郑州高新区配电网自动化通信系统设计与应用

陈 良，薛保星，黄传金

CHEN Liang1,XUE Bao-xing2,HUANG Chuan-jin1

（1. 中州大学 工程技术学院，郑州 450044；2. 郑州供电公司，郑州 450000）

0 引言

2009年5月，国家电网公司向社会公布了“坚强智能电网”的发展计划。根据此项计划，国家电网公司提出了建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的统一坚强智能电网的战略发展目标。随着我国经济持续健康发展和人民生活水平不断提高，社会对坚强电网建设、电网安全稳定运行、电能质量和优质服务水平也提出了更高要求。

郑州高新区是河南省唯一的国家级高新技术开发区，高新区内共有2座220kV变电站，4座110kV变电站，建成区内10KV配电线路28条，线路总长度254.15公里，电缆化率为34.39%。中低压配电网架空线路主要采用供电可靠性较高的分段接线方式；电缆线路以双环网为主，目前环网比例已达到100%，具备实施配电自动化的网络架构基础。

1 配电通信系统选择

1.1 现有通信系统基础及存在问题

郑州高新区现有通信设备较落后，已不能满足未来对配电网的运行要求，主要存在的问题有：

1）光纤损坏

配电网通信系统光缆采用的为普通光缆，芯数为8芯。由于配电自动化系统建设早，经过长期运行，随部分终端失效，光纤也随之停用，损坏较多。

2）光纤覆盖范围不够

原有光纤的铺设是满足当时配电自动化建设的需要，随配电自动化范围的扩大，光纤的覆盖范围已经不能满足本次配电自动化试点建设和未来配电网运行的要求。

3）光设备不能使用

原有光纤通信采用光MODEM方式。受当时通信技术水平限制，光设备功能简单，不能具备远程网管等多种功能。从技术寿命角度考虑，光设备寿命已到期，不能继续使用。

1.2 技术体系和技术选择

本期配用电通信网建设的重点在于接入层，对应于城市配电网络中压层面。中压层面的配用电通信网络应结合本地现有条件，可供选择的通信方式有光纤专网、中压电力线载波、无线等。光纤专网方式因其传输容量大、安全性及可靠性高等优势，在条件许可时应优先采用；无线专网方式无需有线介质，组网灵活，传输速率也可满足要求，非常适合于老旧线路多、网络结构复杂且变动频繁、光缆架设困难等地区，但存在实际应用经验少、须申请使用频段等缺点，且在城区基站选址建设有一定难度，终端设备的安装方式也受到一些影响；中压电力线载波技术建设方便，节省介质投资，但使用效果较差，在架空线路安装较困难，运行维护工作量大，网管能力较弱，作为专网通信方式之一，在不便采用光纤的情况下，可以作为补充。

虽然配用电通信网情况复杂，单纯采用一种或两种通信方式无法满足需要，但同一地区内如采取过多的通信方式，首先会增加变电站端的主设备类型和数量；其次需要建设多种设备类型的网管系统；然后设备种类增多将造成同类设备数量的减少，在设备招标时单价将升高，最后对于运行维护人员的技术水平和工作量都将提出更高的要求。综上所述，在满足使用要求的前提下，同一区域内所采用的通信方式应相对统一，以获取更好的技术经济效益和运行效果。

综合各种通信方式的优缺点以及建设成本，各终端通信接入方式在光纤（EPON）、电力线载波（中压PLC）和无线公网（GPRS）等三种方式中选择。

选用EPON设备组网时，采用光路全保护冗余方式建设，任何一个终端设备出现故障都不会影响其他终端设备，双PON（Passive Optical Network，即无源光纤网络）口的ONU(Optical Network Unit，即光节点)设备，ODN（Optical Distribution Node，即光配线网）结构设计以环形和总线结构为主，分光级数不超过6级。

采用电力线载波方式时，电缆线路优先选择卡接式电感耦合方式，架空线路优先选择相-相电容耦合方式，载波机优先选择一对多的系统。

采用GPRS无线公网通信方式时，公司与运营商侧采用高可靠的APN通道互联，在公司配置网络鉴权、授权与计帐系统(AAA系统)，实现终端接入鉴权。

采用多种通信方式时应实现多种方式的统一接入、统一接口规范和统一管理，所采用的通信设备/终端应支持以太网和标准串行通信接口。

配用电通信网络的分层结构示意图如图1所示。

图1 通信网络层面及通信方式图

1.3 技术指标

表1 通信系统技术指标

2 配用电一体化通信系统

2.1 配用电一体化通信主平台

配用电一体化通信主平台主要由统一接入集群、统一网管系统和维护工作站组成。如图2所示。

其主要功能是接入和集中管理各种通信方式的输入信息，通过统一的接口与主站系统连接，实现“统一接入、统一接口、统一管理”的设计目标。

其中的统一网管系统由各网管子系统组成，各网管子系统的功能是显示各类型通信设备及终端设备的运行状态、故障告警、数据信息的采集处理及远程配置管理，并通过统一接口互联，实现信息交换和共享。

2.2 配用电一体化通信子平台

就该系统而言，在各110kV变电站设置配用电一体化通信子平台，主要是完成各站点所辖区域内各终端的有线通信接入，并将信息汇集送往配用电一体化通信主平台。主要组成部分有汇聚交换机、集中协议接口转换器、各类型通信主设备。主要功能是实现所辖区域内各种通信方式的集中接入，负责所辖区域内配电自动化终端相关信息的汇集、处理与转发。

3 配用电通信网建设

3.1 配用电通信网骨干层建设

在瑞达变、玉兰变、百炉屯变、春藤变、冬青变分别设置一体化配用电通信接入子平台，每个节点配置集中型多PON口OLT，通过各站的传输设备与郑州供电公司的配用电通信接入主平台联系，满足各10kV站点配用电通信设备接入需求。

瑞达变、玉兰变、百炉屯变、春藤变、冬青变均为郑州地区规划的MSTP（Multi-Service Transmission Platform，即多业务传输平台）光纤传输网节点，网络结构具备自愈功能。其中春藤变、冬青变传输设备为MSTP设备，瑞达变、玉兰变、百炉屯变传输设备目前为SDH（Synchronous Digital Hierarchy，即同步数字体系）设备，郑州供电公司“十二五”通信规划拟将MSTP传输网覆盖到所有110kV变电站。

3.2 配用电通信网接入层建设

3.2.1 光缆建设

中压配电光缆网络的建设，不仅为满足本期配电自动化系统的需要，同时更要兼顾智能电网的发展，以适应不远的将来用户双向互动的高级应用的逐步开展、增值业务的不断拓展。

郑州高新区中压配电网已建有一些光缆，覆盖部分开闭站，主要采用普通光缆，沿10kV架空线路架设，但多为辐射结构，未形成环网，所以可尽量利用现有光缆，同时新建光缆以覆盖绝大部分“三遥”站点以及远期可能有“三遥”需求的站点，同时补强光缆网络，尽量在主干线路上形成环状或网状拓扑结构。在光缆建设代价较大，且站点较为偏远，可靠性要求相对不高时，考虑采用中压PLC通信方式。

图2 配用电通信接入主平台硬件体系结构

沿管道新建光缆时，采用非金属阻燃光缆，光缆芯数24芯，直埋时可选用非金属阻燃光缆（穿管保护）或铠装光缆；沿架空线路新建光缆时，采用ADSS（All-dielectric Self-supporting Optical Cable，即全介质自承式光缆）光缆，光缆芯数24芯；高新区中压配电网内现有可供利用的光缆。

3.2.2 设备建设方案

光缆覆盖到的终端站点采用工业级的双PON口ONU设备，EPON网络采用光路全保护冗余方式建设，任何一个终端设备故障都不会影响其他终端设备。EPON系统的ODN主要以环形和总线结构设计为主，分光级数不超过6级。

光缆未覆盖到的“三遥”终端站点采用中压电力线载波设备，电缆线路采取卡接式电感耦合方式，架空线路选择相-相电容耦合方式，载波机配置为一对多的系统。

光缆未覆盖到的“两遥”或“一遥”终端站点采用GPRS无线公网通信方式。采用GPRS无线公网通信方式时，郑州供电公司与无线通信运营商侧应采用高可靠的APN通道互联，在公司配置网络鉴权、授权与计帐系统(AAA系统)，实现终端接入鉴权。本项目中各配变终端的通信方式将结合用电信息采集系统建设统一考虑，其通信设备以及主站端通信接口不纳入本工程投资。各类型终端通信设备配置汇总如表2所示。

表2 各类型终端通信设备配置汇总

4 结束语

郑州国家高新技术开发区配电自动化通信系统,采用光纤作为主要传输介质,完成各站点所辖区域内各终端的有线通信接入，并将信息汇集送往配用电一体化通信主平台，完成了信息的汇集、处理与转发。2011年12月，建成了统一接口、统一规范、统一网管的一体化配用电通信网络，实现配电环节和用电环节全部终端通信覆盖率100%，满足智能配电网配用电环节通信需求。

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