县级农村电力通信网络组织方案探析

田西秦，黄伦

（1.陕西省地方电力（集团）有限公司周至县供电分公司，陕西周至710400；2.西安供电局，陕西西安710032）

县级农村电力通信网络组织方案探析

田西秦1，黄伦2

（1.陕西省地方电力（集团）有限公司周至县供电分公司，陕西周至710400；2.西安供电局，陕西西安710032）

创一流县级电力企业，对县级电网通信质量的要求越来越高，不但要解决通话要求，还必须提供遥测、遥信、遥控、遥调所需要的通道。特别是近几年远程视频监控系统、远程抄表系统等高科技产品的应用，对县级供电企业的通道建设提出了更高的要求，旧的传统通信模式已经远远满足不了电网发展的需要[1-2]，当前，光纤通信因其大容量、宽频带、抗干扰性能好等特点得到了广泛应用，但县级农村电网因地区发展很不平衡，基层站所点多面广，地形比较复杂、分散，敷设有线通道光纤光缆困难、投资较大等诸多因素，导致了通信通道建设相对滞后，通信问题一直没有很好地解决。

1 目前县级电网所采用的通信方式

1.1 光纤通信

光纤通信具有通信容量大、传输质量高的特点，其通信容量可充分满足电网近远期信息传输的需求，信息以光波形式在光导纤维中进行传输，不受城区高层建筑的阻挡，是现代通信技术发展的方向之一。一般来说，城区变电站所分布比较集中、站距较近、电力线路较短，采用光纤通信是最理想的方案。但由于其成本高，尤其远距离架设施工投资较大而且受地形限制，农村、经济不发达及偏远地区较少采用。

1.2 音频电缆通信

属于传统的通信方式，被广泛采用，在距离较近时是一种较好的方式。它的通信通道是一种模拟信道，因此在进行数据通信时，需加调制解调器。缺点是抗干扰能力差，且易遭雷击；长距离通信时，需线径较粗的长距离电缆，成本较高，一般不用来组成较大的通信网，而只在局部使用；音频电缆又由于自身的限制，无法传输大容量图像和MIS系统信息，从而影响电力调度及生产管理。

1.3 电力线载波通信

这种通信是电力系统传统的特有通信方式，是电力系统的一种特有资源，最大优点是不用专门架设通信线路，电力线延伸到哪里，通信就可以到哪里，十分经济，能达到通信与电网建设同步，对新建变电站所具有及时性；由于电力线机械强度高，结构牢固，有3条以上的良导体，传输载波信号具有可靠性和安全性。

近年来，随着通信技术的不断发展，电力载波技术进入了数字化时代，尤其是低压电力载波通信的技术开发和应用亦出现了方兴未艾的局面。由于光纤通信、无线网络等宽带接入方式的迅速发展，电力线载波通信目前已从主导的电力通信方式改变为辅助通信方式，按照电力通信规程要求，主要变电站必须具有2条以上不同通信方式的互为备用的通信通道，加之不同地区通信发展的不平衡，电力线载波通信在今后仍将长期作为一种通信手段而存在，对于性价比要求较高的农村县级电网及偏远山区电网尤其显得重要（周至县秦岭山区的板房子变电站载波通信，曾多次发挥了其无可替代的“永不消逝的电波”的可靠通信作用，每逢雨季山体滑坡、时有滚石损坏电信通信线路，35kV板房子变电站的载波电话就成了与大山外面惟一的通信联络“热线电话”）。

1.4 一点多址微波通信

20 世纪90年代末期逐步成为普通微波通信的替代组网方式，这种通信方式采用随机请求定约、时分多路复用、按需分配多址连接技术，适用于电力系统边远农村、郊区通信组网，使用频段为1.5GHz和2GHz，近年来在很多地区又有逐渐被无线宽带接入系统和光纤通信取代的趋势。

1.5 无线宽带通信

无线宽带接入技术是近几年发展起来的基于融合网络数据传输和视频信息传输的大容量、高速率无线传输新技术，其主要特点有：传输距离长、信号速率高、覆盖范围广、业务能力强大、安全性高、宽带无线组网灵活、安装简单、投资小、扩容容易、施工不受城市建设约束、项目启动快、工程周期短等，故越来越受到重视。在当前带宽无线化和无线宽带化发展迅猛的信息化时代，无线宽带接入技术在电力系统有着广阔的应用前景。

无线网络有2.4GHz、3.5GHz、5.8GHz等不同频率上的宽带接入技术，2.4GHz无线桥接方式的应用是最为广泛的接入技术，主要应用是以点对点以及无线网桥的方式来实现，本质上是一种局域网技术，只能用于规模较小、星型结构的简单网络，不能用于有多点无线中继、无线路由选择等要求的网络接入；3.5GHz MMDS（多路多点分配业务）主要用于广播电视接入，其频段可用于数字传输，但设备昂贵且需申请频段运营许可证，不适合县级电力专网建设；5.8GHz频段是国家无线电管理委员会于2002年7月开放的频段，该频段微波大气衰耗为每10km 0.1dB，可以说是价格低廉的最合适的无线宽带接入方式。

2 农村县级电力通信方案的选择

对于县级农电系统，采用哪一种通信方式，要通过仔细分析本系统的具体情况来选择，包括供电区域大小、地理环境、设备条件、资金和技术力量等，应遵循技术先进性、实用性、可靠性、经济性的原则选择通信设备，要把握通信技术的发展方向，以业务应用为基础，需求为导向，经济适用，要充分利用现有设备和资源，在原有设备的基础上改造升级（如利用原有微波铁塔、电力线路、杆塔等），避免重复建设。既要满足现有的和可预见的各种业务应用的传输要求，同时又要具有适当的超前性，提高资源利用率。

2.1 电力系统通信特点

和公用通信网及其他专网相比，电力系统通信有以下特点：

1）要求有较高的可靠性和灵活性。电力对人们的生产、生活及国民经济有着重大的影响，电力供应的安全稳定是电力工作的重中之重；而电力生产的不容间断性和运行状态变化的突然性，要求电力通信有高度的可靠性和灵活性。

2）传输信息量少、种类复杂、实时性强。电力系统通信所传输的信息有语音信号、远动信号、继电保护信号、电力负荷监测信息、计算机信息及其他数字信息、图像信息等，信息量虽少，但一般都要求很强的实时性。

3）具有很大的耐“冲击”性。当电力系统发生事故时，在事故发生和波及的发电厂、变电站，通信业务量会骤增。通信的网络结构、传输通道的配置应能承受这种冲击；在发生重大自然灾害时，各种应急、备用的通信手段应能充分发挥作用。

4）网络结构复杂。电力系统通信网中有着种类繁多的通信手段和各种不同性质的设备、机型，它们通过不同的接口方式和不同的转接方式，如用户线延伸、中继线传输、电力线载波设备与光纤、微波等设备的转接及其他同类、不同类型设备的转接等，构成了电力系统复杂的通信网络结构。

5）通信范围点多面广。除发电厂、供电公司等通信集中的地方外，供电区内所有的变电站、供电所也都是电力通信服务的对象。很多变电站地处偏远，通信设备的维护半径甚至达上百km。

6）无人值守的机房居多。通信点的分散性、业务量少等特点决定了电力通信各站点不可能都设通信值班。事实上除中心枢纽通信站外，大多数站点都是无人值守。这一方面减少了费用开支，另一方面却给设备的维护维修带来诸多不便。

2.2 农村县级电网通信方案要考虑的因素

根据以上电力系统通信的特点，结合农村县级电网的实际，通信方案的选择，要考虑到以下几个方面：

1）必须能满足调度通信和调度自动化的基本需要，同时还要考虑县级调度自动化的发展和建立无人值班变电站的要求。

2）要尽量节省资金，不必盲目追求大容量通信，造成浪费，使有限的资金能发挥更大的作用。

3）要求设备稳定、可靠，安装方便，易维护。

4）由于县级农电系统变电站容量一般不大，建筑面积小，因此要求设备要尽量小型化、集成化，避免占用过大的空间。

2.3 周至县电网通信方式及特点

陕西省周至县是一个典型的农业县，县供电分公司调度中心需要调管的6座35kV变电站通信组网示意图如图1所示。

图1 组网示意图Fig.1 Diagram of communication network structure

由于周至县农村地域广阔，要求通信设备能够传输距离远，并适应复杂的环境，周至县调通信采用5.8GHz无线宽带接入系统与电力载波通讯相结合的方式：

位于平原地区的县调中心、35kV楼观变、尚村变、哑柏变、翠峰变采用5.8GHz无线宽带点对多点高速IP接入系统组网方案，其中翠峰变为中继站，楼观变、尚村变、哑柏变为远端站；位于秦岭山区的35kV板房子变、岭北变，由于地形条件限制采用电力线载波通信，分别经35kV电力线路至山外翠峰变（板房子变—翠峰变，岭北变—翠峰变），再由翠峰变5.8GHz无线宽带接入系统将信息传输到县调中心（见图2、图3）。

图2 电力载波组织图Fig.2 Organizational diagram of power line carrier communication

图3 接口示意图Fig.3 Diagram of interfaces

在周至县调度中心和平原地区4个变电站之间建成一个以无线宽带微链路为基础，以数据、语音和视频传输为主要业务的、抗自然灾害强的宽带无线调度通信系统，通过点对多点无线接入系统实现电力调度中心对各个变电站的遥信、遥测、遥控和遥调及图像、语音、数据的接入。

根据地理位置分布，4个站点相对调度中心的位置比较分散，而且距离不等，最近4km，最远达到21km；每个远端点由于传输的业务内容而必须满足4Mb/s吞吐量。考虑距离和带宽的因素，要保证链路的可靠性和稳定性，同时满足系统传输数据、语音和视频等多种业务，采用5.8GHz的BreezeACCESS VL系列54Mb/s高速点对多点无线接入系统和BreezeNET B14点对点无线接入设备，即利用2套BreezeNetB14点对点无线接入设备，同时需要1个BreezeACCESS VL-AU中心基站及2个BreezeACCESS VL-SU远端站。具体说明如下：

1）尚村变到县局调度中心距离超过20km，采用1套BreezeNetB14点对点无线接入设备来实现连接，外接28dBi定向天线2面；

2）楼观站、翠峰站与县局调度中心站的方位夹角为120°以内，2个SU可共用一个AU。中心站外接15dBi-120°扇区天线一只；

3）哑柏站与翠峰站之间需要用1套BreezeNetB14设备来实现中继站连接，外接28dBi定向天线2面；

4）35 kV板房子变、岭北变位于秦岭山区深处，大山阻隔、传输距离很长，采用性价比高的数字式电力线载波通信方式，经35kV电力线路到山外的翠峰变（板房子变—翠峰变，岭北变—翠峰变），再由翠峰变5.8GHz无线宽带接入系统将信息传输到县调中心，由载波线路传输系统和IP语音网关，构建数据传输环路（见图2、图3）。

我们采用以色列Alvarion公司5.8GHz的BreezeACCESS VL系列54Mb/s高速点对多点无线接入系统和BreezeNET B14点对点无线接入设备，同IP网络交换机构建无线环路，具体有如下特点：

1）先进性。①采用无线扩频通信技术，使系统安全性、无线信道抗干扰能力、抗衰落能力大大增强，并提高了无线信道的传输速率。②采用开放、透明的无线网技术：设计参数符合无线网IEEE802.11标准，同时也符合在全球范围内免许可证的有关规定，因此能够保证与未来符合标准的其他厂商的无线局域网络产品进行互操作。③硬件与协议透明：在有线网一端，符合IEEE802.3标准，可以顺利的和其他网络连接，不需要增加其他任何设备和软件。实现设备连接的开放、透明、可操作性，对网络操作系统，透明传输所有网络协议，对于所有传输到的数据、协议都能毫不保留的转发出去。④采用无线网络管理软件：网络管理可通过配备在产品中的SNMP代理来管理，并可通过网络进行远程软件升级工作，简化了网络管理员的工作。

2）实用性。对设备接口与网络操作系统的透明性，无论对系统现行安装与今后的需求扩展都提供了方便性与可操作性。

3）可扩充、可维护性。组网后如果需要增加新点，不需要对正在使用的设备做任何改动，只需要做新增加的设备的安装即可。对设备的维护也非常简单，通过网管软件，在网络中心就可以看到每一个无线设备的工作情况，并可远程修改参数，改善无线信道传输性能。

4）可靠性。①抗干扰强：采用扩频通信技术；②故障率低：在正常工作环境下，24h不间断运行的平均无故障时间是10万h；③ 接收灵敏度高：54Mb/s速率的接收灵敏度高达-70dBm，且采用分体式设计，室内至室外单元的电缆损耗大大减小，信号余量足，且设备支持自动降速，雪、雾、风沙等自然现象对信号的衰减可忽略。

5）经济性。组网灵活、安装简单，性价比高，具有一次性投资永远受益的特点。

周至县调5.8GHz无线宽带接入系统自2008年12月投入运行至今已有2a多时间，2a多的运行实践证明效果不错，各站点通话语音清晰，通道稳定，无误码，系统未出现过严重中断和故障，设备运行正常。该方案的设计及设备选型很好地满足了语音及远动自动化信息的传输要求，为电网的安全稳定运行提供了可靠保证。2011年7月底，108国道秦岭山区周至段因强降雨多处发生塌方、泥石流，造成交通中断、通信线路损毁，超过10d不能通车，与山外的通信更是中断数周，在此期间，电力通信网络依然畅通无阻，山区灾情、人员财产状况信息从35kV板房子变电站通过电力载波通道、5.8GHz无线宽带接入系统传送到县调度中心，传送到周至县委县政府、传送到防汛指挥部，在那段日子里，与山区的联系，电信电话、手机都没有了信号，电力专网通信被称为“永不消逝的电波”，当时板房子变电站的载波电话成了与大山外面惟一的通信联络方式，载波电话成了名符其实的“热线电话”。

3 结语

目前，随着县域经济的发展，农村县级电力调度机构不断完善，调度通信网络建设的步伐也在不断加快，经济发达地区多选用光纤通信方式组网，但随着电网对灾难应急、配网自动化、电网智能化等需求的提出，5.8GHz无线宽带接入系统通信以其组网灵活、安装简单、业务能力强大、性价比高、不受地面限制等特点越来越受到重视，在县级电网通信组网方案中成为对光纤通信方式的一个重要补充手段。同时，对于山区半山区的通信，电力线载波通信以其特有的方式在今后较长一个时期仍将作为县级农电部门首选的通信组网方案。

[1]郎为民,焦巧，蔡理金.宽带无线接入技术研究[J].邮电设计技术.2009（8）：29-33.

LANG Wei-min，JIAO Qiao，CAI Li-jin.Research on the Broadband Wireless AccessTechnologies[J].Designing Techniques of Postsand Telecommunications,2009(8):29-33.

[2]潘莹玉.电力通信设备[M].北京：中国电力出版社,2003.

Study on Communication Network Planning of Electrical Power in Rural Areas at County Level

TIAN Xi-qin1，HUANG Lun2
（1.Zhouzhi Power Branch,Shaanxi Regional Electric Power Group Co.,Ltd.,Zhouzhi 710400,Shaanxi Province,China；2.Xi’an Power Supply Bureau,Xi’an 710032,Shaanxi Province China）

This paper introduces several communication patterns normally used in the county-level power grids in rural areas at present,discusses the advantages and disadvantages of each pattern.Based on analysis and comparison,the paper concludes that the 5.8GHz wireless broadband access or optical fiber communication is suitable in plain areas while the digitalpowerline carriercommunication is suitable in mountainous or partly mountainous areas.Finally,the paper conducts a case study of the communication network based on the scheme provided by the power dispatching and communication team of Zhouzhi Power Supply Branch.

power grid;communication;wireless broadband;optical fiber;carrier wave

介绍了目前县级电网常用的几种通信方式，以及各自的优缺点，通过分析对比，以周至县供电分公司县调通信组网方案为例，提出平原地区采用5.8GHz无线宽带接入系统或光纤通信，山区、半山区采用数字式电力线载波通信是目前适合农村县级电网实际情况的通信组网方案。

电网；通信；无线宽带；光纤；载波

1674-3814（2011）12-0063-05

TM 73

A

2011-10-11。

田西秦（1969—），男，工程师，从事电力调度通信运行、维护和管理工作。

（编辑 董小兵）