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电力通信发展的回顾与展望 |
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[ 通信界 / 曹惠彬 / www.cntxj.net / 2004/5/29 ] |
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曹惠彬
摘 要:阐述了电力通信的概念，回顾了电力通信的发展简史，提供了电力通信装备的主要统计数字，分析了20世纪末电力通信发展的主要特征和驱动因素，研究探讨了新世纪初电力通信的两个主要任务（发展专用通信和开拓外部市场）以及电力专用通信的技术发展问题。
1 电力通信的概念、内涵及发展沿革
1.1 概念
探讨电力通信的内涵问题，必然涉及电力通信的一些基本概念，如电力系统通信、电力专用通信、系统通信、厂站通信等。
电力系统通信的一般定义是：利用有线电、无线电、光或其他电磁系统，对电力系统运行、经营和管理等活动中需要的各种符号、信号、文字、图像、声音或任何性质的信息进行传输与交换，满足电力系统要求的专用通信。
按照上述定义，电力系统通信即为“电力专用通信”。电力专用通信按通信区域范围不同，分为“系统通信”和“厂站通信”两大类。系统通信也称站间通信（ｉｎｔｅｒ－ｓｔａｔｉｏｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ），主要提供发电厂、变电所、调度所、公司本部等单位相互之间的通信连接，满足生产和管理等方面的通信要求。厂站通信又称站内通信（ｉｎｔｒａ－ｓｔａｔｉｏｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ），其范围为发电厂或变电站内，与系统通信之间有互连接口，主要任务是满足厂（站）内部生产活动的各种通信需要，对抗干扰能力、通信覆盖能力、通信系统可靠性等也有一些特殊的要求。
狭义的电力系统通信仅指系统通信，不包括厂站通信。广义的电力系统通信则包括系统通信和厂站通信。为避免混淆，通常把广义的电力系统通信称为“电力通信”，其含义不仅包括系统通信和厂站通信这两类专用通信，也泛指利用电力系统的通信资源提供的各种通信。如果不涉及社会公众电信市场，电力通信与电力系统通信、电力专用通信同义。
1.2 发展沿革
在我国，电力系统通信已有近60年的历史。早期的电力系统规模不大，采用电力线载波、架空明线或电缆等通信方式，即可满足调度指挥和事故处理的需要。随着电力负荷的不断增长，小的分散的电力系统逐步连接成较大的电力系统，单靠电话指挥运行已不能满足安全供电的要求。20世纪60年代，电力系统远动技术有了新的发展并开始大规模应用，对通信的通道容量、传输质量和可靠性提出了更高的要求，因此开始采用微波、特高频、同轴电缆多路载波等多种通信方式，连同原有的电力线载波和其他有线通信，组成了适应电力系统范围和要求的专用通信网，网络规模和通道容量均有了很大发展。20世纪80年代，我国电力系统不断扩大，调度管理更加复杂，迫切要求实现以电子计算机为基础的调度自动化，对通信提出了新的要求。与此同时，通信技术的发展也开始突飞猛进，数字微波、卫星通信、光纤通信、程控交换等现代通信技术相继引入并得到广泛采用。1980年北京至武汉数字微波电路建成投运，1982年卫星通信开始在我国电力系统应用，1985年我国电力系统第一台数字程控交换机投运，当时在国内都处于领先地位。到1993年，我国电力通信网已形成了连接北京至各省、自治区和直辖市的覆盖范围和较强的通信能力。20世纪90年代中后期，架空地线复合光缆（ＯＰＧＷ）、全介质自承式光缆（ＡＤＳＳ）等电力通信特种光缆技术趋于成熟并得到广泛应用，电话交换、分组交换、数字数据网（ＤＤＮ）、异步转移模式（ＡＴＭ）、会议电话、会议电视等通信业务网也有了很大的发展。
从世界范围看，各国电力系统通信的发展过程基本相似，传输技术的发展大致都经历了电力线载波、微波、光纤等几个阶段。电力线载波通信的研究和应用始于20世纪20年代初期，从20世纪50年代开始逐步采用微波中继通信，到20世纪80年代电力系统特有的架空地线复合光缆等光纤通信技术开始出现，20世纪末已在世界上许多国家的电力系统中得到普遍应用。通信方式也从点对点专线发展到了交换式网络。
1.3 最近10年中的变化
在20世纪的最后10年中，世界上许多国家的电力公司都目睹了电力通信的飞速发展和巨大变化，电力通信得到史无前例的大发展，成为这10年中的一个普遍现象。这一普遍现象呈现两大特征：一是电力专用通信装备水平和服务质量大幅度提高，为电力系统安全、稳定、经济运行提供了更加可靠的保障；二是充分利用电力系统资源优势和电力通信富余能力，参与社会电信市场竞争，已经成为国际上电力公司的普遍趋势。
中国电力通信作为世界电力通信大家庭中的一员，同样经历了前所未有的迅速发展和巨大变化，尤其是在装备水平和服务质量方面。截止到1999 年年底，电力通信网内数字微波电路总长度约为73 000 ｋｍ，微波站总数3 200多个；220 ｋＶ及以上电力线载波机总数8 300余台，话路公里数约为340 000 ｋｍ；110 ｋＶ及以下电力线载波机总数10 000多台，话路公里数约为224 000 ｋｍ；光缆总长16 000多ｋｍ，其中ＡＤＳＳ约4 100 ｋｍ，ＯＰＧＷ约2 000 ｋｍ，缠绕光缆约600 ｋｍ；交换机总容量约200万门；卫星地球站42座；在10多个城市建成了800 ＭＨｚ集群移动通信系统，此外还有一些150 ＭＨｚ和450 ＭＨｚ频段的常规无线通信系统及电缆载波、明线载波、音频电缆、普通光缆等。除上述已建成通信设施外，1999年年底以来，电力通信网内已开工建设了数字微波电路约10 000ｋｍ，光缆线路约20 000 ｋｍ（其中ＯＰＧＷ和ＡＤＳＳ各占约50％）。电力通信发展规划也正在制订中。
从总体上看，我国电力通信的发展，正在朝着既能体现出中国特色又不隔绝于世界潮流的方向前进。
2 新时期电力通信的主要任务
20世纪的经验告诉我们：技术进步、体制改革和市场需求是决定电力通信发展的3个根本因素。在新世纪初，通信技术仍在不断进步，电力和电信体制改革仍在逐步深化，市场需求仍在继续增长，因此，电力通信的发展是历史的必然，关键在于我们如何去把握趋势，抓住机遇，克服困难，迎接挑战。
从发展的眼光来看，20世纪最后10年中电力通信发展变化的两大特征，实际上也反映了新时期电力通信的两个主要任务：一方面要继续完善和提高电力专用通信，为电力系统安全、稳定、经济运行提供更加可靠的保障；另一方面要更加充分地利用电力设施资源优势和电力通信富余能力，形成和扩大新的价值增长点，以保持电力通信发展后劲和提高电力主业竞争能力。
2.1 发展专用通信
20世纪后期的历史经验告诉我们：随着电网规模的不断扩大、电力市场的逐步建立以及用户对供电质量要求的提高，电力系统对信息通信的要求越来越高，依赖性越来越强。尽管由于电信业的发展，传统的电力通信内部市场中的部分业务将面临外部竞争，但是，电力专用通信的核心业务在相当长的时间内仍将只能由电力通信机构来提供，公众电信和专用通信两者差别的完全消失还远非事实。因此，在21世纪初和今后一段时间内，电力通信的内部专用通信，只能加强，不能削弱。
随着时代的发展和技术的进步，电力专用通信的发展面临巨大的风险和挑战。这种风险和挑战主要体现在两个方面。
首先，电力专用通信的主要特点是对通信质量尤其是稳定可靠（可用性）方面的要求很高，但业务量相对较小，如果单纯从业务量需求来考虑，传输容量为2.5 Ｇｂｉｔ／ｓ的系统应当足以应付，而现代通信技术的发展趋势则是容量超大规模化，单纤容量即可高达Ｔｂｉｔ／ｓ级，两者的差距带来了一系列的矛盾和问题。为了保证可靠，应当采用先进技术，但是先进的装备多数都是大容量的，用于专用通信时富余容量沉积很大，形成电力通信风险分析与管理中所谓“过投入”（ｏｖｅｒ－ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ）问题。反之，如果想不跟潮流、容量及性能够用即可，也会遇到一系列新问题，如中小容量的通用设备供应者寥寥，专用产品因为生产批量小而价格极高，产品很快被淘汰后技术支持和备品备件采购困难等，反过来又会影响通信可靠性、实用性和投资效益，造成所谓“欠投入”（ｕｎｄｅｒ－ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ）问题和风险。相比之下，后者的危害和风险更大，因为前者的主要问题是经济性差，而后者则是可用性和安全性的问题。为了保证满足电力系统特殊需要，电力公司不得不对电力专用通信进行持续不断的、高额的“过投入”。
第二，随着电力工业结构调整和管理体制改革的不断深入，电力企业重组后规模和职能发生变化，控制成本、降低电价的压力越来越大，一些功能单一、规模较小的电力公司可能不再具有以往“垂直一体化”（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ－ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）大公司那样对电力专用通信持续高额投入的能力，对ｏｖｅｒ－ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ心有余而力不足，但是减少对通信的投入又将面临ｕｎｄｅｒ－ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ的巨大风险，影响其主业的生产安全和市场竞争与生存能力，由此而陷入进退两难的境地。
从以上分析可以得出两点结论：
第一，电力工业离不开电力通信，电力通信为电力工业提供优质可靠的专用通信，责无旁贷，应当作为电力通信发展的首要目标。
第二，技术和经济的发展，已经并将继续给传统的电力通信生存方式带来严峻的挑战，寻找新的出路既是电力通信发展的需要，也是电力公司主业的需要，在更广泛的意义上讲，也是国家利益的需要。
2.2 开拓外部市场
电力通信要积极开拓外部市场，不仅是必要的，也是可能的。
必要性方面，走出去不仅仅是通信专业发展的需要，也是电力工业发展的整体需要；不仅仅是受外部市场利益的拉动，更多的是受内部环境和矛盾发展变化的推动。电力通信要健康发展，必须寻找新的出路和支点，传统的闭门发展模式迟早将走入死胡同。
可能性方面，电信体制改革和市场逐步开放，为电力通信的发展创造了必要的外部条件。从内部的主、客观条件看，国家电力公司高度重视电力工业信息化的发展（包括生产控制自动化和企业管理现代化），高度重视电力通信在电力工业信息化进程中的基础和主导作用，高度重视利用电力系统特殊优势为国家现代化与信息化贡献力量。
电力系统除了有部分富余容量可直接用于对外服务，还有将特殊资源潜力挖掘出来用于发展通信的优势。在长途网方面，全国有220ｋＶ及以上的输电线路近15万ｋｍ，2005年预计达到21万ｋｍ，运用电力特种光缆的设计、施工和维护技术，可将其复用为光缆路由资源。在本地网方面，电力系统拥有大量的电力管道（沟道、隧道）、杆塔以及光纤等直接或间接的电信基础元素，有较好的机房等基础设施和可靠的电源。在接入网方面，低压配电线路遍布城乡各个角落，利用电力线传送高速数据的技术正在试验并逐步走向成熟。
总之，开拓外部市场，是电力通信发展中的一个重大问题，不仅关系到电力专用通信能否健康地发展和生存，也关系到电网的安全与稳定能否得到效的保证。因此，为电力通信发展创造良好的环境和条件，促进电力通信健康发展，保障电网供电优质安全，同时充分利用好电力系统的潜在资源，不仅是电力部门义不容辞的责任，也是国家的责任。
作为电力通信部门，更应积极努力，锐意改革，在国家有关主管部门和国家电力公司的支持、指导和帮助下，解决好中国电力通信作为电信经营企业所必须解决的资本结构、组织体系、经营实力三大问题和市场准入问题，发挥长期从事高可靠专用通信运行管理经验优势和电力系统可用资源优势，塑造“电通”品牌。在企业发展战略方面，可按富余能力消化、边际成本运营、全面商业运营等方式，视政策环境和外部条件情况，分步前进或一步到位。
3 电力专用通信的技术发展问题
3.1 总体思路
从计算机与通信技术的融合以及专用通信的特点可以看出，专用通信网的最终发展目标将是广义的信息系统。ＩＴＵ将“演进环境中的电信体系结构”（ＴＡＥＥ）修改为“信息通信体系结构”（ＩＣＡ），以及在过去相对独立的信息技术（ＩＴ）和通信两个领域，现在越来越频繁地共同使用“ＩＣＴ”（信息通信技术）等，也从某个侧面反映了上述趋势。笔者在不同场合多次提出，电力专用通信网的最终发展目标是国家电力信息基础设施（ＳＰＩＩ），更准确地说，是ＳＰＩＩ的信息通信网络平台。这是实现电力工业信息化（包括生产控制自动化和企业管理现代化）的物质基础。参照国家权威机构和信息通信业界的基本共识，ＳＰＩＩ主要应由三大部分组成：信息通信网络平台、各种计算机应用系统和各种信息资源。信息通信网络平台不仅仅只是传输，而是可以进一步纵向分层、横向切块、包含信息传递多种功能的综合体。计算机应用系统既可以是单点设置的，也可以是建立在网络平台基础上的，局域、城域或广域范围互连的、多点分布的逻辑网络系统。信息资源既有某个应用系统专用的，也有多个应用系统甚至所有应用系统公用的。ＳＰＩＩ发展中需要解决的重大问题主要有3个：带宽瓶颈、网络安全和信息应用。
在电力工业信息化进程中，电力通信的主要任务将是：建立信息通信网络，为各专业、各部门提供公共平台和网络服务，其中对不同性质的计算机应用系统可以有不同的服务质量和优先等级；建立与电力通信业务管理有关的计算机应用系统，如通信监控与网管系统、网络规划与通信企业管理信息系统、资费管理系统、客户服务系统等；开发和维护与电力通信相关的信息资源，如号簿资源、客户信息资源等。
电力通信在电力工业信息化中担当基础和主导作用是技术和历史发展的必然结果，这并不意味电力通信要包揽一切，恰恰相反，信息时代的电力通信更要顺应时代潮流，满足各方需求，尤其是电网调度自动化系统和管理信息系统等主要应用系统的需求，摆正自己在信息通信生产价值链上的位置，追求双赢甚至多赢，实现整体利益最大化。
3.2 网络平台
在平台技术的选择方面，主要的制约因素是远方保护、远动中的遥控遥调等关键业务，另外，最近几年中，远动方面的局域网远程延伸，安全自动装置的多点联动分布式网络，电力市场支持系统中保密和非保密、Ｂ ｔｏ Ｂ和Ｂ ｔｏ Ｃ等各种子系统的投入等，都对电力通信技术演进方向产生了影响。由于电力通信业务的多样性和技术要求特点的差异性，有些特殊业务需要通过网络底层直接承载，有些业务可以集中到上层的ＩＰ，而另外一些业务则需要利用中间的某一层（ＡＴＭ或ＳＤＨ），因此，那种认为电力通信网也应该像公网一样直接ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ，实现“扁平化”的观点，是不符合电力系统的实际的。国际上电力通信界目前占主导地位的趋向是在某个局部采用最适当的技术，组成子网，然后通过网络互连（ｉｎｔｅｒ－ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）技术形成整体网络平台。问题是怎样确定这些局部区域的划分才能使整个网络平台既具有最大的灵活性和局部优化的性能，又能保证最大的有效性和互连性能。
根据电力通信发展的总趋势和资源优势的分布，宽带城域网的发展将会成为继长途光缆干线和高速广域网建设之后的一个新的热点，其中，直接架构于ＤＷＤＭ光通信网上的千兆以太网和万兆以太网正在成为宽带城域网的主流。以太网技术由局域网向城域网延伸的趋势，值得引起特别注意，电力通信企业应当大力加强对数据通信网络技术的培训和研究，以适应形势和事业发展的需要。
3.3 传输技术
传输技术方面，电力特殊光缆技术将越来越成熟，应用将越来越普及。主要应当关注的问题如下。
1）工程设计和光缆选型问题。电力特殊光缆工程设计，概括起来是要解决好4个方面的问题：电气、机械（包括力学）、纤芯和电子设备问题，具体到每一种光缆，这些问题的特征也多少有些差别。需要特别指出的是，应当加强对于纤芯制造和成缆工艺的研究和了解，纤芯种类的选择是成本、性能、市场等诸多因素的综合权衡，但是，选定的种类（如Ｇ．652或Ｇ．655）中，不同厂家的不同制造工艺（制棒、拉丝、分色、阻水措施等）将直接或间接地影响光缆的寿命，因此，决不可简单地认为只要符合国际标准选哪个都一样。当然，科学的选择需要科学的组织和科学的手段。此外，应当关注和研究金属铠装自承式光缆（ＭＡＳＳ）的应用问题，ＭＡＳＳ的结构与ＯＰＧＷ类似，但由于不需要承载短路电流，设计问题比较简单，与ＡＤＳＳ相比也有不少优点，如果电能损耗和安全距离等问题解决得好，有可能成为一种值得推广的新方式。
2）特殊光缆施工新技术。例如将地线更换为ＯＰＧＷ的带电施工技术，ＡＤＳＳ的施工防护和监视技术等。掌握更全面的施工技术可以增强通信发展的灵活性，减少相互制约。
3）特殊光缆维护和抢修技术。由于网架完善需要投资和时间，特殊光缆一般都承担重任，一旦出现问题，可能会造成通信大动脉中断，而且也难以停电检修，因此其安全性问题应当引起高度重视。主要的预防措施可包括：加强产品质量检测和进网管理；加强工程设计与施工质量管理；加强工程验收和技术档案管理；加强预防性维护（实时监测、定期巡视及对照原始档案分析比较）；加强光缆纠正性维护（事故抢修的策略、技术、材料、工具等方面）的研究和落实。目前，国际上已经有了电力特种光缆的维护和抢修技术导则，加上高压线路相对来说安全系数很高，因此，关注这一问题的现实意义是如何更好地满足电力系统非常严格的可靠性要求，对于一般工业用途和民用通信来讲，是完全不成问题的。
3.4 接入技术
接入网在现代通信网中占有越来越重要的地位。在电力系统，过去主要集中精力于解决发电、输电、变电所需的通信问题，由于用户面较窄，接入问题不突出。现在，随着城市电网改造和用户要求的提高，解决配电网的通信问题已经成为电力通信建设的重点之一。
除了采用光缆外，电力通信接入网方面目前世界各国电力公司和相关设备制造厂商都在积极探索研究利用已有电力线路作为传输媒介，实现高速信息通信。其中包含两个大的分支，一个是面向配电网自动化的，国外一般称为ＤＬＣ（配电线路载波）；另一个是面向进户线路和户内线路的，在美国称为ＰＬＴ（电力线路通信）。这两者的差别不仅在于使用对象不同，技术特征也有所不同，如速率要求、线路条件、线路共享方式和用户密度等。
ＰＬＴ由于涉及面广，受到很多人的关注。它是220／380Ｖ线路上的高速通信，包括作为接入网末段（配电变压器至责任分界点）和作为用户住地网（ＣＰＮ，也叫家庭网ＨＮ）两个应用领域。基于ＰＬＴ的ＣＰＮ，主要可用于户内多台计算机联网、智能家用电器控制、电力增值服务、终端设备灵活接入等。
目前，国际上有多个机构（行业协会、标准组织、专业论坛等）在开展这方面的研究和推广工作，许多国际知名的通信及计算机设备制造企业都积极参与。据报道，国外已有多家公司实际演示或宣布推出了2 Ｍｂｉｔ／ｓ及以上速率的室内电力线通信产品，如加拿大Ｃｏｇｅｎｃｙ公司（25 Ｍｂｉｔ／ｓ ＠ 4～20 ＭＨｚ）、美国Ｉｎｔｅｌｌｏｎ公司（14 Ｍｂｉｔ／ｓ ＠ 3.5～16.5 ＭＨｚ）、以色列Ｉｔｒａｎ公司（12 Ｍｂｉｔ／ｓ ＠ 4～20 ＭＨｚ）、美国Ｅｎｉｋｉａ公司（10 Ｍｂｉｔ／ｓ）、美国Ｉｎａｒｉ公司（2 Ｍｂｉｔ／ｓ）、瑞士Ａｓｃｏｍ公司（2 Ｍｂｉｔ／ｓ）等。一些电力公司也正在进行一定规模的现场试验。在我国，低速率ＤＬＣ和ＰＬＴ（接入网末段及ＣＰＮ）产品早已出现，也有一些应用。国家电力公司目前正在组织进行高速产品的研究和开发，主要包括3个方面：一是针对我国电网具体情况进行传输特性测试与建模；二是有关适合电力线路通信特点的新型调制方式、编码方式等抗干扰措施的基础研究；三是自行研制开发，或对国外专业厂商生产的器件特性进行研究和测试，选择性能价格比最佳者进行系统集成和国内配套，形成实用化产品。
4 结束语
本文参考资料来源主要有4类：一是国家电力公司总经理高严同志在国家电力公司2001年工作会议上的报告，二是《中国电力百科全书》（第一版和第二版），三是相关网站及媒体，四是本人过去发表的学术论文。由于水平有限，无论对领导讲话和文献资料的理解，还是作为个人意见发表的观点，都不可避免存在局限性甚至错误，欢迎批评指正。撰写此文的目的只是参与讨论，抛砖引玉，共同推进21世纪专用通信特别是电力通信的发展。 |
作者：曹惠彬 合作媒体：中国电力通信网 编辑：顾北 |
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