變電站典型光通信模式研究

熊剛

摘 要：目前，通信條件已發(fā)生了革命性的變化，由早期的載波、微波和電纜等通信介質(zhì)發(fā)展成為以光纜為主的通信網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)以O(shè)PGW光纜、ADSS光纜為主，已覆蓋了幾乎所有的輸變電場所。因此，應(yīng)建立與之適應(yīng)的通信模式。通過研究現(xiàn)代通信條件、變電站通信的需求，提出了統(tǒng)一化的、簡單的變電站通信模式。

關(guān)鍵詞：通信模式；變電站；電磁輻射；數(shù)據(jù)網(wǎng)

中圖分類號：TN929.11；TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0018-02

1 現(xiàn)代變電站的特點

現(xiàn)代變電站的通信條件與傳統(tǒng)變電站的通信條件有著完全不同的特點。傳統(tǒng)變電站的通信主要依賴輸電線路和無線介質(zhì)，與之對應(yīng)的通信方式主要為載波通信和微波通信，對應(yīng)的設(shè)備為載波機(jī)和微波機(jī)，這2種通信方式共同的特點是干擾因素較多、可靠性較低、組網(wǎng)方式有限和自身通信系統(tǒng)難以實現(xiàn)自愈保護(hù)等。其中，載波通信在輸電線上進(jìn)行，不是專門用于通信的傳輸介質(zhì)，具有傳輸速度慢、易受干擾、誤碼率高、易受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響等特點；微波通信利用無線電波作為通信介質(zhì)，會受到天氣、電磁輻射等方面因素的干擾，難以保證通信的可靠性。

現(xiàn)代變電站最大的特點是光纖化，新建變電站必然會敷設(shè)光纜。變電站的光纜有以下3個特點：①光纜的拓?fù)渑c電力系統(tǒng)一次系統(tǒng)接線圖相似，其多沿沿線輸電線路架設(shè)。比如，ADSS或OPGW光纜都沿著輸電線路進(jìn)行同塔架設(shè)，尤其是OPGW，其本身會嵌入到輸電線路的避雷線中。②出于對供電可靠性的考慮，多數(shù)變電站的電源側(cè)（變高側(cè)）輸電線都是來自2個或2個以上的方向，在不同方向的線路上敷設(shè)光纜，可保證該變電站具有2個或以上的光纜方向。③相比于傳統(tǒng)的微波和載波而言，光纜的傳輸質(zhì)量和可靠性非常高。

因此，現(xiàn)代變電站具備的通信條件與電力系統(tǒng)的一次接線圖類似，每個變電站具有2個或2個以上方向的光纜網(wǎng)絡(luò)。

2 通信技術(shù)

因現(xiàn)代變電站的通信條件為光纜網(wǎng)絡(luò)，所以，必然應(yīng)采用光通信。發(fā)展時間最長、最成熟的光通信技術(shù)為SDH技術(shù)。目前，SDH技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為MSTP（多業(yè)務(wù)傳輸平臺），但其本質(zhì)未變。此外，還可直接開展光纖通信的通信技術(shù)是寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)。以下將對這二者分別討論。

2.1 SDH傳輸系統(tǒng)

本文只探討現(xiàn)代變電站如何利用SDH實現(xiàn)可靠通信。SDH傳輸系統(tǒng)的速率較高，可與電力專網(wǎng)目前的速度（622 Mbps、2.5 Gbps、10 Gbps）相適應(yīng)。SDH傳輸系統(tǒng)具有自愈保護(hù)功能，常用的保護(hù)方式有通道保護(hù)和復(fù)用段保護(hù)，可以在中斷一條鏈路的情況下正常工作，即如果一座變電站一個方向上的光纜中斷，則與其他變電站之間的通信不受影響。

2.2 寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)

早期的寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)建立在傳輸系統(tǒng)之上，其自身并不是一個完整的通信傳輸網(wǎng)絡(luò)。目前，寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)具備100 M、1 G，甚至10 G的光接口，在100 km的傳輸距離內(nèi)可直接使用裸光纖組網(wǎng)。寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)在組建二層網(wǎng)絡(luò)時，利用生成樹技術(shù)（STP）管理冗余的鏈路，以實現(xiàn)保護(hù)；在組建三層網(wǎng)絡(luò)時（主要指IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)），利用路由技術(shù)實現(xiàn)鏈路的冗余保護(hù)。因此，寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)可以利用變電站的光纜進(jìn)行具有保護(hù)的通信。

3 變電站通信需求分析

目前，變電站的通信需求已從傳統(tǒng)的電話、遠(yuǎn)動通道擴(kuò)展到OA、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、計量通道和視頻監(jiān)控等方面。

3.1 遠(yuǎn)動業(yè)務(wù)

遠(yuǎn)動業(yè)務(wù)主要體現(xiàn)在每個變電站為SCADA系統(tǒng)提供2路及以上的通道作為變電站的四遙通道。遠(yuǎn)動通道的接口形式主要有4線E&M、RS232、以太網(wǎng)IP等接口。

3.2 繼保和安穩(wěn)業(yè)務(wù)

繼保通道可直接用光纖連接，這種方式只需直接提供光纖資源。此外，還能使用傳輸通道提供繼保通道，接口形式主要為2 M。該業(yè)務(wù)對通道雙向通信的時延誤差比較敏感，因此，需要通道的2個通信方向均具有相同的物理路徑。

3.3 變電站生產(chǎn)管理系統(tǒng)

變電站生產(chǎn)管理系統(tǒng)是一個辦公網(wǎng)絡(luò)平臺，具體包括OA、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和兩票系統(tǒng)等，它是變電站的普通通信系統(tǒng)，要求其他的通信系統(tǒng)與該系統(tǒng)隔離，其接口形式主要為以太網(wǎng)IP接口。繼電保護(hù)和安穩(wěn)裝置可能還涉及其他的輔助信息系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的通信多數(shù)是以太網(wǎng)IP接口的形式，且要求與普通的生產(chǎn)、OA網(wǎng)實現(xiàn)物理隔離。

3.4 計量業(yè)務(wù)

計量業(yè)務(wù)主要為計量提供數(shù)據(jù)傳輸通道，該業(yè)務(wù)的接口形式主要為以太網(wǎng)接口。

3.5 其他業(yè)務(wù)

除上述業(yè)務(wù)外，變電站還需要對電話、遙視系統(tǒng)等提供通信通道。

綜上所述，我們可把變電站的業(yè)務(wù)分為兩大類，一類是對可靠性和隔離性要求較高的業(yè)務(wù)，比如遠(yuǎn)動、安穩(wěn)、繼保和輔助信息系統(tǒng)；另一類是安全要求較低的業(yè)務(wù)，比如電話、生產(chǎn)管理和遙視等系統(tǒng)。

4 光通信模式

本章重點探索在上述通信條件下，建立一種通信模式，它既要適用于現(xiàn)在的通信條件和通信技術(shù)，又能滿足通信需求。同時，還要具備簡潔的結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一的模式，以免在規(guī)劃設(shè)計通信系統(tǒng)時具有隨機(jī)性，從而能按照統(tǒng)一的模式建立變電站通信系統(tǒng)。

關(guān)于通信模型，總體思路是在一座變電站中建立2套獨立的通信系統(tǒng)，具體如圖1所示。

摘 要：目前，通信條件已發(fā)生了革命性的變化，由早期的載波、微波和電纜等通信介質(zhì)發(fā)展成為以光纜為主的通信網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)以O(shè)PGW光纜、ADSS光纜為主，已覆蓋了幾乎所有的輸變電場所。因此，應(yīng)建立與之適應(yīng)的通信模式。通過研究現(xiàn)代通信條件、變電站通信的需求，提出了統(tǒng)一化的、簡單的變電站通信模式。

關(guān)鍵詞：通信模式；變電站；電磁輻射；數(shù)據(jù)網(wǎng)

中圖分類號：TN929.11；TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0018-02

1 現(xiàn)代變電站的特點

現(xiàn)代變電站的通信條件與傳統(tǒng)變電站的通信條件有著完全不同的特點。傳統(tǒng)變電站的通信主要依賴輸電線路和無線介質(zhì)，與之對應(yīng)的通信方式主要為載波通信和微波通信，對應(yīng)的設(shè)備為載波機(jī)和微波機(jī)，這2種通信方式共同的特點是干擾因素較多、可靠性較低、組網(wǎng)方式有限和自身通信系統(tǒng)難以實現(xiàn)自愈保護(hù)等。其中，載波通信在輸電線上進(jìn)行，不是專門用于通信的傳輸介質(zhì)，具有傳輸速度慢、易受干擾、誤碼率高、易受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響等特點；微波通信利用無線電波作為通信介質(zhì)，會受到天氣、電磁輻射等方面因素的干擾，難以保證通信的可靠性。

現(xiàn)代變電站最大的特點是光纖化，新建變電站必然會敷設(shè)光纜。變電站的光纜有以下3個特點：①光纜的拓?fù)渑c電力系統(tǒng)一次系統(tǒng)接線圖相似，其多沿沿線輸電線路架設(shè)。比如，ADSS或OPGW光纜都沿著輸電線路進(jìn)行同塔架設(shè)，尤其是OPGW，其本身會嵌入到輸電線路的避雷線中。②出于對供電可靠性的考慮，多數(shù)變電站的電源側(cè)（變高側(cè)）輸電線都是來自2個或2個以上的方向，在不同方向的線路上敷設(shè)光纜，可保證該變電站具有2個或以上的光纜方向。③相比于傳統(tǒng)的微波和載波而言，光纜的傳輸質(zhì)量和可靠性非常高。

因此，現(xiàn)代變電站具備的通信條件與電力系統(tǒng)的一次接線圖類似，每個變電站具有2個或2個以上方向的光纜網(wǎng)絡(luò)。

2 通信技術(shù)

因現(xiàn)代變電站的通信條件為光纜網(wǎng)絡(luò)，所以，必然應(yīng)采用光通信。發(fā)展時間最長、最成熟的光通信技術(shù)為SDH技術(shù)。目前，SDH技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為MSTP（多業(yè)務(wù)傳輸平臺），但其本質(zhì)未變。此外，還可直接開展光纖通信的通信技術(shù)是寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)。以下將對這二者分別討論。

2.1 SDH傳輸系統(tǒng)

本文只探討現(xiàn)代變電站如何利用SDH實現(xiàn)可靠通信。SDH傳輸系統(tǒng)的速率較高，可與電力專網(wǎng)目前的速度（622 Mbps、2.5 Gbps、10 Gbps）相適應(yīng)。SDH傳輸系統(tǒng)具有自愈保護(hù)功能，常用的保護(hù)方式有通道保護(hù)和復(fù)用段保護(hù)，可以在中斷一條鏈路的情況下正常工作，即如果一座變電站一個方向上的光纜中斷，則與其他變電站之間的通信不受影響。

2.2 寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)

早期的寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)建立在傳輸系統(tǒng)之上，其自身并不是一個完整的通信傳輸網(wǎng)絡(luò)。目前，寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)具備100 M、1 G，甚至10 G的光接口，在100 km的傳輸距離內(nèi)可直接使用裸光纖組網(wǎng)。寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)在組建二層網(wǎng)絡(luò)時，利用生成樹技術(shù)（STP）管理冗余的鏈路，以實現(xiàn)保護(hù)；在組建三層網(wǎng)絡(luò)時（主要指IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)），利用路由技術(shù)實現(xiàn)鏈路的冗余保護(hù)。因此，寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)可以利用變電站的光纜進(jìn)行具有保護(hù)的通信。

3 變電站通信需求分析

目前，變電站的通信需求已從傳統(tǒng)的電話、遠(yuǎn)動通道擴(kuò)展到OA、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、計量通道和視頻監(jiān)控等方面。

3.1 遠(yuǎn)動業(yè)務(wù)

遠(yuǎn)動業(yè)務(wù)主要體現(xiàn)在每個變電站為SCADA系統(tǒng)提供2路及以上的通道作為變電站的四遙通道。遠(yuǎn)動通道的接口形式主要有4線E&M、RS232、以太網(wǎng)IP等接口。

3.2 繼保和安穩(wěn)業(yè)務(wù)

繼保通道可直接用光纖連接，這種方式只需直接提供光纖資源。此外，還能使用傳輸通道提供繼保通道，接口形式主要為2 M。該業(yè)務(wù)對通道雙向通信的時延誤差比較敏感，因此，需要通道的2個通信方向均具有相同的物理路徑。

3.3 變電站生產(chǎn)管理系統(tǒng)

變電站生產(chǎn)管理系統(tǒng)是一個辦公網(wǎng)絡(luò)平臺，具體包括OA、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和兩票系統(tǒng)等，它是變電站的普通通信系統(tǒng)，要求其他的通信系統(tǒng)與該系統(tǒng)隔離，其接口形式主要為以太網(wǎng)IP接口。繼電保護(hù)和安穩(wěn)裝置可能還涉及其他的輔助信息系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的通信多數(shù)是以太網(wǎng)IP接口的形式，且要求與普通的生產(chǎn)、OA網(wǎng)實現(xiàn)物理隔離。

3.4 計量業(yè)務(wù)

計量業(yè)務(wù)主要為計量提供數(shù)據(jù)傳輸通道，該業(yè)務(wù)的接口形式主要為以太網(wǎng)接口。

3.5 其他業(yè)務(wù)

除上述業(yè)務(wù)外，變電站還需要對電話、遙視系統(tǒng)等提供通信通道。

綜上所述，我們可把變電站的業(yè)務(wù)分為兩大類，一類是對可靠性和隔離性要求較高的業(yè)務(wù)，比如遠(yuǎn)動、安穩(wěn)、繼保和輔助信息系統(tǒng)；另一類是安全要求較低的業(yè)務(wù)，比如電話、生產(chǎn)管理和遙視等系統(tǒng)。

4 光通信模式

本章重點探索在上述通信條件下，建立一種通信模式，它既要適用于現(xiàn)在的通信條件和通信技術(shù)，又能滿足通信需求。同時，還要具備簡潔的結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一的模式，以免在規(guī)劃設(shè)計通信系統(tǒng)時具有隨機(jī)性，從而能按照統(tǒng)一的模式建立變電站通信系統(tǒng)。

關(guān)于通信模型，總體思路是在一座變電站中建立2套獨立的通信系統(tǒng)，具體如圖1所示。

摘 要：目前，通信條件已發(fā)生了革命性的變化，由早期的載波、微波和電纜等通信介質(zhì)發(fā)展成為以光纜為主的通信網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)以O(shè)PGW光纜、ADSS光纜為主，已覆蓋了幾乎所有的輸變電場所。因此，應(yīng)建立與之適應(yīng)的通信模式。通過研究現(xiàn)代通信條件、變電站通信的需求，提出了統(tǒng)一化的、簡單的變電站通信模式。

關(guān)鍵詞：通信模式；變電站；電磁輻射；數(shù)據(jù)網(wǎng)

中圖分類號：TN929.11；TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0018-02

1 現(xiàn)代變電站的特點

現(xiàn)代變電站的通信條件與傳統(tǒng)變電站的通信條件有著完全不同的特點。傳統(tǒng)變電站的通信主要依賴輸電線路和無線介質(zhì)，與之對應(yīng)的通信方式主要為載波通信和微波通信，對應(yīng)的設(shè)備為載波機(jī)和微波機(jī)，這2種通信方式共同的特點是干擾因素較多、可靠性較低、組網(wǎng)方式有限和自身通信系統(tǒng)難以實現(xiàn)自愈保護(hù)等。其中，載波通信在輸電線上進(jìn)行，不是專門用于通信的傳輸介質(zhì)，具有傳輸速度慢、易受干擾、誤碼率高、易受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響等特點；微波通信利用無線電波作為通信介質(zhì)，會受到天氣、電磁輻射等方面因素的干擾，難以保證通信的可靠性。

現(xiàn)代變電站最大的特點是光纖化，新建變電站必然會敷設(shè)光纜。變電站的光纜有以下3個特點：①光纜的拓?fù)渑c電力系統(tǒng)一次系統(tǒng)接線圖相似，其多沿沿線輸電線路架設(shè)。比如，ADSS或OPGW光纜都沿著輸電線路進(jìn)行同塔架設(shè)，尤其是OPGW，其本身會嵌入到輸電線路的避雷線中。②出于對供電可靠性的考慮，多數(shù)變電站的電源側(cè)（變高側(cè)）輸電線都是來自2個或2個以上的方向，在不同方向的線路上敷設(shè)光纜，可保證該變電站具有2個或以上的光纜方向。③相比于傳統(tǒng)的微波和載波而言，光纜的傳輸質(zhì)量和可靠性非常高。

因此，現(xiàn)代變電站具備的通信條件與電力系統(tǒng)的一次接線圖類似，每個變電站具有2個或2個以上方向的光纜網(wǎng)絡(luò)。

2 通信技術(shù)

因現(xiàn)代變電站的通信條件為光纜網(wǎng)絡(luò)，所以，必然應(yīng)采用光通信。發(fā)展時間最長、最成熟的光通信技術(shù)為SDH技術(shù)。目前，SDH技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為MSTP（多業(yè)務(wù)傳輸平臺），但其本質(zhì)未變。此外，還可直接開展光纖通信的通信技術(shù)是寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)。以下將對這二者分別討論。

2.1 SDH傳輸系統(tǒng)

本文只探討現(xiàn)代變電站如何利用SDH實現(xiàn)可靠通信。SDH傳輸系統(tǒng)的速率較高，可與電力專網(wǎng)目前的速度（622 Mbps、2.5 Gbps、10 Gbps）相適應(yīng)。SDH傳輸系統(tǒng)具有自愈保護(hù)功能，常用的保護(hù)方式有通道保護(hù)和復(fù)用段保護(hù)，可以在中斷一條鏈路的情況下正常工作，即如果一座變電站一個方向上的光纜中斷，則與其他變電站之間的通信不受影響。

2.2 寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)

早期的寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)建立在傳輸系統(tǒng)之上，其自身并不是一個完整的通信傳輸網(wǎng)絡(luò)。目前，寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)具備100 M、1 G，甚至10 G的光接口，在100 km的傳輸距離內(nèi)可直接使用裸光纖組網(wǎng)。寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)在組建二層網(wǎng)絡(luò)時，利用生成樹技術(shù)（STP）管理冗余的鏈路，以實現(xiàn)保護(hù)；在組建三層網(wǎng)絡(luò)時（主要指IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)），利用路由技術(shù)實現(xiàn)鏈路的冗余保護(hù)。因此，寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)可以利用變電站的光纜進(jìn)行具有保護(hù)的通信。

3 變電站通信需求分析

目前，變電站的通信需求已從傳統(tǒng)的電話、遠(yuǎn)動通道擴(kuò)展到OA、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、計量通道和視頻監(jiān)控等方面。

3.1 遠(yuǎn)動業(yè)務(wù)

遠(yuǎn)動業(yè)務(wù)主要體現(xiàn)在每個變電站為SCADA系統(tǒng)提供2路及以上的通道作為變電站的四遙通道。遠(yuǎn)動通道的接口形式主要有4線E&M、RS232、以太網(wǎng)IP等接口。

3.2 繼保和安穩(wěn)業(yè)務(wù)

繼保通道可直接用光纖連接，這種方式只需直接提供光纖資源。此外，還能使用傳輸通道提供繼保通道，接口形式主要為2 M。該業(yè)務(wù)對通道雙向通信的時延誤差比較敏感，因此，需要通道的2個通信方向均具有相同的物理路徑。

3.3 變電站生產(chǎn)管理系統(tǒng)

變電站生產(chǎn)管理系統(tǒng)是一個辦公網(wǎng)絡(luò)平臺，具體包括OA、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和兩票系統(tǒng)等，它是變電站的普通通信系統(tǒng)，要求其他的通信系統(tǒng)與該系統(tǒng)隔離，其接口形式主要為以太網(wǎng)IP接口。繼電保護(hù)和安穩(wěn)裝置可能還涉及其他的輔助信息系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的通信多數(shù)是以太網(wǎng)IP接口的形式，且要求與普通的生產(chǎn)、OA網(wǎng)實現(xiàn)物理隔離。

3.4 計量業(yè)務(wù)

計量業(yè)務(wù)主要為計量提供數(shù)據(jù)傳輸通道，該業(yè)務(wù)的接口形式主要為以太網(wǎng)接口。

3.5 其他業(yè)務(wù)

除上述業(yè)務(wù)外，變電站還需要對電話、遙視系統(tǒng)等提供通信通道。

綜上所述，我們可把變電站的業(yè)務(wù)分為兩大類，一類是對可靠性和隔離性要求較高的業(yè)務(wù)，比如遠(yuǎn)動、安穩(wěn)、繼保和輔助信息系統(tǒng)；另一類是安全要求較低的業(yè)務(wù)，比如電話、生產(chǎn)管理和遙視等系統(tǒng)。

4 光通信模式

本章重點探索在上述通信條件下，建立一種通信模式，它既要適用于現(xiàn)在的通信條件和通信技術(shù)，又能滿足通信需求。同時，還要具備簡潔的結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一的模式，以免在規(guī)劃設(shè)計通信系統(tǒng)時具有隨機(jī)性，從而能按照統(tǒng)一的模式建立變電站通信系統(tǒng)。

關(guān)于通信模型，總體思路是在一座變電站中建立2套獨立的通信系統(tǒng)，具體如圖1所示。