高壓變電站內系統通信設備的集成方案研究*

神祥明，仇張權，施鈴泉，陳志杰，姚賢炯

（1.上海電力設計院有限公司，上海 200025；2.國網上海市電力公司長興供電公司，上海 201913； 3.國網上海市電力公司，上海 200122）

0 引 言

電力通信網與電網密不可分，是電力系統的重要組成部分。作為電力系統中第二個實體網絡，電力通信網依托電網建設，為電網安全穩定運行與電網企業現代化管理提供了重要支撐。高壓變電站中系統通信設備承載電網調度生產業務，包括調度電話、電力系統專有業務和調度、生產管理系統業務等[1]。電力系統專有業務主要包括線路繼電保護、安全自動裝置和遠動專線等，是保證電網安全、穩定運行必不可少的電網核心業務，要求極高的可靠性和較短的傳輸延時。調度、生產管理系統業務主要包括調度自動化系統、功角測量系統、電能量計量系統、變電站圖像監視系統和電能質量監測等，對傳輸時延要求較電力系統專有業務低，但對數據傳輸的可靠性和安全性要求較高[2-3]。

在業務承載方式上，電力系統專有業務信號一般采用基于TMD技術專線在SDH傳輸網上傳送，采取點對點運行方式，通常考慮主備兩條通道，并以互備方式運行；調度、生產系統管理業務主要承載在電力調度數據網、數據通信網上。

為響應國家建設“資源節約型、環境友好型”社會的要求，節約規劃用地，變電站設計需要統籌考慮進行優化。各專業需考慮通過設備集成有效減小設備占用空間，降低工程造價。

傳統高壓變電站（220 kV及以上）內的系統通信設備種類較多，業務接口類型較多。系統通信設備按照單獨的設備組柜，設備機柜占用空間大，功耗大，設備之間的線纜連接較多。隨著通信設備的集成化發展，各類功能的系統通信設備以板卡和模塊形式集成為一體化設備成為可能。本文針對業務需求從原理角度提出了一種設備集成化方案，以此解決傳統變電站系統通信設備目前存在的弊端。

1 高壓變電站系統通信設備現狀分析

傳統高壓變電站（220 kV及以上）內的單平面系統通信設備連接，如圖1虛線框內所示，涉及到SDH光傳輸設備、PCM設備、數據通信網路由器設備、E1光電轉換器和規約協議轉換器等[4]，設備種類多，業務接口類型多。不同的通信接口采用不同的通信設備，特殊的通信網絡協議也要單獨的設備承載，通信設備之間需多級轉接。傳統變電站系統通信設備按照單獨的設備組柜，典型220 kV及以上變電站的單平面系統通信設備組柜示意圖，如圖2所示。單平面系統通信設備的機柜占用4面機柜的位置，占用空間大，功耗大，設備之間的線纜連接較多。

圖1 系統通信設備連線

2 設備集成方案分析

鑒于現有技術的不足，本文提出了一種變電站的系統通信設備集成方案，改善現有的設備占用空間大、功耗高和接線復雜等弊端。表1列舉了常見的高壓變電站系統通信設備的業務類型、業務名稱、接口類型以及本文建議的集成方向。

根據上述集成方向，本文設計了一種變電站的系統通信設備集成方案，設備構造如圖3所示。其中，1為出線區，2為中央處理器，3為電源轉換器， 4為電源接口盤，5為通信總線，6為PCM數模轉換板卡，7為低速率業務板卡，8為三層以太網交換板卡，9為以太網業務板卡，10為E1/光轉換板卡，11為E1接口板卡，12為光接口板，13為業務開銷板卡，14為交叉矩陣，15為交叉時鐘板卡。

本設計方案中設備設有出線區，集成設備的對外接口統一由出線區對外接線；集成設備還包括中央處理器、若干功能板卡、電源轉換器、電源接口盤以及通信總線；中央處理器與每一個功能板卡控制連接；電源轉換器用于將外接電源電壓轉換為功能板卡的工作電源電壓；電源接口盤用于將電源轉換器轉換后的電流連接至各功能板卡；通信總線用于傳輸各功能板卡之間的數據信號。

功能板卡包括PCM功能板卡、以太網功能板卡、E1功能板卡、SDH功能板卡和光接口板。

PCM功能板卡包括PCM數模轉換板卡和低速率業務板卡。PCM數模轉換板卡用于實現2M數字信號與64k模擬信號之間的轉換；PCM數模轉換板卡通過低速率業務板卡提供FXS/FXO接口、RS232/485接口和4W E&M接口。

圖2 系統通信設備組柜

表1 系統通信設備的業務類型、業務名稱、接口類型及集成方向

以太網功能板卡包括三層以太網交換板卡和以太網業務板卡。三層以太網交換板卡用于網絡層數據轉發和數據鏈路層數據交換。以太網業務板卡提供10M/100M以太網業務接口，其接口的物理類型為單模光口和RJ45電口。

E1功能板卡包括E1/光轉換板卡和E1接口板卡。E1/光轉換板卡用于將E1數字信號轉換為光信號，通過E1接口板卡提供E1數字接口和光E1接口。

圖3 系統通信集成設備透視

SDH功能板卡包括業務開銷板卡、交叉矩陣和交叉時鐘板卡。業務開銷板卡用于SDH幀結構中再生段和復用段字節的提取和插入、POH高階通道的處理以及線路時鐘的提取和告警處理；交叉矩陣用于完成STM-N信號的交叉連接；交叉時鐘板卡與交叉矩陣配合，完成SDH低階交叉功能和時鐘功能。

光接口板包括STM-1/4光接口盤、STM-16光接口盤、STM-64光接口盤以及相應的短距、長距光接口板卡。

3 集成設備應用分析

將變電站內的系統通信功能板卡集成為一體化設備后，系統通信集成設備連線如圖4所示。與 圖1相比，只需使用一臺設備可以容納不同的通信接口，無需通信設備之間多級轉接，接線和施工變得方便簡易，設備占用空間節省80%左右，用電功耗大幅下降，設備之間的線纜連接減少50%以上。

4 結 語

本文針對電網生產運行中變電站的業務需求，提出了一種變電站的系統通信設備集成方案，改善了現有的設備占用空間大、功耗高、接線復雜等缺陷，將變電站內的系統通信功能板卡集成為一體化設備，大量節省設備占用空間、節省用電功耗、大幅減少設備之間的線纜連接，接線、施工、運維都方便簡易。本文對設備制造企業根據業務需求進行產品研發也具有指導意義，設備制造企業可結合業務需求進行行業通信產品的開發。

圖4 系統通信集成設備連線