固原配電自動化系統通信通道建設方案

固原供電局 楊 哲

1.引言

配電自動化是通過對配電終端的全面監測、靈活控制、優化運行和運行維護管理，從而提高供電可靠性、改善供電質量和提升電網運營效率的重要技術手段，是智能配電網的重要功能組成。配電自動化建設主要包括配電主站、配電子站、配電終端和通信網絡等項目[1]。通信網絡是連接主站系統和配電終端的橋梁，是實現配電網信息流快速、可靠、安全傳輸的基礎。配電自動化通信通道的設計和建設直接關系到配電自動化系統的功能實現，其科學性和合理性至關重要。在建設配電自動化通信系統時應充分考慮并滿足配電自動化系統的需求，已覆蓋全部配電終端為目的，為配電終端信息傳輸提供符合標準要求的數據通道。配電自動化系統可采用的通信方式主要包括：(1)光纖專網通信，包括以太網無源光網絡(EPON)、工業以太網等技術；(2)配電線載波通信方式，包括電纜屏蔽層載波等技術；(3)無線專網通信方式，包括230MHz、WiMax等技術；(4)無線公網通信方式，包括GPRS/CDMA/3G等技術。

圖1 EPON組網圖

圖2 工業以太網組網圖

無線公網信道自主性較差，通信質量受制于網絡環境的影響，無論是安全防護，還是故障排查都比較被動。無線專網信道流量小、通信速度慢、覆蓋范圍有限[2]。配電線載波信道受網架結構、線路狀況的影響大，干擾噪聲顯著，衰耗較大，通信可靠性難以保證。電力光纖專網是指以光纖為信道介質的電力系統內部通信網絡，它以可靠性高、保密性和抗干擾能力強、高帶寬及傳輸距離遠等優點成為配電自動化系統的首選通信方式[3]。目前，應用于配電自動化系統的光纖專網通信技術主要是基于以太網的無源光網絡(EPON，Ethernet over Passive Optical Network)和工業以太網技術。

2.工業以太網和EPON比較

工業以太網和EPON作為兩種最重要的配網通信解決方案，各有特點，在配電自動化系統建設中均有的應用。

圖3 固原市主城區光纖網絡拓撲圖

圖4 配電通信網結構圖

(1)協議標準化方面：工業以太網技術已成熟多年，底層協議、網絡冗余協議、管理協議等協議的標準化工作早已完成，不同廠商的設備通用好，容易實現設備混合組網[4]。EPON技術由于近幾年才發展起來，很多標準尚處于逐步完善階段，很多技術細節有待統一，如動態帶寬DBA算法、加密算法等，不同廠商的設備互通還存在一定困難。

(2)組網方式方面：EPON可以通過分光器形成點到多點網絡模式，非常適合配網的實際分布情況。各ONU采用并聯方式接入，抗多點失效能力強。對于新增節點，通過更換光分路器即可增加方向，非常方便，圖1為EPON組網圖。

工業以太網交換機主要采用分段冗余、相交環、相切環等方式，提高組網的可靠性，抗多點失效能力弱[5]。對于擴容，需要更換相連節點的交換機以便支持多更多的光口，成本會增加。

圖2為工業以太網組網圖，相比工業以太網技術，EPON更適合配電網絡接入點分散、接入點變化大等特點。隨著EPON協議標準化的進程，網絡互通問題會逐步得到解決，建設成本會進一步下降，因此EPON技術會得到越來越廣泛的應用。

3.固原配電通信網建設

固原市區面積約為1.44萬平方公里，供電半徑較小。城區內現有110kV變電站2個，共有20條供電線路，配電終端100臺，最長線路為10.62公里，而EPON的最大傳輸距離為20公里，因此只需在現有變電站和局中心站分別建設3套OLT，就可以滿足EPON組網需求。

3.1 光纖網絡建設

配電通信光纖網絡建設按照“因地制宜、經濟實用、適度超前”的原則，光纜線路不單純沿供電線路建設，而是采用合并線路路由的方法，對于走徑重疊的供電線路，只沿電力架空線路或電纜溝及管線敷設單根光纜，使其覆蓋途經的每個環網柜、柱上開關及電纜分接箱。依據配電終端分布及數量，主干光纜線路全部采用48芯光纜，分支線路全部采用12芯等芯數較少的光纜，在滿足現有終端接入和組網要求的同時，為以后的網絡拓展儲備充足的光纖資源。所有光纜線路盡可能從一個站點或終端引出，在另一個站點或終端終結，，盡量避免射線輻射方式，便于實現保護組網方式。固原配電通信網拓撲圖如圖3所示。

3.2 組網方式選擇

配電終端與ONU之間的接口方式為FE口或RS-485接口，OLT與子站MSTP設備之間的接口方式是FE口。配電通信業務通過EPON網絡匯聚至子站OLT設備后，然后再通過OLT設備的上聯接口傳至MSTP骨干傳輸網絡，傳輸至主站。主站系統控制層主要完成數據信息的提取、分析以及優化等各種管理功能，并完成對通信匯聚設備、通信終端等設備的管理。網絡結構圖如圖4所示。

終端接入遵循“就近接入”的原則，根據實際網絡狀況全部采用下行全程保護和手拉手的方式組網，以滿足配電自動化系統對數據傳輸實時性和可靠性的要求。如南郊變114中河線，其線路延伸方向決定沿線光纜無法形成環網，只能采取單支路敷設，這種情況采用下行全程保護組網方式，放置在南郊變的OLT可以出2個不同板卡上的獨立PON口組成2條鏈路互為備份，各個環網柜或柱上開關處的ONU可以通過雙PON口分別連接到這2條鏈上，每條鏈上的分光器均采用1:2非等分光器，雙PON口可以提供高可靠性。如圖5所示。

如文化街沿線，可以采用手拉手的組網方式，分別從調調中心站和北郊變的2個OLT各出1個PON口組成手拉手鏈路的組網方式，各個雙PON口ONU分別連接到這2條鏈上，這樣可以實現OLT設備、主干光纖、PON端口、分光器、分支光纜全網的保護，任何1臺OLT、任何一個PON口、任何一個分光器、任何一條光纜出現故障都不影響ONU的正常使用。如圖6所示。

4.結束語

配電自動化系統是智能配電網建設的重要內容，EPON作為用配電自動化系統的傳輸平臺，可以滿足網絡架構、網絡安全、后期維護、系統管理等多方面要求。根據智能配電網建設需求，配電通信網建設將成為“十二五”期間通信專業重要工作之一。由于之前配電通信網建設并未大規模開展.可供借鑒的成功經驗并不多，因此在建設時會存在一些問題。但總體而言，只要持統一管理、統籌規劃、分布實施的原則，以整合通信資源、協調發展為目標，就能建成統一先進的配電通信網平臺，全方位滿足智能配電環節的各項業務的傳輸需求，為電網智能化建設提供堅強的技術支撐。

[1]劉振亞.智能電網知識問答[M].北京:中國電力出版社,2010,82.

[2]國海,陳松,權悅.配電網自動化通信方案的對比及應用設計[J].電子技術,2008,45(9):25-27.

[3]覃琰,王杰.配用電信息采集系統遠程通道設計[J].通信技術,2011,44(8):79-84.

[4]但偉,周洪,夏明曄,彭國富.基于工業以太網的配電自動化系統的設計[J].微計算機信息,2008,24(12):49-51.

[5]楊雪,于昉,劉衛華.EPON技術再配電網自動化系統中的應用[J].山東電力技術,2011(6):19-23.