配電網中網絡技術論文

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一、配電網業務通信需求分析

1.配電網通信系統特點

10kV及以下配用電網通信系統有別于輸電網，它的終端數量大，但通道相對較短，而且配網自動化控制和管理系統的不同功能對通信的要求也有所不同。配電自動化通信系統為分層、分布式系統，與傳統的調度自動化通信系統也有著很大不同。其特點為：

（1）終端節點數量極大；

（2）通信節點分散；

（3）分層多級的通信網絡；

（4）單節點信息量小，匯集后信息量很大；

（5）不同類型的設備及數據的實時性要求不同。針對配電網的上述特點，在選擇配電自動化系統的通信方式時應綜合考慮如下幾點要求：

1.1高可靠性。配電系統的通信設備大多處在室外或者開關站內，需承受各種惡劣的自然條件的影響和電磁干擾，同時還要考慮到維護方便，因此要求有高度的可靠性。

1.2良好的性價比。限于配電網一次設備的狀況，通信系統的投資不能過大，并要能充分利用已有的各種通信資源；在追求通信技術先進性的同時，應考慮通信系統的費用，選擇費用和功能及技術先進性的最佳組合，追求較佳性能價格比。

1.3實時性。配網自動化系統是一個實時監控系統，必須滿足實時性要求。在配電網發生故障時，具備快速保護與恢復能力。

1.4低運行維護成本。配電自動化通信終端眾多，設計時要充分考慮操作維護的方便性,應易于建設、易于使用、易于維護。

1.5結構靈活、擴展方便。通信系統除能滿足目前的需要，還應考慮將來擴展的需要。規劃時應考慮足夠的容量以及系統的開放性要求。

1.6接口規范。通信接口規范，符合開放性原則，以保證不同廠家設備能夠方便互連。

2.EPON技術分析

配電網建設中通信是一個重要環節，直接關系配網運行的質量和效率。通信網要求能夠運行在各種惡劣環境下，不受天氣、停檢修等影響；具有靈活的業務接口和安裝方式；可擴展性性強；同時具有較好維護性。由于光纖的價格不斷下降，在各種通信方式中采用光纖無疑是首選，因其傳輸速率高、穩定性高、抗干擾能力強、延遲小、組網方式靈活。當前，國內配網光纖通信技術主要采用工業以太網交換機和EPON兩種。相對于工業以太網交換機，EPON具有標準完善、產業鏈廣泛、組網方式靈活、應用廣泛、且上下行采用單芯波分傳輸方式節省光纖資源等優勢，成為未來電力配用電網的主要通信技術。EPON是一種采用點到多點結構的單纖雙向光接入網絡。EPON網絡可以靈活組成樹型、星型、總線型等拓撲結構。EPON系統由網絡側的光線路終端（OLT）、用戶側的光網絡單元（ONU）和光分配網絡（ODN）組成，如圖1所示。傳輸速率可以達到上下行對稱1.25Gbit/s。OLT設備支持以太網/IP業務，并經ODN與ONU通信。ONU設備位于用戶側，為用戶提供數據、視頻和電話等業務接口。ODN為OLT與ONU之間提供光傳輸通道，其主要功能是完成光信號功率的分配。光分配網絡的組成分為光纖光纜、無源光分路器（POS）、光連接器、光衰減器、ODF、光纜交接箱、分支接頭盒、分纖盒、用戶智能終端盒等。配電網因點多面廣，配電房/柜、箱式變電站、柱上開關、集抄數據采集器等終端設備數目龐大且集中和分散的程度不一。EPON作為一種新型的光纖接入網技術，可以充分發揮EPON技術的點對多點的優勢、靈活的組網方式、業務的高QOS保障、良好的升級擴容性，可以實現分布式的以太網功能，同時具有比SDH、工業以太網更低的成本優勢，是配電終端接入最經濟、最穩定的通信方式。EPON技術的應用主要瓶頸在于光纜的敷設，因此，研究一種經濟、可行的光纜敷設技術具有重要意義。對于架空線路，OPPC具有與電纜線路同鋪設、共運維、安全可靠、經濟簡單等優勢，是配用電網通信方式的有效手段。

3.傳輸介質分析。電力特種光纜早在我國電力系統得到廣泛應用，尤其是OPGW和ADSS光纜，已成為全國電力光纖通信網的主要選擇方式。由于電力光纜的承載主體離不開各種電壓等級的電力線路，而35kV及經下線路一般不設避雷線，所以長期以來只能選擇ADSS普通架空光纜等，而且總是架設于相線的下方，也無法選擇高可靠的OPGW光纜。不同于架設在地線支架上的OPGW，ADSS由于跨越道路、風擺鞭擊或施工等影響，常發生光纜中斷事故，對電網生產、經營管理信息的傳遞造成極大的影響。同時，ADSS光纜難以在新線路施工的時候一次完成，由于在配電網中，線路分支復雜、線路繁多，采用ADSS光纜在施工方便性及經濟上都有很大的缺點。OPPC是一種新型的電力特種光纜，是在傳統導線的結構中嵌入光纖單元的光纜，OPPC兼具導線與通信光纜的雙重作用。在10kV及以上的電力交流輸電系統中，其輸電導線均由三相導線組成。OPPC將替代其中一根相導線(或一根分裂子導線)與其他二相導線組成三相導線輸電系統。由于OPPC是三相導線中的一相導線，其物理性能、電氣性能要求與另二相導線具有一致性或相似性。OPPC與電力線路相線融為一體，充分利用了電力系統的線路資源。避免了在桿塔計算、路由協調、電磁兼容等方面與外界的矛盾，具有與電力線路相線共有的防雷、防盜、防掛斷等高可靠性特點，是用于電力光纖通信網的一種新型特種光纜。

二、配電網中EPON通信解決方案

1.EPON通信網絡架構

EPON系統具有組網靈活的特性，可基于電力系統配電網自動化和用電信息采集架構，支持星型、鏈型/雙鏈型、樹型、混合型組網等，EPON采用點對多點、單纖雙向架構，具備抗單點失效、抗多點失效故障能力。配電自動化組網架構如圖3所示。在配電自動化解決方案中，OLT放置于變電站，各個變電站位于SDH/MSTP傳輸環上，變電站通信層完成通信終端的匯聚并通過SDH/MSTP與主站系統進行通信。OLT可以出2個PON口組成2條鏈互為備份，各個開閉所、環網柜或柱上開關處的ONU可以通過雙PON口分別連接到這2條鏈上，每條鏈上的分光器均采用1:2非等分分光器，雙PON口可以提供高可靠性。為了進一步提高安全性、可靠性，重要站點還可以采用2個OLT各出1個PON口組成手拉手的2條鏈的組網方式，各個雙PON口ONU分別連接到這2條鏈上，這樣可以實現OLT設備、主干光纖、PON端口、分光器、分支光纜全網的保護，任何1臺OLT、任何一個PON口、任何一個分光器、任何一條光纜出現故障都不影響ONU的正常使用。在手拉手保護方式下，切換時間小于50ms。終端信息層采用的ONU可以提供FE、RS232、RS485等接口與RTU、FTU、TTU、DTU等設備互聯，并且能適應各種惡劣環境。主站系統控制層完成信息提取、分析以及優化等各種管理功能，并完成對通信匯聚設備、通信終端設備的管理。

2.OPPC組網原則

2.1在設計通信設備組網拓撲結構時，應遵循優先考慮現有地下光纜的走向情況，同時兼顧一次線路的出線情況，在光纜和一次線路走向發生沖突的情況下，以光纜走向情況為優先考慮。

2.2各開關站在光纜線路滿足的條件下，通信部分的組網方式應采用各開關站遠端通信設備同時與兩個變電所的局端通信設備連接的雙總線手拉手全保護組網方式來保障通信的可靠。

2.3各開關站在光纜線路不能滿足2.2點所述的組網方式時，應采用雙總線類環型拓撲結構組網方式來保障通信的可靠性。

2.4各開關站在光纜線路不能滿足2.2、2.3點所述的成環組網方式時，可根據配網節點布置情況選擇采用樹型結構或總線型結構。

三、項目驗證及結論

本文依托實際科技項目，選取220kV北街站至高沙開關站10kV高沙Ⅰ、Ⅱ線作為試點線路，在該配電線路上架設OPPC光纖復合相導線，同時在相關的站點配置EPON設備，以實現配網自動化的通道要求。具體實施情況如下：

1.OLT設備放置

EPON的核心設備OLT共2臺均放置在北街站機房內，兩臺OLT各出1個PON口。

2.光纜的走向

分別沿10kV高沙Ⅰ、Ⅱ線敷設OPPC（相線復合）光纜，和電纜同徑，并形成手拉手環狀。

3.ONU設備放置

在高沙開關站和各分場信息點各配置一臺ONU設備。ONU設備采用就近放置的原則，有條件的位置（如：環網柜、開閉站、變壓器）可以放在終端設備附近，而無條件的位置（如：柱上開關）可以采用添加柱上箱的方式。

4.組網

2臺OLT經2個PON口形成1+1主干保護型手拉手環網，而ONU通過并行方式經分光器（POS）設備連接到主干環網上。經項目實際驗證，以EPON技術為基礎，結合OPPC技術，搭建配網自動化通信通道解決方案，具有施工簡單、經濟易行、通信網絡可靠、操作性良好、通信質量高等優點；表明EPON技術完全能夠滿足各項配網通信需求，適合在10kV配網通信中的應用，并逐步推廣，對解決配網自動化、計量自動化通信通道瓶頸具有重要意義。

四、結語

隨著智能電網的發展，10kV及以下配網迫切需要安全、可靠、易于建設的通信網絡。因此，EPON技術在架空線路配網光纖通信網絡的建設對于實現架空線路的配網自動化、計量自動化等智能配用電網業務的發展具有重要的意義，對于提高供電可靠性、減少供電損耗和停電時間，具有重要的社會意義。

作者：劉洪潔 單位：廣東電網有限責任公司江門供電局