配网自动化通信方式应用项目

配网自动化通信方式应用项目

发表时间：2018-08-17T15:35:30.293Z 来源：《电力设备》2018年第15期作者：莫树钿[导读] 摘要：伴随着电力智能化的发展，配网自动化设备需要良好通信方式的支持，本文针对配网自动化通信方式进行研究应用。（身份证号码：44510219830714XXXX）摘要：伴随着电力智能化的发展，配网自动化设备需要良好通信方式的支持，本文针对配网自动化通信方式进行研究应用。关键词：电力通信；无线技术；配网自动化前言

通信网连接着配电网自动化的主站系统和远方终端，是配电网自动化系统的重要组成部分，其性能与可靠性的好坏，对整个系统功能的实现及运行可靠性有着决定性的影响。事实上，许多建成的配电网自动化终端不能很好地发挥作用的主要原因就是通信网络设备收到限制不能正常工作。

与传统的调度自动化系统相比，配电网自动化系统的通信站点众多，大型系统的监控站点数量有上万个，一个中等规模的系统的站点数量也有数千个；此外，还有站点分散、通信距离短、站点通信数据量较小等特点；许多通信装置安装在户外或者比较恶劣的环境，运行条件比较苛刻，有些设计好的通信方式无法满足。为保证配网自动化终端的在线率，配电网自动化维护单位和主管部门消耗了大量的人力、物力以及财力去改造网络通信。

一、光纤通信技术

光纤通信技术指的是采用光纤介质的通信技术，具有传输速率高、抗干扰性能强、可靠性高的优点，在条件允许的情况下，应是分支通信网的首选。以前制约光纤通信在配电网自动化系统中应用的主要原因是投资大、敷设工程量大，而近年来随着技术的发展，光缆价格有了大幅度的下降，光端机的价格也接近其他类型的通信终端，为光纤通信的大量应用创造了条件。目前，配电网自动化系统分支通信网采用光纤通信技术有专线通道或以太网两种方式。

二、无线通信技术

配电网自动化系统应用光纤通信遇到的最大的问题，是在一些建筑密集的城市中心区施工难，此外，还存在易受外力破坏，站点布局调整工作量大的缺点；而无线通信具有安装方便、成本低、抗自然灾害能力强等优点，是对光纤通信的很好补充。对于城市郊区、农网中一些偏远的站点来说，敷设光纤成本比较高，无线通信是一种很好的替代解决方案。无线通信在国际上配电网自动化系统中应用的比较广泛。近年来，光纤通信应用有所增多，但无线通信仍然占有相当大的比例。我国早期建设的配电网自动化系统主要应用光纤通信，对无线通信的应用有限。一些配电网自动化系统应用了无线公网通信（GPRS）。而根据中国电监会电力二次系统安全防护（5号令）规定，不得使用无线公网进行开关的遥控操作，因此，GPRS也只是用于上传故障指示器（FPI）、配变监测终端（TTU）的数据。

根据配电网自动化通信点多、分散的特点，不可能整个系统仅使用一种通信方式解决问题，应根据应用要求与站点分布情况，选择合适的通信方式。为丰富配电网自动化通信手段，应加强对无线通信在配电网自动化系统中应用的研究。无线通信按照网络性质分为无线公网和无线专网。目前应用的无线公网主要是GPRS/CDMA技术，而无线专网有窄带数据电台、扩频电台、宽带无线通信技术等几种形式。下面简单介绍几种无线通信方式的原理、优缺点以及对配电网自动化通信的适用性。

三、配电线载波技术

1、常规载波通信的问题

电力线路载波（Power Line Carrier，PLC）利用电力线路作为信号传输通道，具有投资小、覆盖面广的优点，被认为是一种理想的电力系统通信方式。尽管PLC在高压与超高压线路中有着广泛的应用，但将其用于配电线路却有着许多实际的困难： 1）出于成本等方面的考虑，配电线路载波（Distribution Line Carrier，DLC）不像在输电线路中那样使用阻波器将信号的传播限制在线路两端之间，载波信号受电源、分支线与负荷的影响，衰减比较大。 2）配电网结构多变，对信号耦合与传播有影响。分段开关打开后造成信号通路断开，需在开关两侧安装信号耦合中继设备。 3）信号经过变压器时的衰减大。

4）信号在线路端点或阻抗不匹配点产生反射，反射信号与入射信号相互叠加可能造成“陷波”现象，使得一些点处于信号的波谷位置，信号幅值很小，影响检测灵敏度。

5）线路故障影响通信可靠性。

鉴于以上原因，利用配电线路导体的DLC难以满足配电网监控对可靠性与实时性的要求，因此在配电网自动化系统中应用的较少。目前，DLC主要用于自动读表系统中，解决用户电表到安装公共配电变压器处的数据集中器之间的通信问题。

2、电缆屏蔽层载波

城市配电网中大量使用电力电缆，而利用电缆的绝缘屏蔽层（外屏蔽层）在电缆两端进行载波通信，信号在屏蔽层与大地（金属护套）之间传播，减少了电源、负荷等因素的影响，提高了通信可靠性。典型的三相统包型中压交联聚乙烯电缆的结构如图7-7所示，各导体线芯绝缘外为分相铜丝或铜皮屏蔽层，用于将电缆电场限制在电缆内部与保护电缆免受外部电场干扰作用；缠绕铜屏蔽的三个线芯与填充料放置在一起，由内绝缘护层（套）统一包裹，内绝缘护层的材料为塑料，起到防水、防潮作用；内绝缘护层外为钢带或钢丝铠装，称为金属护层，起到保护电缆免受外力破坏的作用；金属护层外为外绝缘护层（套）。可见，铜屏蔽层与金属护层之间有一层绝缘与防水性能都较好的内绝缘护层，这样在铜屏蔽层与金属护层之间就构成了一个良好的信号回路，可用来传输载波信号。

图7-7 三芯中压交联聚乙烯电缆的典型结构

利用电缆屏蔽层的DLC有两种信号耦合方式：

1）注入式耦合，如图7-8（a）所示。载波信号通过一耦合变压器注入到电缆屏蔽层与大地之间回路中。电缆正常运行时，三个线芯的屏蔽层和金属护套都是接地的。安装耦合设备时，需把屏蔽层的接地解开，将耦合变压器接在屏蔽层与大地之间。注入式耦合的信号耦合效果好，但安全起见，安装时需要停电。

2）卡接式耦合。卡接式耦合器的铁芯采用开合式结构，安装时卡在电缆上，铁芯上的装有高频线圈用于将载波信号耦合到电缆上去。这种耦合方式的信号耦合效果相对较差，好处是安装时不需要停电，施工方便。实际工程中，耦合器往往直接卡接到电缆金属护层外面，如图7-8（b）所示，这样信号实际上是在屏蔽层、金属护层（二者均在电缆头处接地）与大地之间传播的，受护层绝缘不良、大地导电率等因素的影响，传输距离有限。

（a）（b）

图7-8 电缆屏蔽层DLC系统

（a）注入式耦合方式（b）卡接式耦合方式

屏蔽层载波一般用于一段电缆两端之间的通信，当跨越两段电缆时，则需要使用信号耦合网桥进行通信连接，如图7-9所示。网桥对载波信号的衰减较大，当级数较多时（如三级以后），可能因为信号衰减过大而无法可靠通信。必要时，可使用载波中继技术，进行分级组网。

图7-9 卡接式耦合网桥实现两段电缆之间的通信连接

电缆屏蔽层载波具有投资小、易于实施，受外力破坏的机会较小的优点，对于光缆施工困难的场合，是一种很好的替代通信方案，因此，在我国的配电网自动化工程中有着一定量的应用。其不足之处是通信受一次系统电压、电流变化的干扰影响，易出现误码。

4、开发通信模块的必要性

根据目前市场上通信设备的情况，通信方式基本分为无线、光通信、载波通信几种，但在通信接口上十分有限，不能满足配网自动化上的需要。通过研究开发新的通信接口和多种通信方式一起应用，构建一个易于组网、方便实施、坚强的网络。既满足系统运行的需要，又能为下一步智能电网业务扩展提供支撑。

3、项目达到的技术水平及市场前景

A、可靠性；应能抵抗恶劣的气候条件，如雨、雪、冰雹、狂风和雷阵雨，还有长期的太阳紫外线照射。应能抵抗强电磁干扰，如间隙噪声、放电、电晕或其它无线电源的干扰，以及闪电、事故或开关操作涌流产生的强电磁干扰。停电区和电网故障时通信能力是衡量通信可靠性的一个重要指标，必须加以考虑。

B：经济性；比传统厂家自带的网络模块可以做到随时随地转换通信，设备投资会大大节省，允许一配网自动化终端拥有多种通信方式，在比较恶劣的环境，运行条件比较苛刻，原设计好的通信方式无法满足的情况下随时转换通信方式，设备投入维护及敷设通信通道成本大大降低。

C传输速率；接口模块必须提供足够高的速率将众多远端设备的采集的实时数据及时传走，以免引起信道拥塞，系统崩溃。

D：双向通信能力；除了具备数据上报功能，还要能够接收来自配调中心的控制命令以完成“三遥”功能。

E：停电和故障时的通信能力；正常的调度操作或馈线自动化的故障隔离、恢复供电功能，都要求通过通信系统对停电区的开关进行操作，用电力线作通道的通信方式有可能就会遇到麻烦。另一需要注意的问题是停电区的FTU 或其它现场监控通信设备，需要有备用电源以供停电时使用。

F：可扩充性；由于远端设备数量极大且会不断扩充，或许会出现新的通信方式，接口改造方式灵活有效且有足够的可兼容性。

G：开放性好；在兼容多种通信方式的同时，一定要选用开放性好的通信协议技术，以便于实现整个电力通信网的无缝联接。

H：容易操作和免维护；配电网通信设备需要同各种电力采集和监控设备连接，且施工地点多在室外电线杆上，从而对设备的安装和维护要求要尽可能方便。

四、研究开发内容和目标

1、项目主要内容及关键技术

本方案主要包括三部分：一、通信设备；二、无源光纤网络接入；三、建立光纤/载波/无线通信优势互补

A：通信设备部分如下：

带以太网接口的工业级的无线通信模块，根据需求支持GPRS/3G/4G/蓝牙等通信方式，用于满足61850通信规约和104规约（主流的智能电网监控设备接入规约）的需求；

B：无源光纤网络接入部分如下：

无源光纤网络（Passive Optical Network简称PON），是一种不含有任何电子器件及电子电源的光纤网络，与有源光接入技术相比，PON由于消除了局端与用户端之间的有源设备，从而使得维护简单、可靠性高、成本低，而且能节约光纤资源，是未来FTTH的主要解决方案，主要解决网络对接和网络管理的问题。

三、建立光纤/载波/无线通信优势互补

光纤和通信的优势是容量大和传输距离远。电力载波通信的优势只需要两端加上阻波器等少量设备即可实现通讯、远传等功能，投资小，但信号质量差，单宽窄，线路停运时检修时（有地线时）就不能传送数据。无线通信的优势是可移动，但目前技术带宽小。可以想