電力配網(wǎng)通信網(wǎng)絡的設計與實施

趙靖宇

（渭南光明電力集團有限公司澄城分公司，陜西 渭南 715200）

0 引 言

隨著時代的發(fā)展和科技的進步，人們生活條件得到了一定提升，因此對電力的質(zhì)量、數(shù)量有著更高的要求。配網(wǎng)通信擔任著配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的信息傳輸任務，建設高水平的配網(wǎng)通信網(wǎng)絡可以提升電網(wǎng)電力自動化系統(tǒng)的服務水平[1]。為進一步提升廣東省惠州市配網(wǎng)通信網(wǎng)絡設計技術，本研究針對廣東省惠州市惠城區(qū)（以下簡稱惠城區(qū)）的配網(wǎng)通信系統(tǒng)，提出了一種新的設計方案。

1 惠州市配電通信網(wǎng)組網(wǎng)總體設計原則

配電通信網(wǎng)示意如圖1 所示。基于對如何選取產(chǎn)品設備型號、規(guī)劃網(wǎng)絡結構以及選擇合適的通信技術3 個方面問題的考慮，參照以下原則進行配網(wǎng)通信的組織與規(guī)劃：（1）應該以“統(tǒng)一規(guī)劃、適當超前、建設同步、因地制宜”的原則建設通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，根據(jù)業(yè)務類型的不同，各個地區(qū)的配網(wǎng)建設目標也不同，需要制定不同的規(guī)劃；（2）配電通信網(wǎng)骨干層在具備10 kV 線路的超過35 kV 的站點設置匯聚節(jié)點，在備調(diào)、地調(diào)設置核心節(jié)點；（3）匯聚層與核心層是配電通信網(wǎng)絡建設必備的2 個分層，各個配網(wǎng)業(yè)務的數(shù)據(jù)匯聚在一起傳輸至匯聚層，匯聚層再將數(shù)據(jù)傳給核心層，而核心層負責處理配網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)，并傳送到匯聚層站點；（4）有必要給配電通信網(wǎng)搭配一個網(wǎng)絡管理平臺，可以基于平臺對網(wǎng)絡實現(xiàn)高效率運維和管理。

圖1 配電通信網(wǎng)示意

2 惠州市配網(wǎng)通信的建設問題

結合近幾年有關惠州市環(huán)境特征和配電自動化搭建現(xiàn)狀的調(diào)研資料分析可得，仍存在下列問題。

（1）雖然目前惠州市配網(wǎng)通信開始租用4G 網(wǎng)絡通信，但是4G 網(wǎng)絡并沒有全面覆蓋整個通信系統(tǒng)，光纖通信也有限[2,3]。因此，需要對配網(wǎng)自動化進行進一步規(guī)劃改造，并將其無線通信策略選取為4G 傳輸通信。

（2）截至2022 年，惠州市已經(jīng)進行了不少于12 次的改造配網(wǎng)線路項目，但是線路覆蓋率仍不足7%，僅為6.5%，突顯較低的自動化水平。

3 惠城區(qū)配電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設規(guī)劃

根據(jù)惠州市對于建設配網(wǎng)自動化的預期設定可以得出，2023 年規(guī)劃在惠城區(qū)達到98%以上的“三遙”覆蓋程度，分段開關的“三遙”覆蓋程度要達到95%以上。而對于惠州市內(nèi)除惠城區(qū)之外的其他地區(qū)，分段開關的“二遙”覆蓋程度要達到93%，聯(lián)絡開關的“二遙”覆蓋程度要達到95%，進一步實現(xiàn)全線路饋線自動化與架空線路全面自動化。

提高惠州市配網(wǎng)通信水平的首要任務是解決主城區(qū)的通信建設要求，本研究選取惠城區(qū)為配電網(wǎng)工程建設試點站點，選取的6 個變電站名稱分別是110 kV雅居變電站、220 kV 金源變電站、110 kV 烏石變電站、220 kV 汝湖變電站、110 kV 江畔變電站以及110 kV 水北變電站。本配網(wǎng)通信系統(tǒng)圍繞著這6 個變電站進行設計。

4 惠城區(qū)配電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設方案

4.1 主干層網(wǎng)絡通信方案

配電網(wǎng)的主站與子站之間會進行通信，主站與各個工作站之間也會進行通信，而通信的平臺是基于通信網(wǎng)絡的傳輸層。江畔變電站、汝湖變電站、水北變電站以及烏石變電站這4 個站點的調(diào)網(wǎng)設備還不夠完善，因此對這4 個站點的主干網(wǎng)絡進行建設。為了完善調(diào)網(wǎng)設備，在這4 個站點每處單獨安裝一臺配網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機，目的是搭建相應的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。擬添加的數(shù)據(jù)網(wǎng)鏈路如表1 所示。

表1 核心層網(wǎng)絡附加鏈路表

4.2 接入層網(wǎng)絡通信方案

惠城區(qū)在建設配電自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡時，最大只有幾千字節(jié)的數(shù)據(jù)需求，選取任何傳統(tǒng)的通信方式都可以實現(xiàn)需求。那么，在建設配網(wǎng)通信時更多地要考慮系統(tǒng)的建設成本等。選取工業(yè)以太網(wǎng)，并基于手拉手的方式組網(wǎng)成環(huán)，手拉手環(huán)網(wǎng)結構具體如圖2所示。接著，將系統(tǒng)的子站點就近接入附近的變電站，配網(wǎng)與主網(wǎng)通信網(wǎng)相連接。基于經(jīng)濟成本的角度出發(fā)，本研究選用租用公網(wǎng)通道實現(xiàn)配網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，從而達到“二遙”的操作。在接入層設計方面，采用10 Mb/s 的鏈路設計通信鏈路，接入方式采用手拉手環(huán)網(wǎng)結構，如圖3 所示，其中從汝湖變電站到烏石變電站需要經(jīng)過雅居變電站的環(huán)網(wǎng)柜。

圖2 雙電源手拉手環(huán)網(wǎng)電路接線

圖3 惠城區(qū)配電通信網(wǎng)一期建設目標

“一遙”“二遙”的配電終端，在基于公網(wǎng)通信時，一般選擇通過無線專網(wǎng)虛擬專用網(wǎng)絡（Virtual Private Network，VPN）通道，將終端里的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡尽；凇翱v向認證，橫向隔離”的原則，如果考慮電力二次系統(tǒng)的安全性，那么將在終端處設置防火墻，如圖4 所示。

圖4 惠城區(qū)配電通信網(wǎng)公共網(wǎng)絡租賃渠道示意

配網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡系統(tǒng)建設完成時，配網(wǎng)可以通過通信通道對其數(shù)據(jù)參數(shù)進行24 h 監(jiān)控，還可以遠程對配電設備進行操作。配電網(wǎng)的相關部門也可以借此優(yōu)化配網(wǎng)線路，從而延長設備使用時間，減少人工成本，提高運維效率。

4.3 4G 無線公網(wǎng)組網(wǎng)

由于惠州市的地理環(huán)境特殊，導致較難開展光纜鋪設工作，本研究基于無線公網(wǎng)的通信方式對部分接入層進行建設。此外，設計了基于頻分雙長期演化（Frequency Division Dual Long Term Evolution，F(xiàn)DDLTE）和時分法重復長期進化（Time Division Duplexing Long Term Evolution，TDDLTE）的無線接入系統(tǒng)，其有效地接入剩下的“二遙”“一遙”接入層站點。

無線公網(wǎng)通信主要有VPN 和專線2 種形式[4,5]。專線經(jīng)濟成本低，因此主要選取專線方式進行無線組網(wǎng)。在配網(wǎng)通信網(wǎng)絡組網(wǎng)中，4G 通信終端是必不可少的，基于公網(wǎng)的4G 網(wǎng)絡可以對終端進行遠程監(jiān)控，如數(shù)據(jù)傳輸單元（Data Transfer Unit，DTU）、饋線終端裝置（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）等。另外，合理運用交換機、路由器，可以進一步提高運營商和主站系統(tǒng)的連接效率。由于4G 通信模塊的存在，節(jié)點連接可以保證更高效率和安全性，僅需要驗證身份后就可以得到相關IP。基于VPN，可以讓鏈路保持高效率通信，使其同時容納不低于20 000 個終端的同時使用。

5 具體實施預期成果

本研究針對惠城區(qū)的配網(wǎng)通信系統(tǒng)，提出了一種新的設計方案。同時，將此方案正式投入惠城區(qū)當?shù)卦诮ǖ呐潆娋W(wǎng)電力自動化項目，通過目前的數(shù)據(jù)分析可以得出建成后預期取得的成果如表2 所示。

表2 惠城區(qū)配電網(wǎng)工程實施前后指標對比

可以從表2 得出，基于本研究所提出的電力配網(wǎng)通信網(wǎng)絡，惠城區(qū)的配電網(wǎng)電力自動化技術得到了進一步的提升。終端設備覆蓋率和“三遙率”達到了100%，滿足惠州市配網(wǎng)自動化建設預期設定中對于主城區(qū)惠城區(qū)的要求，提高了惠州市配網(wǎng)的通信能力。而配網(wǎng)通信技術的升級，可以提高供電的服務質(zhì)量與惠州局的社會形象，具有顯著的社會效益。

6 結 論

建設配電自動化通信網(wǎng)絡，可以有效地保證配電網(wǎng)運行的可靠性，進一步推動配電網(wǎng)管理的發(fā)展。為了提高惠州市配網(wǎng)通信技術，本文提出了一種新的設計方案，方案的具體實施改造是圍繞著惠城區(qū)進行，最后對具體施工建設后取得的預期成果進行估計，證明本次改造的有效性。