配電網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文
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一、配電網(wǎng)業(yè)務(wù)通信需求分析
1.配電網(wǎng)通信系統(tǒng)特點
10kV及以下配用電網(wǎng)通信系統(tǒng)有別于輸電網(wǎng)，它的終端數(shù)量大，但通道相對較短，而且配網(wǎng)自動化控制和管理系統(tǒng)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(tǒng)為分層、分布式系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的調(diào)度自動化通信系統(tǒng)也有著很大不同。其特點為：
（1）終端節(jié)點數(shù)量極大；
（2）通信節(jié)點分散；
（3）分層多級的通信網(wǎng)絡(luò)；
（4）單節(jié)點信息量小，匯集后信息量很大；
（5）不同類型的設(shè)備及數(shù)據(jù)的實時性要求不同。針對配電網(wǎng)的上述特點，在選擇配電自動化系統(tǒng)的通信方式時應(yīng)綜合考慮如下幾點要求：
1.1高可靠性。配電系統(tǒng)的通信設(shè)備大多處在室外或者開關(guān)站內(nèi)，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(wǎng)一次設(shè)備的狀況，通信系統(tǒng)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(shù)先進性的同時，應(yīng)考慮通信系統(tǒng)的費用，選擇費用和功能及技術(shù)先進性的最佳組合，追求較佳性能價格比。
1.3實時性。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)是一個實時監(jiān)控系統(tǒng)，必須滿足實時性要求。在配電網(wǎng)發(fā)生故障時，具備快速保護與恢復(fù)能力。
1.4低運行維護成本。配電自動化通信終端眾多，設(shè)計時要充分考慮操作維護的方便性,應(yīng)易于建設(shè)、易于使用、易于維護。
1.5結(jié)構(gòu)靈活、擴展方便。通信系統(tǒng)除能滿足目前的需要，還應(yīng)考慮將來擴展的需要。規(guī)劃時應(yīng)考慮足夠的容量以及系統(tǒng)的開放性要求。
1.6接口規(guī)范。通信接口規(guī)范，符合開放性原則，以保證不同廠家設(shè)備能夠方便互連。
2.EPON技術(shù)分析
配電網(wǎng)建設(shè)中通信是一個重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系配網(wǎng)運行的質(zhì)量和效率。通信網(wǎng)要求能夠運行在各種惡劣環(huán)境下，不受天氣、停檢修等影響；具有靈活的業(yè)務(wù)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(wěn)定性高、抗干擾能力強、延遲小、組網(wǎng)方式靈活。當前，國內(nèi)配網(wǎng)光纖通信技術(shù)主要采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機和EPON兩種。相對于工業(yè)以太網(wǎng)交換機，EPON具有標準完善、產(chǎn)業(yè)鏈廣泛、組網(wǎng)方式靈活、應(yīng)用廣泛、且上下行采用單芯波分傳輸方式節(jié)省光纖資源等優(yōu)勢，成為未來電力配用電網(wǎng)的主要通信技術(shù)。EPON是一種采用點到多點結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)。EPON網(wǎng)絡(luò)可以靈活組成樹型、星型、總線型等拓撲結(jié)構(gòu)。EPON系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的光線路終端（OLT）、用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和光分配網(wǎng)絡(luò)（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(shè)備支持以太網(wǎng)/IP業(yè)務(wù)，并經(jīng)ODN與ONU通信。ONU設(shè)備位于用戶側(cè)，為用戶提供數(shù)據(jù)、視頻和電話等業(yè)務(wù)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)因點多面廣，配電房/柜、箱式變電站、柱上開關(guān)、集抄數(shù)據(jù)采集器等終端設(shè)備數(shù)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(wǎng)技術(shù)，可以充分發(fā)揮EPON技術(shù)的點對多點的優(yōu)勢、靈活的組網(wǎng)方式、業(yè)務(wù)的高QOS保障、良好的升級擴容性，可以實現(xiàn)分布式的以太網(wǎng)功能，同時具有比SDH、工業(yè)以太網(wǎng)更低的成本優(yōu)勢，是配電終端接入最經(jīng)濟、最穩(wěn)定的通信方式。EPON技術(shù)的應(yīng)用主要瓶頸在于光纜的敷設(shè)，因此，研究一種經(jīng)濟、可行的光纜敷設(shè)技術(shù)具有重要意義。對于架空線路，OPPC具有與電纜線路同鋪設(shè)、共運維、安全可靠、經(jīng)濟簡單等優(yōu)勢，是配用電網(wǎng)通信方式的有效手段。
3.傳輸介質(zhì)分析。電力特種光纜早在我國電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，尤其是OPGW和ADSS光纜，已成為全國電力光纖通信網(wǎng)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(jīng)下線路一般不設(shè)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(shè)于相線的下方，也無法選擇高可靠的OPGW光纜。不同于架設(shè)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(fā)生光纜中斷事故，對電網(wǎng)生產(chǎn)、經(jīng)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(wǎng)中，線路分支復(fù)雜、線路繁多，采用ADSS光纜在施工方便性及經(jīng)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(tǒng)導線的結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(tǒng)。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(tǒng)的線路資源。避免了在桿塔計算、路由協(xié)調(diào)、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(wǎng)的一種新型特種光纜。
二、配電網(wǎng)中EPON通信解決方案
1.EPON通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
EPON系統(tǒng)具有組網(wǎng)靈活的特性，可基于電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化和用電信息采集架構(gòu)，支持星型、鏈型/雙鏈型、樹型、混合型組網(wǎng)等，EPON采用點對多點、單纖雙向架構(gòu)，具備抗單點失效、抗多點失效故障能力。配電自動化組網(wǎng)架構(gòu)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(huán)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(tǒng)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(huán)網(wǎng)柜或柱上開關(guān)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(wǎng)方式，各個雙PON口ONU分別連接到這2條鏈上，這樣可以實現(xiàn)OLT設(shè)備、主干光纖、PON端口、分光器、分支光纜全網(wǎng)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(xiàn)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(shè)備互聯(lián)，并且能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。主站系統(tǒng)控制層完成信息提取、分析以及優(yōu)化等各種管理功能，并完成對通信匯聚設(shè)備、通信終端設(shè)備的管理。
2.OPPC組網(wǎng)原則
2.1在設(shè)計通信設(shè)備組網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)時，應(yīng)遵循優(yōu)先考慮現(xiàn)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(fā)生沖突的情況下，以光纜走向情況為優(yōu)先考慮。
2.2各開關(guān)站在光纜線路滿足的條件下，通信部分的組網(wǎng)方式應(yīng)采用各開關(guān)站遠端通信設(shè)備同時與兩個變電所的局端通信設(shè)備連接的雙總線手拉手全保護組網(wǎng)方式來保障通信的可靠。
2.3各開關(guān)站在光纜線路不能滿足2.2點所述的組網(wǎng)方式時，應(yīng)采用雙總線類環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)組網(wǎng)方式來保障通信的可靠性。
2.4各開關(guān)站在光纜線路不能滿足2.2、2.3點所述的成環(huán)組網(wǎng)方式時，可根據(jù)配網(wǎng)節(jié)點布置情況選擇采用樹型結(jié)構(gòu)或總線型結(jié)構(gòu)。
三、項目驗證及結(jié)論
本文依托實際科技項目，選取220kV北街站至高沙開關(guān)站10kV高沙Ⅰ、Ⅱ線作為試點線路，在該配電線路上架設(shè)OPPC光纖復(fù)合相導線，同時在相關(guān)的站點配置EPON設(shè)備，以實現(xiàn)配網(wǎng)自動化的通道要求。具體實施情況如下：
1.OLT設(shè)備放置
EPON的核心設(shè)備OLT共2臺均放置在北街站機房內(nèi)，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(shè)OPPC（相線復(fù)合）光纜，和電纜同徑，并形成手拉手環(huán)狀。
3.ONU設(shè)備放置
在高沙開關(guān)站和各分場信息點各配置一臺ONU設(shè)備。ONU設(shè)備采用就近放置的原則，有條件的位置（如：環(huán)網(wǎng)柜、開閉站、變壓器）可以放在終端設(shè)備附近，而無條件的位置（如：柱上開關(guān)）可以采用添加柱上箱的方式。
4.組網(wǎng)
2臺OLT經(jīng)2個PON口形成1+1主干保護型手拉手環(huán)網(wǎng)，而ONU通過并行方式經(jīng)分光器（POS）設(shè)備連接到主干環(huán)網(wǎng)上。經(jīng)項目實際驗證，以EPON技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合OPPC技術(shù)，搭建配網(wǎng)自動化通信通道解決方案，具有施工簡單、經(jīng)濟易行、通信網(wǎng)絡(luò)可靠、操作性良好、通信質(zhì)量高等優(yōu)點；表明EPON技術(shù)完全能夠滿足各項配網(wǎng)通信需求，適合在10kV配網(wǎng)通信中的應(yīng)用，并逐步推廣，對解決配網(wǎng)自動化、計量自動化通信通道瓶頸具有重要意義。
四、結(jié)語
隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，10kV及以下配網(wǎng)迫切需要安全、可靠、易于建設(shè)的通信網(wǎng)絡(luò)。因此，EPON技術(shù)在架空線路配網(wǎng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)對于實現(xiàn)架空線路的配網(wǎng)自動化、計量自動化等智能配用電網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)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(wǎng)有限責任公司江門供電局