EPON用于電力配網通信的應用分析

劉素華 項東 張寧 鄒愚

【摘要】 通通信系統是實現配電網自動化的基礎支撐，是整個系統安全可靠運行的保證，本文針對了配電自動化的特點以及對通信通道的要求，本文重點對EPON 技術應用于配電網自動化通信系統的可行性進行詳細的分析。

【關鍵詞】 配電網自動化 EPON 通信網絡

概述

配電自動化系統一般由主站、通信網絡、變電站自動化系統及配電遠方終端（DTU、FTU或TTU）組成。

通信網絡作為配電自動化的一個組成部分是至關重要的，它的穩定性、可靠性直接關系到配電自動化系統能否正常運行。在下文中對EPON通信技術在配電通信網的應用可行性進行詳細的分析。

一、EPON通信介質分析

目前各級電力公司已建成以光纖通信網絡為主的調度通信網，所轄電網內35kV、110kV及以上變電站基本實現光纖全覆蓋，各35kV及以上變電站已經具備至調度主站的通信通道，因此，光纖通信網絡具備向35kV以下的配電線路延伸的網絡基礎。

在鋪設光纜時可以借助配電網已有豐富的管道或線路資源，本著“專芯專網”的原則，對于架空線路，可同桿塔架設；對于地埋線路，可同路由鋪設。

二、EPON組網結構分析

既然光纜的布放需要沿著配電電纜走向實施，因此在通信網絡建設之前有必要對電力常見的配網電纜拓撲結構進行分析。

2.1配網電纜拓撲結構

（1）單電源輻射網：是一種接線簡單清晰、運行方便、建設投資較少的配電網絡，當線路或設備故障、檢修時，用戶停電范圍大，系統供電可靠性較差。

（2）“手拉手”環網：是目前城鎮配電網絡中普遍使用的一種接線方式，通過主干線路末端之間的直接聯絡，實行環網接線，開環運行，大大提高了供電可靠性。

（3）雙電源雙T網：兩變壓器接線既有T形接線的優點，節省電力電纜的用量，運行方式靈活，又可使變壓器和低壓配電系統有備用，是高可靠性的接線方式。

2.2通信網拓撲結構

為了避免重新開掘另外的通信管道，通信設備的組網方式應該符合電網常見的這幾種拓撲模式。

（1）EPON鏈型組網：在配電子站布放OLT設備，通過OLT的一個PON口級聯多個POS（1：2非均分分光器），分光器可放置在每一個分段開關處，例如變壓器桿塔上或線纜分支箱中，每個ONU放置于FTU箱體內（或另置其它箱體），OLT的光纖通信半徑為20KM左右，滿足單電源3-5KM的供電范圍。

（2）EPON全鏈路保護組網一：該組網結構完全契合電力配電網中常用的“手拉手環網”，分別在兩個配電子站放置OLT設備，然后通過兩個光方向利用POS（非均分分光器）級聯延伸，分光器、ONU設備的放置可參照單電源組網結構，每個ONU的上行鏈路都通過雙PON口進行鏈路1+1冗余保護，保障環網監控穩定運行。

（3）EPON全鏈路保護組網二：分別在A、B兩個10KV變電站放置OLT設備，按照雙T型線纜結構進行組網，相對于“手拉手”組網，它的區別在于OLT的光方向基本一致，設備布放位置也趨于相同。

通過以上的組網對比分析，可以得出在配電網中實施光纖通信時候，光纖資源分布的特點如下：依據配電網電纜結構，光纖線路通常是星型或鏈型結構；配電子站到配電終端之間光纖資源也是“點到多點”結構；配電網輻射面積大，光纖資源相對少，形成環網困難。

如果結合EPON通信系統的網絡特點，就會發現EPON通信系統天然地符合配電網光纖資源的結構，就組網結構而言，EPON組網方式是配電網子站到配變終端層面組網的最佳選擇。

三、EPON設備取電分析

EPON 設備的取電通常可以通過電壓互感器變換電壓、二次側可輸出220VAC，就近配電變壓器取電等方式進行，工程實際中，開閉所、負荷中心、用戶電表處取電相對方便，環網柜、柱上開關、變壓器等處可靠電壓互感器+蓄電池（UPS）方式取電。

四、EPON設備使用環境要求分析

相對于輸、變電站調度網而言，配電網的另一個顯著特征就是設備運行環境不同，大多數設備要求室外運行，因此必須考慮設備的環境適應性問題。總體而言，配電自動化系統對通信設備具體要求如下：1、防浪涌沖擊，抗靜電干擾；2、在-40℃～75℃溫度下正常運行；3、支持12、24V、-48V、220V等支持應急充電電池或者UPS；4、自然散熱；5、具備防水、防塵設計，適應各種惡劣環境。據了解，目前廠家生產的戶外ONU終端設備可達到工業級標準，適應各種惡劣環境中使用。

五、EPON通信接口及帶寬需求分析

現有配電網通信終端（FTU/DTU/RTU）的通信接口以以太網口和RS232/485 為主，隨著以太網技術應用的不斷發展，以太口（RJ45）最終會取代絕大部分的電力通信設備的接口。與傳統的調度自動化系統相比，配電系統自動化終端節點數量極大，并且節點分散、通信距離短、每個節點的數據量較小、實時性要求高， 各種不同類型終端的速率要求大致分布在300 bps～2 Mbps 之間， 而EPON 系統基本可提供1.25 Gbps 的上下行速率， 并提供以太網口為主、RS232/485 口為輔的數據接口，滿足配電自動化系統的帶寬和接口的發展要求。

六、EPON鏈路保護和抗單/多點失效分析

抗單點失效是指通信網絡中某一終端損壞或者一條分支鏈路中斷，不影響其他終端設備的業務運行的特性。抗多點失效是指在通信網絡中不少于2臺設備損壞，或者不少于2處支路光纖中斷的情況下，其他通信終端的業務仍然不受影響繼續運行的特性。

EPON系統中各個ONU設備是通過POS（Passive Optical Spliter 無源光分路器）采用并聯方式組成光纖網絡，每臺ONU設備收到的光信號是從OLT設備以點到多點的通信方式發送下來的，每臺ONU設備依靠分光器（物理器件，不易損壞）來建立到OLT設備的數據通道，因此當網絡同時出現單個或多個分支光纖中斷、PON口損壞、ONU設備死機或突然掉電等故障時，不會影響其他ONU的正常工作。

利用EPON組網在抗單點、多點失效性上效果十分明顯，非常符合配網自動化對通信網絡穩定可靠性的需求。

七、EPON網絡擴容分析

配電自動化建設是一項長期工程，其網絡規模隨著地區經濟發展和當地市政建設變遷而不斷更改、不斷擴大。在配電網中開閉所、環網柜、箱變等節點的數量具有不可精確預測性，實際節點的數量發生變化，通信網絡要具備相應的調整能力。這就對EPON系統的擴容的簡單、方便及經濟性提出了很高的要求。EPON系統在設備擴容方面，只需更換大分路比的分光器，或在網絡規劃時預留饋線光纖；同時增加或減少一個ONU通信終端點時不會影響其他設備正常運行；采用EPON組建的配電網自動化通信系統中，因每個通信終端設備成本低，在配電網自動化站點大規模擴容時，能最大程度節省投資成本。

八、結論

EPON 技術作為一種施工簡單、成本低廉、性能優越的光纖通信方式，是配電子站到配電自動化終端之間最合適的一種的通信方式，利用EOPN 技術建設的智能、穩定、可靠、經濟、實用的基礎通信平臺，在配電網自動化建設和智能電網的建設中具有良好的發展前景和較高的實用價值。

參 考 文 獻

[1] 張繼東，陶智勇. EPON 的發展現狀與技術關鍵[J].光通信研究， 2002（1）：26～30.

[2] 李文偉，邱利斌. 配網自動化及通信系統的規劃建設[J].電力系統通信，2009，196（30）：5～7.