固原配电自动化系统通信通道建设方案

固原供电局 杨 哲

1.引言

配电自动化是通过对配电终端的全面监测、灵活控制、优化运行和运行维护管理，从而提高供电可靠性、改善供电质量和提升电网运营效率的重要技术手段，是智能配电网的重要功能组成。配电自动化建设主要包括配电主站、配电子站、配电终端和通信网络等项目[1]。通信网络是连接主站系统和配电终端的桥梁，是实现配电网信息流快速、可靠、安全传输的基础。配电自动化通信通道的设计和建设直接关系到配电自动化系统的功能实现，其科学性和合理性至关重要。在建设配电自动化通信系统时应充分考虑并满足配电自动化系统的需求，已覆盖全部配电终端为目的，为配电终端信息传输提供符合标准要求的数据通道。配电自动化系统可采用的通信方式主要包括：(1)光纤专网通信，包括以太网无源光网络(EPON)、工业以太网等技术；(2)配电线载波通信方式，包括电缆屏蔽层载波等技术；(3)无线专网通信方式，包括230MHz、WiMax等技术；(4)无线公网通信方式，包括GPRS/CDMA/3G等技术。

图1 EPON组网图

图2 工业以太网组网图

无线公网信道自主性较差，通信质量受制于网络环境的影响，无论是安全防护，还是故障排查都比较被动。无线专网信道流量小、通信速度慢、覆盖范围有限[2]。配电线载波信道受网架结构、线路状况的影响大，干扰噪声显著，衰耗较大，通信可靠性难以保证。电力光纤专网是指以光纤为信道介质的电力系统内部通信网络，它以可靠性高、保密性和抗干扰能力强、高带宽及传输距离远等优点成为配电自动化系统的首选通信方式[3]。目前，应用于配电自动化系统的光纤专网通信技术主要是基于以太网的无源光网络(EPON，Ethernet over Passive Optical Network)和工业以太网技术。

2.工业以太网和EPON比较

工业以太网和EPON作为两种最重要的配网通信解决方案，各有特点，在配电自动化系统建设中均有的应用。

图3 固原市主城区光纤网络拓扑图

图4 配电通信网结构图

(1)协议标准化方面：工业以太网技术已成熟多年，底层协议、网络冗余协议、管理协议等协议的标准化工作早已完成，不同厂商的设备通用好，容易实现设备混合组网[4]。EPON技术由于近几年才发展起来，很多标准尚处于逐步完善阶段，很多技术细节有待统一，如动态带宽DBA算法、加密算法等，不同厂商的设备互通还存在一定困难。

(2)组网方式方面：EPON可以通过分光器形成点到多点网络模式，非常适合配网的实际分布情况。各ONU采用并联方式接入，抗多点失效能力强。对于新增节点，通过更换光分路器即可增加方向，非常方便，图1为EPON组网图。

工业以太网交换机主要采用分段冗余、相交环、相切环等方式，提高组网的可靠性，抗多点失效能力弱[5]。对于扩容，需要更换相连节点的交换机以便支持多更多的光口，成本会增加。

图2为工业以太网组网图，相比工业以太网技术，EPON更适合配电网络接入点分散、接入点变化大等特点。随着EPON协议标准化的进程，网络互通问题会逐步得到解决，建设成本会进一步下降，因此EPON技术会得到越来越广泛的应用。

3.固原配电通信网建设

固原市区面积约为1.44万平方公里，供电半径较小。城区内现有110kV变电站2个，共有20条供电线路，配电终端100台，最长线路为10.62公里，而EPON的最大传输距离为20公里，因此只需在现有变电站和局中心站分别建设3套OLT，就可以满足EPON组网需求。

3.1 光纤网络建设

配电通信光纤网络建设按照“因地制宜、经济实用、适度超前”的原则，光缆线路不单纯沿供电线路建设，而是采用合并线路路由的方法，对于走径重叠的供电线路，只沿电力架空线路或电缆沟及管线敷设单根光缆，使其覆盖途经的每个环网柜、柱上开关及电缆分接箱。依据配电终端分布及数量，主干光缆线路全部采用48芯光缆，分支线路全部采用12芯等芯数较少的光缆，在满足现有终端接入和组网要求的同时，为以后的网络拓展储备充足的光纤资源。所有光缆线路尽可能从一个站点或终端引出，在另一个站点或终端终结，，尽量避免射线辐射方式，便于实现保护组网方式。固原配电通信网拓扑图如图3所示。

3.2 组网方式选择

配电终端与ONU之间的接口方式为FE口或RS-485接口，OLT与子站MSTP设备之间的接口方式是FE口。配电通信业务通过EPON网络汇聚至子站OLT设备后，然后再通过OLT设备的上联接口传至MSTP骨干传输网络，传输至主站。主站系统控制层主要完成数据信息的提取、分析以及优化等各种管理功能，并完成对通信汇聚设备、通信终端等设备的管理。网络结构图如图4所示。

终端接入遵循“就近接入”的原则，根据实际网络状况全部采用下行全程保护和手拉手的方式组网，以满足配电自动化系统对数据传输实时性和可靠性的要求。如南郊变114中河线，其线路延伸方向决定沿线光缆无法形成环网，只能采取单支路敷设，这种情况采用下行全程保护组网方式，放置在南郊变的OLT可以出2个不同板卡上的独立PON口组成2条链路互为备份，各个环网柜或柱上开关处的ONU可以通过双PON口分别连接到这2条链上，每条链上的分光器均采用1:2非等分光器，双PON口可以提供高可靠性。如图5所示。

如文化街沿线，可以采用手拉手的组网方式，分别从调调中心站和北郊变的2个OLT各出1个PON口组成手拉手链路的组网方式，各个双PON口ONU分别连接到这2条链上，这样可以实现OLT设备、主干光纤、PON端口、分光器、分支光缆全网的保护，任何1台OLT、任何一个PON口、任何一个分光器、任何一条光缆出现故障都不影响ONU的正常使用。如图6所示。

4.结束语

配电自动化系统是智能配电网建设的重要内容，EPON作为用配电自动化系统的传输平台，可以满足网络架构、网络安全、后期维护、系统管理等多方面要求。根据智能配电网建设需求，配电通信网建设将成为“十二五”期间通信专业重要工作之一。由于之前配电通信网建设并未大规模开展.可供借鉴的成功经验并不多，因此在建设时会存在一些问题。但总体而言，只要持统一管理、统筹规划、分布实施的原则，以整合通信资源、协调发展为目标，就能建成统一先进的配电通信网平台，全方位满足智能配电环节的各项业务的传输需求，为电网智能化建设提供坚强的技术支撑。

[1]刘振亚.智能电网知识问答[M].北京:中国电力出版社,2010,82.

[2]国海,陈松,权悦.配电网自动化通信方案的对比及应用设计[J].电子技术,2008,45(9):25-27.

[3]覃琰,王杰.配用电信息采集系统远程通道设计[J].通信技术,2011,44(8):79-84.

[4]但伟,周洪,夏明晔,彭国富.基于工业以太网的配电自动化系统的设计[J].微计算机信息,2008,24(12):49-51.

[5]杨雪,于昉,刘卫华.EPON技术再配电网自动化系统中的应用[J].山东电力技术,2011(6):19-23.