电力隧道无线覆盖技术研究

孙 浩，史浩伟，樊国庆

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

电力隧道属于电力电缆线路的重要载体，其地下埋设深度一般在5 ～20 m。电力隧道的通信环境相当复杂，主要是因为隧道内部的电磁环境比较复杂，设备运行环境与地面环境也存在较大差异。整体来说，无线通信方式在电缆隧道中的通信传输受到了严重限制。因此，在电力隧道中很难顺利完成可靠且稳定的数据通信传输工作。文章重点分析电力隧道无线通信覆盖技术应用的影响、现实需求等内容，并对多种电力隧道无线通信覆盖技术展开研究。

1 电力隧道无线通信覆盖技术应用的相关理论

1.1 电力隧道环境对无线通信技术的要求

电力隧道环境相当复杂且较为恶劣，对无线通信技术产生的影响较大。同时，电力隧道也对无线通信技术的应用提出了相应的技术性要求。目前许多电力隧道都被要求采用无线专网技术，如无线局域网络（Wireless Local Area Networks，WLAN）覆盖技术。电力隧道通信所采用的WLAN 无线技术主要利用空中空间来传输大量数据，包括各种语音和视频信号。这主要是因为WLAN 技术具有卓越的便捷性与智能化优势，能够结合诸多技术建立技术应用机制，从而解决关键技术问题。同时，需要结合用户管理配置来分析技术变动问题。例如，结合WLAN 方案来建立设施管理机制；结合电力隧道方案内容，采用多种无线接入点（Access Point，AP）技术机制，以配合天线覆盖方式来扩大技术覆盖范围，从而在电力隧道中建立一个全覆盖的无线通信网络[1]。

1.2 电力隧道无线通信覆盖技术的网络架构与关键技术

1.2.1 网络架构

电力隧道无线通信覆盖技术在网络架构表现上取决于通信特征，通过提供纵向数据可信管控、横向跨区数据隔离的多种通信手段，以满足同源数据多业务场景应用的数据通信需求。例如，要想在电力隧道中建立多级骨干通信网络，就要搭建终端通信接入网。电力隧道通信网络系统的网络结构相当复杂，具体如图1 所示。

图1 电力隧道通信网络系统架构

由图1 可知，电力通信网的建立主要包含骨干通信网和终端通信接入网。其中，骨干通信网由4个级别的通信网组成，以做好各级电力资源的调度工作。

1.2.2 关键技术

目前适用于电力隧道无线通信覆盖网络架构的技术有多种。这些技术突破了传统点对点通信方法设计的局限性，能够在全域实现全面网络覆盖。在建设全域网络的过程中，通过结合无线和有线两种模式建立互补通信技术体系时，要特别注重安全防御工作的有效实施。

应用域主要结合态势感知技术和主动优化运作技术展开操作。以主动优化运作技术为例，其应用价值主要体现在用户侧角度的决策调整上，即通过调整供电价格来提升电力企业的整体经济效益水平，确保智能配电系统发展实现决策科学性优化和适用性优化，提升用户满意度[2]。

2 电力隧道无线通信覆盖技术的实践应用要点

2.1 5G 通信技术的实践应用要点

5G通信技术即第五代移动通信技术，具有低时延、高速率、大连接等优势，属于新一代宽带移动通信技术。在当前的电力隧道无线通信工程中，5G 通信技术得到了广泛应用，应用领域如图2 所示。

图2 5G 通信技术应用领域

2.1.1 技术系统的功能实现

在5G 电力切片技术的影响下，成功建立了电力隧道无线通信覆盖技术网络。该网络主要基于组网资源组合分析切片标识，通过单个网络切片选择辅助信息（Single Network Slice Selection Assistance Information，S-NSSAI）机制思考电力切片，同时配置深度神经网络（Deep Neural Networks，DNN）数据内容，可以有效区分不同电力业务内容，建立业务隔离保障机制，形成核心网和无线网。

在电力隧道无线通信覆盖技术网络建设进程中，5G 核心网能够划分为用户面和控制面。其中，控制面最为重要，主要包括接入和移动性管理功能机制，还具有会话管理功能、网络切片选择功能、通用数据管理功能等。控制面能实现对电力隧道中电力业务网际互连协议（Internet Protocol，IP）地址的有效分配与管理，满足用户面功能（User Plane Function，UPF）的选择要求，优化策略实施过程。同时，建立服务质量（Quality of Service，QoS）控制部分，为业务出口设置专用网关，确保隧道中电力业务的安全、稳定和高效运行。

无线网主要基于小区粒度分析资源块（Resource Block，RB）预留情况，以优化电力业务的承载预留能力。基于RB 建立非电力业务隔离机制，避免电力隧道中无线通信覆盖技术网络受到干扰。另外，基于承载网种的QoS 和虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）形成组网策略，以满足业务规范。通过无线网站来建立不同优先级别的分析机制，形成电力业务映射功能模块，即在不同的差分服务代码点（Differentiated Services Code Point，DSCP）形成不同优先级的分析机制，并思考技术优化过程。从某种程度上讲，只有结合承载网络分析DCSP 优先级网络机制，才能有效保障电力隧道中无线通信覆盖网络业务的质量。

2.1.2 技术系统的实践应用

在电力隧道无线通信覆盖技术的影响下，研究人员主要基于5G 切片网络来建立管理工作机制，丰富管理工作手段。例如，远程人工巡查技术手段、智能违章巡查技术手段和远程检修管理技术手段等，有助于实现隧道应急监控目标。这些技术利用5G 网络切片直接接入分散控制系统（Distributed Control System，DCS），以实现DCS 辅网远程控制，并配合新能源发电场景来建设电力隧道中的5G 无线通信专网。该专网的巡检工作能力较强，主要结合无线网络侧来实现电网配网自动化操作，以制定光伏安全并网工作机制。如果区域用电负荷增加甚至超过负荷，需要通过人工手动拉闸的方式来限制电力供应，以提升生产效率；如果供电不足，可以利用秒级负荷终端直接切断高能耗的用电设备，这样最多可降低80%的拉闸限电操作，从而提高电力隧道供电的安全性和可靠性。就技术系统的实际应用而言，电力隧道无线通信覆盖技术主要依赖于多层次节点和高安全性，并应用5G高带宽技术，以提高巡检工作效率[3]。

在完成配网差动保护工作时，主要利用数据传输单元（Data Transfer Unit，DTU）定期形成同一条配线网络的终端，以确保优化发电和送电电流矢量值。DTU 终端主要配合两端甚至多端来建立同时刻的电流矢量值分析机制，确保电流差值超过门限值时，能够及时判定故障并分析对应差动保护机制下的电流差值情况，同时依赖5G 网络建立高可靠性安全通信通道。在支持装置中，需要建立数据交互机制，以确保保护终端能够建立通信通道，即直接将数据发送到对端，同时接收对端发送的数据以进行有效比较。这样可以及时判断故障位置，确保对端数据在被保护范围，从而有效消除启动故障问题。

2.2 可信WAPI 技术的实践应用要点

在电力隧道无线通信覆盖技术体系中，主要基于可信无线局域网鉴别和保密基础结构（Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure，WAPI）来建立实践应用机制。在协议设计方面，需要优化设计以解决漏洞问题，并结合主流芯片功能与软件协议来分析电力隧道无线通信覆盖技术的机制。我国推行的可信WAPI 主要采用国内的自主知识产权，结合先进的三元对等技术架构，并引入了国密加密算法，以确保其安全性。新算法在实现终端和网络对等访问方面表现出色，主要结合双向身份鉴别来分析各种无线通信技术，以扩大电力隧道无线通信覆盖范围。在符合相关无线局域国际标准的同时，需要思考严重安全缺陷问题，为电力系统无线局域网络提供自主可控的安全标准技术内容[4]。

在电力隧道无线通信覆盖技术体系中，需要结合深度覆盖内容来优化合理成本与投入机制。第一，基于深度覆盖来合理规划技术体系建设投入成本，以实现电力隧道内部的无线网络的深度覆盖；第二，在提升安全技术水平的过程中，需要采用三元对等安全架构，以预防钓鱼App、非法终端接入网络。主要利用可信WAPI 技术来实现技术优化操作，确保技术应用到位；第三，在灵活接入技术应用方面，需要完善有线通信技术的缺陷与不足，通过调整部署AP 数量和位置来实现各项业务操作；第四，在强化扩展性的过程中，基于数字证书来建立身份凭证机制；第五，在运维管理工作中，需要确保电力隧道中的无线通信技术机制得到有效建立。该机制具较强的扩展性，可以通过结合数字证书分析身份凭证机制和可信WAPI无线局域网络来建立通信技术体系[5]。

3 结 论

无论是5G 移动通信技术还是可信WAPI 技术，都可以应用于电力隧道。在技术应用过程中，需要有效提高数据在电力隧道中的整体传输容量，并利用5G 技术建立无线接入技术手段。同时，利用多种通信解决思路来分析智能输送配电机制，并结合设备运维检修机制来分析技术难题，增强5G 通信技术应用的竞争力。从技术层面来讲，需要确保电力隧道无线通信覆盖技术体系得到完整建立，以发挥更大的价值作用。