縣級農村電力通信網絡組織方案探析

田西秦，黃倫

（1.陜西省地方電力（集團）有限公司周至縣供電分公司，陜西周至710400；2.西安供電局，陜西西安710032）

縣級農村電力通信網絡組織方案探析

田西秦1，黃倫2

（1.陜西省地方電力（集團）有限公司周至縣供電分公司，陜西周至710400；2.西安供電局，陜西西安710032）

創一流縣級電力企業，對縣級電網通信質量的要求越來越高，不但要解決通話要求，還必須提供遙測、遙信、遙控、遙調所需要的通道。特別是近幾年遠程視頻監控系統、遠程抄表系統等高科技產品的應用，對縣級供電企業的通道建設提出了更高的要求，舊的傳統通信模式已經遠遠滿足不了電網發展的需要[1-2]，當前，光纖通信因其大容量、寬頻帶、抗干擾性能好等特點得到了廣泛應用，但縣級農村電網因地區發展很不平衡，基層站所點多面廣，地形比較復雜、分散，敷設有線通道光纖光纜困難、投資較大等諸多因素，導致了通信通道建設相對滯后，通信問題一直沒有很好地解決。

1 目前縣級電網所采用的通信方式

1.1 光纖通信

光纖通信具有通信容量大、傳輸質量高的特點，其通信容量可充分滿足電網近遠期信息傳輸的需求，信息以光波形式在光導纖維中進行傳輸，不受城區高層建筑的阻擋，是現代通信技術發展的方向之一。一般來說，城區變電站所分布比較集中、站距較近、電力線路較短，采用光纖通信是最理想的方案。但由于其成本高，尤其遠距離架設施工投資較大而且受地形限制，農村、經濟不發達及偏遠地區較少采用。

1.2 音頻電纜通信

屬于傳統的通信方式，被廣泛采用，在距離較近時是一種較好的方式。它的通信通道是一種模擬信道，因此在進行數據通信時，需加調制解調器。缺點是抗干擾能力差，且易遭雷擊；長距離通信時，需線徑較粗的長距離電纜，成本較高，一般不用來組成較大的通信網，而只在局部使用；音頻電纜又由于自身的限制，無法傳輸大容量圖像和MIS系統信息，從而影響電力調度及生產管理。

1.3 電力線載波通信

這種通信是電力系統傳統的特有通信方式，是電力系統的一種特有資源，最大優點是不用專門架設通信線路，電力線延伸到哪里，通信就可以到哪里，十分經濟，能達到通信與電網建設同步，對新建變電站所具有及時性；由于電力線機械強度高，結構牢固，有3條以上的良導體，傳輸載波信號具有可靠性和安全性。

近年來，隨著通信技術的不斷發展，電力載波技術進入了數字化時代，尤其是低壓電力載波通信的技術開發和應用亦出現了方興未艾的局面。由于光纖通信、無線網絡等寬帶接入方式的迅速發展，電力線載波通信目前已從主導的電力通信方式改變為輔助通信方式，按照電力通信規程要求，主要變電站必須具有2條以上不同通信方式的互為備用的通信通道，加之不同地區通信發展的不平衡，電力線載波通信在今后仍將長期作為一種通信手段而存在，對于性價比要求較高的農村縣級電網及偏遠山區電網尤其顯得重要（周至縣秦嶺山區的板房子變電站載波通信，曾多次發揮了其無可替代的“永不消逝的電波”的可靠通信作用，每逢雨季山體滑坡、時有滾石損壞電信通信線路，35kV板房子變電站的載波電話就成了與大山外面惟一的通信聯絡“熱線電話”）。

1.4 一點多址微波通信

20 世紀90年代末期逐步成為普通微波通信的替代組網方式，這種通信方式采用隨機請求定約、時分多路復用、按需分配多址連接技術，適用于電力系統邊遠農村、郊區通信組網，使用頻段為1.5GHz和2GHz，近年來在很多地區又有逐漸被無線寬帶接入系統和光纖通信取代的趨勢。

1.5 無線寬帶通信

無線寬帶接入技術是近幾年發展起來的基于融合網絡數據傳輸和視頻信息傳輸的大容量、高速率無線傳輸新技術，其主要特點有：傳輸距離長、信號速率高、覆蓋范圍廣、業務能力強大、安全性高、寬帶無線組網靈活、安裝簡單、投資小、擴容容易、施工不受城市建設約束、項目啟動快、工程周期短等，故越來越受到重視。在當前帶寬無線化和無線寬帶化發展迅猛的信息化時代，無線寬帶接入技術在電力系統有著廣闊的應用前景。

無線網絡有2.4GHz、3.5GHz、5.8GHz等不同頻率上的寬帶接入技術，2.4GHz無線橋接方式的應用是最為廣泛的接入技術，主要應用是以點對點以及無線網橋的方式來實現，本質上是一種局域網技術，只能用于規模較小、星型結構的簡單網絡，不能用于有多點無線中繼、無線路由選擇等要求的網絡接入；3.5GHz MMDS（多路多點分配業務）主要用于廣播電視接入，其頻段可用于數字傳輸，但設備昂貴且需申請頻段運營許可證，不適合縣級電力專網建設；5.8GHz頻段是國家無線電管理委員會于2002年7月開放的頻段，該頻段微波大氣衰耗為每10km 0.1dB，可以說是價格低廉的最合適的無線寬帶接入方式。

2 農村縣級電力通信方案的選擇

對于縣級農電系統，采用哪一種通信方式，要通過仔細分析本系統的具體情況來選擇，包括供電區域大小、地理環境、設備條件、資金和技術力量等，應遵循技術先進性、實用性、可靠性、經濟性的原則選擇通信設備，要把握通信技術的發展方向，以業務應用為基礎，需求為導向，經濟適用，要充分利用現有設備和資源，在原有設備的基礎上改造升級（如利用原有微波鐵塔、電力線路、桿塔等），避免重復建設。既要滿足現有的和可預見的各種業務應用的傳輸要求，同時又要具有適當的超前性，提高資源利用率。

2.1 電力系統通信特點

和公用通信網及其他專網相比，電力系統通信有以下特點：

1）要求有較高的可靠性和靈活性。電力對人們的生產、生活及國民經濟有著重大的影響，電力供應的安全穩定是電力工作的重中之重；而電力生產的不容間斷性和運行狀態變化的突然性，要求電力通信有高度的可靠性和靈活性。

2）傳輸信息量少、種類復雜、實時性強。電力系統通信所傳輸的信息有語音信號、遠動信號、繼電保護信號、電力負荷監測信息、計算機信息及其他數字信息、圖像信息等，信息量雖少，但一般都要求很強的實時性。

3）具有很大的耐“沖擊”性。當電力系統發生事故時，在事故發生和波及的發電廠、變電站，通信業務量會驟增。通信的網絡結構、傳輸通道的配置應能承受這種沖擊；在發生重大自然災害時，各種應急、備用的通信手段應能充分發揮作用。

4）網絡結構復雜。電力系統通信網中有著種類繁多的通信手段和各種不同性質的設備、機型，它們通過不同的接口方式和不同的轉接方式，如用戶線延伸、中繼線傳輸、電力線載波設備與光纖、微波等設備的轉接及其他同類、不同類型設備的轉接等，構成了電力系統復雜的通信網絡結構。

5）通信范圍點多面廣。除發電廠、供電公司等通信集中的地方外，供電區內所有的變電站、供電所也都是電力通信服務的對象。很多變電站地處偏遠，通信設備的維護半徑甚至達上百km。

6）無人值守的機房居多。通信點的分散性、業務量少等特點決定了電力通信各站點不可能都設通信值班。事實上除中心樞紐通信站外，大多數站點都是無人值守。這一方面減少了費用開支，另一方面卻給設備的維護維修帶來諸多不便。

2.2 農村縣級電網通信方案要考慮的因素

根據以上電力系統通信的特點，結合農村縣級電網的實際，通信方案的選擇，要考慮到以下幾個方面：

1）必須能滿足調度通信和調度自動化的基本需要，同時還要考慮縣級調度自動化的發展和建立無人值班變電站的要求。

2）要盡量節省資金，不必盲目追求大容量通信，造成浪費，使有限的資金能發揮更大的作用。

3）要求設備穩定、可靠，安裝方便，易維護。

4）由于縣級農電系統變電站容量一般不大，建筑面積小，因此要求設備要盡量小型化、集成化，避免占用過大的空間。

2.3 周至縣電網通信方式及特點

陜西省周至縣是一個典型的農業縣，縣供電分公司調度中心需要調管的6座35kV變電站通信組網示意圖如圖1所示。

圖1 組網示意圖Fig.1 Diagram of communication network structure

由于周至縣農村地域廣闊，要求通信設備能夠傳輸距離遠，并適應復雜的環境，周至縣調通信采用5.8GHz無線寬帶接入系統與電力載波通訊相結合的方式：

位于平原地區的縣調中心、35kV樓觀變、尚村變、啞柏變、翠峰變采用5.8GHz無線寬帶點對多點高速IP接入系統組網方案，其中翠峰變為中繼站，樓觀變、尚村變、啞柏變為遠端站；位于秦嶺山區的35kV板房子變、嶺北變，由于地形條件限制采用電力線載波通信，分別經35kV電力線路至山外翠峰變（板房子變—翠峰變，嶺北變—翠峰變），再由翠峰變5.8GHz無線寬帶接入系統將信息傳輸到縣調中心（見圖2、圖3）。

圖2 電力載波組織圖Fig.2 Organizational diagram of power line carrier communication

圖3 接口示意圖Fig.3 Diagram of interfaces

在周至縣調度中心和平原地區4個變電站之間建成一個以無線寬帶微鏈路為基礎，以數據、語音和視頻傳輸為主要業務的、抗自然災害強的寬帶無線調度通信系統，通過點對多點無線接入系統實現電力調度中心對各個變電站的遙信、遙測、遙控和遙調及圖像、語音、數據的接入。

根據地理位置分布，4個站點相對調度中心的位置比較分散，而且距離不等，最近4km，最遠達到21km；每個遠端點由于傳輸的業務內容而必須滿足4Mb/s吞吐量。考慮距離和帶寬的因素，要保證鏈路的可靠性和穩定性，同時滿足系統傳輸數據、語音和視頻等多種業務，采用5.8GHz的BreezeACCESS VL系列54Mb/s高速點對多點無線接入系統和BreezeNET B14點對點無線接入設備，即利用2套BreezeNetB14點對點無線接入設備，同時需要1個BreezeACCESS VL-AU中心基站及2個BreezeACCESS VL-SU遠端站。具體說明如下：

1）尚村變到縣局調度中心距離超過20km，采用1套BreezeNetB14點對點無線接入設備來實現連接，外接28dBi定向天線2面；

2）樓觀站、翠峰站與縣局調度中心站的方位夾角為120°以內，2個SU可共用一個AU。中心站外接15dBi-120°扇區天線一只；

3）啞柏站與翠峰站之間需要用1套BreezeNetB14設備來實現中繼站連接，外接28dBi定向天線2面；

4）35 kV板房子變、嶺北變位于秦嶺山區深處，大山阻隔、傳輸距離很長，采用性價比高的數字式電力線載波通信方式，經35kV電力線路到山外的翠峰變（板房子變—翠峰變，嶺北變—翠峰變），再由翠峰變5.8GHz無線寬帶接入系統將信息傳輸到縣調中心，由載波線路傳輸系統和IP語音網關，構建數據傳輸環路（見圖2、圖3）。

我們采用以色列Alvarion公司5.8GHz的BreezeACCESS VL系列54Mb/s高速點對多點無線接入系統和BreezeNET B14點對點無線接入設備，同IP網絡交換機構建無線環路，具體有如下特點：

1）先進性。①采用無線擴頻通信技術，使系統安全性、無線信道抗干擾能力、抗衰落能力大大增強，并提高了無線信道的傳輸速率。②采用開放、透明的無線網技術：設計參數符合無線網IEEE802.11標準，同時也符合在全球范圍內免許可證的有關規定，因此能夠保證與未來符合標準的其他廠商的無線局域網絡產品進行互操作。③硬件與協議透明：在有線網一端，符合IEEE802.3標準，可以順利的和其他網絡連接，不需要增加其他任何設備和軟件。實現設備連接的開放、透明、可操作性，對網絡操作系統，透明傳輸所有網絡協議，對于所有傳輸到的數據、協議都能毫不保留的轉發出去。④采用無線網絡管理軟件：網絡管理可通過配備在產品中的SNMP代理來管理，并可通過網絡進行遠程軟件升級工作，簡化了網絡管理員的工作。

2）實用性。對設備接口與網絡操作系統的透明性，無論對系統現行安裝與今后的需求擴展都提供了方便性與可操作性。

3）可擴充、可維護性。組網后如果需要增加新點，不需要對正在使用的設備做任何改動，只需要做新增加的設備的安裝即可。對設備的維護也非常簡單，通過網管軟件，在網絡中心就可以看到每一個無線設備的工作情況，并可遠程修改參數，改善無線信道傳輸性能。

4）可靠性。①抗干擾強：采用擴頻通信技術；②故障率低：在正常工作環境下，24h不間斷運行的平均無故障時間是10萬h；③ 接收靈敏度高：54Mb/s速率的接收靈敏度高達-70dBm，且采用分體式設計，室內至室外單元的電纜損耗大大減小，信號余量足，且設備支持自動降速，雪、霧、風沙等自然現象對信號的衰減可忽略。

5）經濟性。組網靈活、安裝簡單，性價比高，具有一次性投資永遠受益的特點。

周至縣調5.8GHz無線寬帶接入系統自2008年12月投入運行至今已有2a多時間，2a多的運行實踐證明效果不錯，各站點通話語音清晰，通道穩定，無誤碼，系統未出現過嚴重中斷和故障，設備運行正常。該方案的設計及設備選型很好地滿足了語音及遠動自動化信息的傳輸要求，為電網的安全穩定運行提供了可靠保證。2011年7月底，108國道秦嶺山區周至段因強降雨多處發生塌方、泥石流，造成交通中斷、通信線路損毀，超過10d不能通車，與山外的通信更是中斷數周，在此期間，電力通信網絡依然暢通無阻，山區災情、人員財產狀況信息從35kV板房子變電站通過電力載波通道、5.8GHz無線寬帶接入系統傳送到縣調度中心，傳送到周至縣委縣政府、傳送到防汛指揮部，在那段日子里，與山區的聯系，電信電話、手機都沒有了信號，電力專網通信被稱為“永不消逝的電波”，當時板房子變電站的載波電話成了與大山外面惟一的通信聯絡方式，載波電話成了名符其實的“熱線電話”。

3 結語

目前，隨著縣域經濟的發展，農村縣級電力調度機構不斷完善，調度通信網絡建設的步伐也在不斷加快，經濟發達地區多選用光纖通信方式組網，但隨著電網對災難應急、配網自動化、電網智能化等需求的提出，5.8GHz無線寬帶接入系統通信以其組網靈活、安裝簡單、業務能力強大、性價比高、不受地面限制等特點越來越受到重視，在縣級電網通信組網方案中成為對光纖通信方式的一個重要補充手段。同時，對于山區半山區的通信，電力線載波通信以其特有的方式在今后較長一個時期仍將作為縣級農電部門首選的通信組網方案。

[1]郎為民,焦巧，蔡理金.寬帶無線接入技術研究[J].郵電設計技術.2009（8）：29-33.

LANG Wei-min，JIAO Qiao，CAI Li-jin.Research on the Broadband Wireless AccessTechnologies[J].Designing Techniques of Postsand Telecommunications,2009(8):29-33.

[2]潘瑩玉.電力通信設備[M].北京：中國電力出版社,2003.

Study on Communication Network Planning of Electrical Power in Rural Areas at County Level

TIAN Xi-qin1，HUANG Lun2
（1.Zhouzhi Power Branch,Shaanxi Regional Electric Power Group Co.,Ltd.,Zhouzhi 710400,Shaanxi Province,China；2.Xi’an Power Supply Bureau,Xi’an 710032,Shaanxi Province China）

This paper introduces several communication patterns normally used in the county-level power grids in rural areas at present,discusses the advantages and disadvantages of each pattern.Based on analysis and comparison,the paper concludes that the 5.8GHz wireless broadband access or optical fiber communication is suitable in plain areas while the digitalpowerline carriercommunication is suitable in mountainous or partly mountainous areas.Finally,the paper conducts a case study of the communication network based on the scheme provided by the power dispatching and communication team of Zhouzhi Power Supply Branch.

power grid;communication;wireless broadband;optical fiber;carrier wave

介紹了目前縣級電網常用的幾種通信方式，以及各自的優缺點，通過分析對比，以周至縣供電分公司縣調通信組網方案為例，提出平原地區采用5.8GHz無線寬帶接入系統或光纖通信，山區、半山區采用數字式電力線載波通信是目前適合農村縣級電網實際情況的通信組網方案。

電網；通信；無線寬帶；光纖；載波

1674-3814（2011）12-0063-05

TM 73

A

2011-10-11。

田西秦（1969—），男，工程師，從事電力調度通信運行、維護和管理工作。

（編輯 董小兵）