鄭州高新區配電網自動化通信系統設計與應用

陳 良，薛保星，黃傳金

CHEN Liang1,XUE Bao-xing2,HUANG Chuan-jin1

（1. 中州大學 工程技術學院，鄭州 450044；2. 鄭州供電公司，鄭州 450000）

0 引言

2009年5月，國家電網公司向社會公布了“堅強智能電網”的發展計劃。根據此項計劃，國家電網公司提出了建設以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎，利用先進的通信、信息和控制技術，構建以信息化、自動化、互動化為特征的自主創新、國際領先的統一堅強智能電網的戰略發展目標。隨著我國經濟持續健康發展和人民生活水平不斷提高，社會對堅強電網建設、電網安全穩定運行、電能質量和優質服務水平也提出了更高要求。

鄭州高新區是河南省唯一的國家級高新技術開發區，高新區內共有2座220kV變電站，4座110kV變電站，建成區內10KV配電線路28條，線路總長度254.15公里，電纜化率為34.39%。中低壓配電網架空線路主要采用供電可靠性較高的分段接線方式；電纜線路以雙環網為主，目前環網比例已達到100%，具備實施配電自動化的網絡架構基礎。

1 配電通信系統選擇

1.1 現有通信系統基礎及存在問題

鄭州高新區現有通信設備較落后，已不能滿足未來對配電網的運行要求，主要存在的問題有：

1）光纖損壞

配電網通信系統光纜采用的為普通光纜，芯數為8芯。由于配電自動化系統建設早，經過長期運行，隨部分終端失效，光纖也隨之停用，損壞較多。

2）光纖覆蓋范圍不夠

原有光纖的鋪設是滿足當時配電自動化建設的需要，隨配電自動化范圍的擴大，光纖的覆蓋范圍已經不能滿足本次配電自動化試點建設和未來配電網運行的要求。

3）光設備不能使用

原有光纖通信采用光MODEM方式。受當時通信技術水平限制，光設備功能簡單，不能具備遠程網管等多種功能。從技術壽命角度考慮，光設備壽命已到期，不能繼續使用。

1.2 技術體系和技術選擇

本期配用電通信網建設的重點在于接入層，對應于城市配電網絡中壓層面。中壓層面的配用電通信網絡應結合本地現有條件，可供選擇的通信方式有光纖專網、中壓電力線載波、無線等。光纖專網方式因其傳輸容量大、安全性及可靠性高等優勢，在條件許可時應優先采用；無線專網方式無需有線介質，組網靈活，傳輸速率也可滿足要求，非常適合于老舊線路多、網絡結構復雜且變動頻繁、光纜架設困難等地區，但存在實際應用經驗少、須申請使用頻段等缺點，且在城區基站選址建設有一定難度，終端設備的安裝方式也受到一些影響；中壓電力線載波技術建設方便，節省介質投資，但使用效果較差，在架空線路安裝較困難，運行維護工作量大，網管能力較弱，作為專網通信方式之一，在不便采用光纖的情況下，可以作為補充。

雖然配用電通信網情況復雜，單純采用一種或兩種通信方式無法滿足需要，但同一地區內如采取過多的通信方式，首先會增加變電站端的主設備類型和數量；其次需要建設多種設備類型的網管系統；然后設備種類增多將造成同類設備數量的減少，在設備招標時單價將升高，最后對于運行維護人員的技術水平和工作量都將提出更高的要求。綜上所述，在滿足使用要求的前提下，同一區域內所采用的通信方式應相對統一，以獲取更好的技術經濟效益和運行效果。

綜合各種通信方式的優缺點以及建設成本，各終端通信接入方式在光纖（EPON）、電力線載波（中壓PLC）和無線公網（GPRS）等三種方式中選擇。

選用EPON設備組網時，采用光路全保護冗余方式建設，任何一個終端設備出現故障都不會影響其他終端設備，雙PON（Passive Optical Network，即無源光纖網絡）口的ONU(Optical Network Unit，即光節點)設備，ODN（Optical Distribution Node，即光配線網）結構設計以環形和總線結構為主，分光級數不超過6級。

采用電力線載波方式時，電纜線路優先選擇卡接式電感耦合方式，架空線路優先選擇相-相電容耦合方式，載波機優先選擇一對多的系統。

采用GPRS無線公網通信方式時，公司與運營商側采用高可靠的APN通道互聯，在公司配置網絡鑒權、授權與計帳系統(AAA系統)，實現終端接入鑒權。

采用多種通信方式時應實現多種方式的統一接入、統一接口規范和統一管理，所采用的通信設備/終端應支持以太網和標準串行通信接口。

配用電通信網絡的分層結構示意圖如圖1所示。

圖1 通信網絡層面及通信方式圖

1.3 技術指標

表1 通信系統技術指標

2 配用電一體化通信系統

2.1 配用電一體化通信主平臺

配用電一體化通信主平臺主要由統一接入集群、統一網管系統和維護工作站組成。如圖2所示。

其主要功能是接入和集中管理各種通信方式的輸入信息，通過統一的接口與主站系統連接，實現“統一接入、統一接口、統一管理”的設計目標。

其中的統一網管系統由各網管子系統組成，各網管子系統的功能是顯示各類型通信設備及終端設備的運行狀態、故障告警、數據信息的采集處理及遠程配置管理，并通過統一接口互聯，實現信息交換和共享。

2.2 配用電一體化通信子平臺

就該系統而言，在各110kV變電站設置配用電一體化通信子平臺，主要是完成各站點所轄區域內各終端的有線通信接入，并將信息匯集送往配用電一體化通信主平臺。主要組成部分有匯聚交換機、集中協議接口轉換器、各類型通信主設備。主要功能是實現所轄區域內各種通信方式的集中接入，負責所轄區域內配電自動化終端相關信息的匯集、處理與轉發。

3 配用電通信網建設

3.1 配用電通信網骨干層建設

在瑞達變、玉蘭變、百爐屯變、春藤變、冬青變分別設置一體化配用電通信接入子平臺，每個節點配置集中型多PON口OLT，通過各站的傳輸設備與鄭州供電公司的配用電通信接入主平臺聯系，滿足各10kV站點配用電通信設備接入需求。

瑞達變、玉蘭變、百爐屯變、春藤變、冬青變均為鄭州地區規劃的MSTP（Multi-Service Transmission Platform，即多業務傳輸平臺）光纖傳輸網節點，網絡結構具備自愈功能。其中春藤變、冬青變傳輸設備為MSTP設備，瑞達變、玉蘭變、百爐屯變傳輸設備目前為SDH（Synchronous Digital Hierarchy，即同步數字體系）設備，鄭州供電公司“十二五”通信規劃擬將MSTP傳輸網覆蓋到所有110kV變電站。

3.2 配用電通信網接入層建設

3.2.1 光纜建設

中壓配電光纜網絡的建設，不僅為滿足本期配電自動化系統的需要，同時更要兼顧智能電網的發展，以適應不遠的將來用戶雙向互動的高級應用的逐步開展、增值業務的不斷拓展。

鄭州高新區中壓配電網已建有一些光纜，覆蓋部分開閉站，主要采用普通光纜，沿10kV架空線路架設，但多為輻射結構，未形成環網，所以可盡量利用現有光纜，同時新建光纜以覆蓋絕大部分“三遙”站點以及遠期可能有“三遙”需求的站點，同時補強光纜網絡，盡量在主干線路上形成環狀或網狀拓撲結構。在光纜建設代價較大，且站點較為偏遠，可靠性要求相對不高時，考慮采用中壓PLC通信方式。

圖2 配用電通信接入主平臺硬件體系結構

沿管道新建光纜時，采用非金屬阻燃光纜，光纜芯數24芯，直埋時可選用非金屬阻燃光纜（穿管保護）或鎧裝光纜；沿架空線路新建光纜時，采用ADSS（All-dielectric Self-supporting Optical Cable，即全介質自承式光纜）光纜，光纜芯數24芯；高新區中壓配電網內現有可供利用的光纜。

3.2.2 設備建設方案

光纜覆蓋到的終端站點采用工業級的雙PON口ONU設備，EPON網絡采用光路全保護冗余方式建設，任何一個終端設備故障都不會影響其他終端設備。EPON系統的ODN主要以環形和總線結構設計為主，分光級數不超過6級。

光纜未覆蓋到的“三遙”終端站點采用中壓電力線載波設備，電纜線路采取卡接式電感耦合方式，架空線路選擇相-相電容耦合方式，載波機配置為一對多的系統。

光纜未覆蓋到的“兩遙”或“一遙”終端站點采用GPRS無線公網通信方式。采用GPRS無線公網通信方式時，鄭州供電公司與無線通信運營商側應采用高可靠的APN通道互聯，在公司配置網絡鑒權、授權與計帳系統(AAA系統)，實現終端接入鑒權。本項目中各配變終端的通信方式將結合用電信息采集系統建設統一考慮，其通信設備以及主站端通信接口不納入本工程投資。各類型終端通信設備配置匯總如表2所示。

表2 各類型終端通信設備配置匯總

4 結束語

鄭州國家高新技術開發區配電自動化通信系統,采用光纖作為主要傳輸介質,完成各站點所轄區域內各終端的有線通信接入，并將信息匯集送往配用電一體化通信主平臺，完成了信息的匯集、處理與轉發。2011年12月，建成了統一接口、統一規范、統一網管的一體化配用電通信網絡，實現配電環節和用電環節全部終端通信覆蓋率100%，滿足智能配電網配用電環節通信需求。

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