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) Sồỹi quang coù chióỳt suỏỳt nhaớy bỏỷc (hỗnh 3) (SI: Step Index).
Vỗ chióỳt suỏỳt cuớa loợi khọng õọứi, chióửu daỡi õổồỡng truyóửn khaùc nhau vaỡ thồỡi
gian truyóửn cuợng khaùc nhau vồùi cuỡng mọỹt chióửu daỡi sồỹi nón dỏựn tồùi hióỷn tổồỹng khi
õổa xung aùnh saùng heỷp vaỡo õỏửu sồỹi, xung ra seợ rọỹng hồn. ỏy laỡ hióỷn tổồỹng taùn
sừc.





Hỗnh 3: Sồỹi quang coù chióỳt suỏỳt nhaớy bỏỷc

b) Sồỹi quang coù chióỳt suỏỳt giaớm dỏửn (hỗnh 4) (GI: Graded Index).
Chióỳt suỏỳt cuớa loợi coù phỏn bọỳ hỗnh parabol. Vỗ chióỳt suỏỳt cuớa loợi thay õọứi
lión tuỷc nón tia saùng truyóửn trong loợi bở uọỳn cong õỏửu. Tia truyóửn doỹc õổồỡng truỷc
coù õổồỡng truyóửn ngừn nhỏỳt nhổng vồùi vỏỷn tọỳc nhoớ nhỏỳt vỗ chióỳt suỏỳt ồớ truỷc laỡ lồùn
nhỏỳt. ọỹ taùn sừc cuớa sồỹi GI nhoớ hồn nhióửu so vồùi sồỹi SI.






Hỗnh 4: Sồỹi quang coù chióỳt suỏỳt giaớm dỏửn

c) Sồỹi õồn mode SM (hỗnh 5) (Single Mode).
Laỡ sồỹi coù kờch thổồùc nhoớ õóứ chố coù mọỹt soùng cồ baớn õổồỹc truyóửn. Vỗ chố coù

mọỹt mode soùng õổồỹc truyóửn nón õọỹ taùn sừc do nhióửu õổồỡng truyóửn bũng khọng.
Sồỹi õồn mode coù daỷng phỏn bọỳ chióỳt suỏỳt nhaớy bỏỷc.






Hỗnh 5: Sồỹi õồn mode

Mỷt cừt Chióỳt suỏỳt ổồỡng truyóửn aùnh saùng Xung vaỡo Xung ra
Mỷt cừt
Chióỳt suỏỳt
ổồỡng truyóửn aùnh saùng Xung vaỡo Xung ra
Chióỳt suỏỳt
ổồỡng truyóửn aùnh saùng
Xung vaỡo
Xung ra
Mỷt cừt
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