電力隧道無線覆蓋技術研究

孫 浩，史浩偉，樊國慶

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

電力隧道屬于電力電纜線路的重要載體，其地下埋設深度一般在5 ～20 m。電力隧道的通信環境相當復雜，主要是因為隧道內部的電磁環境比較復雜，設備運行環境與地面環境也存在較大差異。整體來說，無線通信方式在電纜隧道中的通信傳輸受到了嚴重限制。因此，在電力隧道中很難順利完成可靠且穩定的數據通信傳輸工作。文章重點分析電力隧道無線通信覆蓋技術應用的影響、現實需求等內容，并對多種電力隧道無線通信覆蓋技術展開研究。

1 電力隧道無線通信覆蓋技術應用的相關理論

1.1 電力隧道環境對無線通信技術的要求

電力隧道環境相當復雜且較為惡劣，對無線通信技術產生的影響較大。同時，電力隧道也對無線通信技術的應用提出了相應的技術性要求。目前許多電力隧道都被要求采用無線專網技術，如無線局域網絡（Wireless Local Area Networks，WLAN）覆蓋技術。電力隧道通信所采用的WLAN 無線技術主要利用空中空間來傳輸大量數據，包括各種語音和視頻信號。這主要是因為WLAN 技術具有卓越的便捷性與智能化優勢，能夠結合諸多技術建立技術應用機制，從而解決關鍵技術問題。同時，需要結合用戶管理配置來分析技術變動問題。例如，結合WLAN 方案來建立設施管理機制；結合電力隧道方案內容，采用多種無線接入點（Access Point，AP）技術機制，以配合天線覆蓋方式來擴大技術覆蓋范圍，從而在電力隧道中建立一個全覆蓋的無線通信網絡[1]。

1.2 電力隧道無線通信覆蓋技術的網絡架構與關鍵技術

1.2.1 網絡架構

電力隧道無線通信覆蓋技術在網絡架構表現上取決于通信特征，通過提供縱向數據可信管控、橫向跨區數據隔離的多種通信手段，以滿足同源數據多業務場景應用的數據通信需求。例如，要想在電力隧道中建立多級骨干通信網絡，就要搭建終端通信接入網。電力隧道通信網絡系統的網絡結構相當復雜，具體如圖1 所示。

圖1 電力隧道通信網絡系統架構

由圖1 可知，電力通信網的建立主要包含骨干通信網和終端通信接入網。其中，骨干通信網由4個級別的通信網組成，以做好各級電力資源的調度工作。

1.2.2 關鍵技術

目前適用于電力隧道無線通信覆蓋網絡架構的技術有多種。這些技術突破了傳統點對點通信方法設計的局限性，能夠在全域實現全面網絡覆蓋。在建設全域網絡的過程中，通過結合無線和有線兩種模式建立互補通信技術體系時，要特別注重安全防御工作的有效實施。

應用域主要結合態勢感知技術和主動優化運作技術展開操作。以主動優化運作技術為例，其應用價值主要體現在用戶側角度的決策調整上，即通過調整供電價格來提升電力企業的整體經濟效益水平，確保智能配電系統發展實現決策科學性優化和適用性優化，提升用戶滿意度[2]。

2 電力隧道無線通信覆蓋技術的實踐應用要點

2.1 5G 通信技術的實踐應用要點

5G通信技術即第五代移動通信技術，具有低時延、高速率、大連接等優勢，屬于新一代寬帶移動通信技術。在當前的電力隧道無線通信工程中，5G 通信技術得到了廣泛應用，應用領域如圖2 所示。

圖2 5G 通信技術應用領域

2.1.1 技術系統的功能實現

在5G 電力切片技術的影響下，成功建立了電力隧道無線通信覆蓋技術網絡。該網絡主要基于組網資源組合分析切片標識，通過單個網絡切片選擇輔助信息（Single Network Slice Selection Assistance Information，S-NSSAI）機制思考電力切片，同時配置深度神經網絡（Deep Neural Networks，DNN）數據內容，可以有效區分不同電力業務內容，建立業務隔離保障機制，形成核心網和無線網。

在電力隧道無線通信覆蓋技術網絡建設進程中，5G 核心網能夠劃分為用戶面和控制面。其中，控制面最為重要，主要包括接入和移動性管理功能機制，還具有會話管理功能、網絡切片選擇功能、通用數據管理功能等。控制面能實現對電力隧道中電力業務網際互連協議（Internet Protocol，IP）地址的有效分配與管理，滿足用戶面功能（User Plane Function，UPF）的選擇要求，優化策略實施過程。同時，建立服務質量（Quality of Service，QoS）控制部分，為業務出口設置專用網關，確保隧道中電力業務的安全、穩定和高效運行。

無線網主要基于小區粒度分析資源塊（Resource Block，RB）預留情況，以優化電力業務的承載預留能力。基于RB 建立非電力業務隔離機制，避免電力隧道中無線通信覆蓋技術網絡受到干擾。另外，基于承載網種的QoS 和虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN）形成組網策略，以滿足業務規范。通過無線網站來建立不同優先級別的分析機制，形成電力業務映射功能模塊，即在不同的差分服務代碼點（Differentiated Services Code Point，DSCP）形成不同優先級的分析機制，并思考技術優化過程。從某種程度上講，只有結合承載網絡分析DCSP 優先級網絡機制，才能有效保障電力隧道中無線通信覆蓋網絡業務的質量。

2.1.2 技術系統的實踐應用

在電力隧道無線通信覆蓋技術的影響下，研究人員主要基于5G 切片網絡來建立管理工作機制，豐富管理工作手段。例如，遠程人工巡查技術手段、智能違章巡查技術手段和遠程檢修管理技術手段等，有助于實現隧道應急監控目標。這些技術利用5G 網絡切片直接接入分散控制系統（Distributed Control System，DCS），以實現DCS 輔網遠程控制，并配合新能源發電場景來建設電力隧道中的5G 無線通信專網。該專網的巡檢工作能力較強，主要結合無線網絡側來實現電網配網自動化操作，以制定光伏安全并網工作機制。如果區域用電負荷增加甚至超過負荷，需要通過人工手動拉閘的方式來限制電力供應，以提升生產效率；如果供電不足，可以利用秒級負荷終端直接切斷高能耗的用電設備，這樣最多可降低80%的拉閘限電操作，從而提高電力隧道供電的安全性和可靠性。就技術系統的實際應用而言，電力隧道無線通信覆蓋技術主要依賴于多層次節點和高安全性，并應用5G高帶寬技術，以提高巡檢工作效率[3]。

在完成配網差動保護工作時，主要利用數據傳輸單元（Data Transfer Unit，DTU）定期形成同一條配線網絡的終端，以確保優化發電和送電電流矢量值。DTU 終端主要配合兩端甚至多端來建立同時刻的電流矢量值分析機制，確保電流差值超過門限值時，能夠及時判定故障并分析對應差動保護機制下的電流差值情況，同時依賴5G 網絡建立高可靠性安全通信通道。在支持裝置中，需要建立數據交互機制，以確保保護終端能夠建立通信通道，即直接將數據發送到對端，同時接收對端發送的數據以進行有效比較。這樣可以及時判斷故障位置，確保對端數據在被保護范圍，從而有效消除啟動故障問題。

2.2 可信WAPI 技術的實踐應用要點

在電力隧道無線通信覆蓋技術體系中，主要基于可信無線局域網鑒別和保密基礎結構（Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure，WAPI）來建立實踐應用機制。在協議設計方面，需要優化設計以解決漏洞問題，并結合主流芯片功能與軟件協議來分析電力隧道無線通信覆蓋技術的機制。我國推行的可信WAPI 主要采用國內的自主知識產權，結合先進的三元對等技術架構，并引入了國密加密算法，以確保其安全性。新算法在實現終端和網絡對等訪問方面表現出色，主要結合雙向身份鑒別來分析各種無線通信技術，以擴大電力隧道無線通信覆蓋范圍。在符合相關無線局域國際標準的同時，需要思考嚴重安全缺陷問題，為電力系統無線局域網絡提供自主可控的安全標準技術內容[4]。

在電力隧道無線通信覆蓋技術體系中，需要結合深度覆蓋內容來優化合理成本與投入機制。第一，基于深度覆蓋來合理規劃技術體系建設投入成本，以實現電力隧道內部的無線網絡的深度覆蓋；第二，在提升安全技術水平的過程中，需要采用三元對等安全架構，以預防釣魚App、非法終端接入網絡。主要利用可信WAPI 技術來實現技術優化操作，確保技術應用到位；第三，在靈活接入技術應用方面，需要完善有線通信技術的缺陷與不足，通過調整部署AP 數量和位置來實現各項業務操作；第四，在強化擴展性的過程中，基于數字證書來建立身份憑證機制；第五，在運維管理工作中，需要確保電力隧道中的無線通信技術機制得到有效建立。該機制具較強的擴展性，可以通過結合數字證書分析身份憑證機制和可信WAPI無線局域網絡來建立通信技術體系[5]。

3 結 論

無論是5G 移動通信技術還是可信WAPI 技術，都可以應用于電力隧道。在技術應用過程中，需要有效提高數據在電力隧道中的整體傳輸容量，并利用5G 技術建立無線接入技術手段。同時，利用多種通信解決思路來分析智能輸送配電機制，并結合設備運維檢修機制來分析技術難題，增強5G 通信技術應用的競爭力。從技術層面來講，需要確保電力隧道無線通信覆蓋技術體系得到完整建立，以發揮更大的價值作用。