỉåüc làõp âàût trong phng thäng tin ca cạc trảm biãún ạp 500KV: Ha Bçnh, H Ténh,  Nàơng, Pleiku, Phụ Lám. - Cọ 17 trảm làûp, cạc thiãút bë thäng tin quang âỉåüc làõp âàût trong cạc bäút xáy näøi trãn màût âáút. Trong âọ: + Âoản Ha Bçnh - H Ténh: chiãưu di 343km, cọ 4 trảm làûp, khong cạch trung bçnh giỉỵa cạc trảm l: 343/5 = 68,6km. + Âoản H Ténh -  Nàơng: chiãưu di 389km, cọ 4 trảm làûp khong cạch trung bçnh giỉỵa cạc trảm l: 389/5 = 77,8km. + Âoản  Nàơng - Pleiku: chiãưu di 259km, cọ 3 trảm làûp khong cạch giỉỵa cạc trảm l: 259/4 = 64,75km. + Âoản Pleiku - Phụ Lám: chiãưu di 496 cọ 6 trảm làûp, khong cạch trung bçnh giỉỵa cạc trảm l: 496/7 = 70,86km. IV.3.2 Phỉång ạn täø chỉïc thäng tin - Cạp OPGW cọ 10 såüi quang: Täøng cäng ty âiãûn lỉûc sỉí dủng 4 såüi; Bỉu chênh sỉí dủng 4 såüi; Bäü qúc phng sỉí dủng 2 såüi. - Hãû thäúng thäng tin quang trãn cạp OPGW cọ cáúu trục (1+1): mäüt âỉåìng thäng tin thỉåìng xun, mäüt âỉåìng dỉû phng nọng. - Dung lỉåüng hãû thäúng: 34Mbit tỉång ỉïng våïi dung lỉåüng 480 kãnh âiãûn thoải. IV.3.3 Cå cáúu ghẹp kãnh: 2 cáúp - Cáúp cå såí (2M - PCM - MVX): ghẹp cạc kãnh tên hiãûu ngun thy (âiãûn thoải, âiãûn bạo, säú liãûu, âiãưu khiãøn) thnh lưng tên hiãûu säú täúc âäü 2,048Mbit/s. - Cáúp 2 (2/34M - MVX): ghẹp 16 lưng tên hiãûu täúc âäü 2,048bêt/s thnh mäüt lưng tên hiãûu täúc âäü 34,368Mbit/s. IV.3.4. Âàûc tênh pháưn quang - Täúc âäü truưn: 42,664Mbit/s. - Bỉåïc sọng truưn: 1,31µm. - Phỉång thỉïc truưn: SM - âån mode. - M truưn: 5B6B. - Pháưn tỉí phạt quang: LD - Âiät Laze, cháút liãûu INGAASP. - Pháưn tỉí thu quang: APD - Âiät quang âiãûn, cháút liãûu Ge. V. KÃÚT LÛN Phỉång thỉïc truưn tin bàòng cạp quang cọ ráút nhiãưu ỉu âiãøm vãư màût kinh tãú v k thût. Hiãûn nay phỉång thỉïc truưn tin bàòng cạp quang måí ra mäüt hỉåïng måïi cho kinh doanh trong ngnh âiãûn l cho th kãnh truưn, âiãưu ny s hản chãú âỉûåc hiãûn tỉåüng nghn kãnh truưn váùn thỉåìng xy ra. TI LIÃÛU THAM KHO [1] Lã Vàn Doanh, Cạc bäü cm biãún trong k thût âo lỉåìng v âiãưu khiãøn, Nh xút bn Khoa hc v K thût, 2001. [2] Täøng củc Bỉu âiãûn - Täøng Cäng ty Bỉu chênh Viãùn thäng Viãût Nam, Cäng nghãû truưn dáùn quang, Nh xút bn Khoa hc v K thût, 1997. [3] Ti liãûu “Hãû thäúng thäng tin liãn lảc ca HT 500KV”, Cäng ty Truưn ti âiãûn II. . HỆ THỐNG TH¤NG TIN CÁP QUANG TRONG HỆ THỐNG §IỆN OPTICAL FIBER COMMUNICATION IN POWER SYSTEM. dáùn ạnh sạng trong såüi quang II.3. Cạc dảng phán bäú chiãút sút trong såüi quang Cáúu trục chung ca såüi quang gäưm mäüt säú li thy tinh cọ chiãút