配电网中网络技术论文
作者:佚名; 更新时间:2020-02-18

  一、配电网业务通信需求分析

  1.配电网通信系统特点

  10kV及以下配用电网通信系统有别于输电网,它的终端数量大,但通道相对较短,而且配网自动化控制和管理系统的不同功能对通信的要求也有所不同。配电自动化通信系统为分层、分布式系统,与传统的调度自动化通信系统也有着很大不同。其特点为:

  (1)终端节点数量极大;

  (2)通信节点分散;

  (3)分层多级的通信网络;

  (4)单节点信息量小,汇集后信息量很大;

  (5)不同类型的设备及数据的实时性要求不同。针对配电网的上述特点,在选择配电自动化系统的通信方式时应综合考虑如下几点要求:

  1.1高可靠性。配电系统的通信设备大多处在室外或者开关站内,需承受各种恶劣的自然条件的影响和电磁干扰,同时还要考虑到维护方便,因此要求有高度的可靠性。

  1.2良好的性价比。限于配电网一次设备的状况,通信系统的投资不能过大,并要能充分利用已有的各种通信资源;在追求通信技术先进性的同时,应考虑通信系统的费用,选择费用和功能及技术先进性的最佳组合,追求较佳性能价格比。

  1.3实时性。配网自动化系统是一个实时监控系统,必须满足实时性要求。在配电网发生故障时,具备快速保护与恢复能力。

  1.4低运行维护成本。配电自动化通信终端众多,设计时要充分考虑操作维护的方便性,应易于建设、易于使用、易于维护。

  1.5结构灵活、扩展方便。通信系统除能满足目前的需要,还应考虑将来扩展的需要。规划时应考虑足够的容量以及系统的开放性要求。

  1.6接口规范。通信接口规范,符合开放性原则,以保证不同厂家设备能够方便互连。

  2.EPON技术分析

  配电网建设中通信是一个重要环节,直接关系配网运行的质量和效率。通信网要求能够运行在各种恶劣环境下,不受天气、停检修等影响;具有灵活的业务接口和安装方式;可扩展性性强;同时具有较好维护性。由于光纤的价格不断下降,在各种通信方式中采用光纤无疑是首选,因其传输速率高、稳定性高、抗干扰能力强、延迟小、组网方式灵活。当前,国内配网光纤通信技术主要采用工业以太网交换机和EPON两种。相对于工业以太网交换机,EPON具有标准完善、产业链广泛、组网方式灵活、应用广泛、且上下行采用单芯波分传输方式节省光纤资源等优势,成为未来电力配用电网的主要通信技术。EPON是一种采用点到多点结构的单纤双向光接入网络。EPON网络可以灵活组成树型、星型、总线型等拓扑结构。EPON系统由网络侧的光线路终端(OLT)、用户侧的光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成,如图1所示。传输速率可以达到上下行对称1.25Gbit/s。OLT设备支持以太网/IP业务,并经ODN与ONU通信。ONU设备位于用户侧,为用户提供数据、视频和电话等业务接口。ODN为OLT与ONU之间提供光传输通道,其主要功能是完成光信号功率的分配。光分配网络的组成分为光纤光缆、无源光分路器(POS)、光连接器、光衰减器、ODF、光缆交接箱、分支接头盒、分纤盒、用户智能终端盒等。配电网因点多面广,配电房/柜、箱式变电站、柱上开关、集抄数据采集器等终端设备数目庞大且集中和分散的程度不一。EPON作为一种新型的光纤接入网技术,可以充分发挥EPON技术的点对多点的优势、灵活的组网方式、业务的高QOS保障、良好的升级扩容性,可以实现分布式的以太网功能,同时具有比SDH、工业以太网更低的成本优势,是配电终端接入最经济、最稳定的通信方式。EPON技术的应用主要瓶颈在于光缆的敷设,因此,研究一种经济、可行的光缆敷设技术具有重要意义。对于架空线路,OPPC具有与电缆线路同铺设、共运维、安全可靠、经济简单等优势,是配用电网通信方式的有效手段。

  3.传输介质分析。电力特种光缆早在我国电力系统得到广泛应用,尤其是OPGW和ADSS光缆,已成为全国电力光纤通信网的主要选择方式。由于电力光缆的承载主体离不开各种电压等级的电力线路,而35kV及经下线路一般不设避雷线,所以长期以来只能选择ADSS普通架空光缆等,而且总是架设于相线的下方,也无法选择高可靠的OPGW光缆。不同于架设在地线支架上的OPGW,ADSS由于跨越道路、风摆鞭击或施工等影响,常发生光缆中断事故,对电网生产、经营管理信息的传递造成极大的影响。同时,ADSS光缆难以在新线路施工的时候一次完成,由于在配电网中,线路分支复杂、线路繁多,采用ADSS光缆在施工方便性及经济上都有很大的缺点。OPPC是一种新型的电力特种光缆,是在传统导线的结构中嵌入光纤单元的光缆,OPPC兼具导线与通信光缆的双重作用。在10kV及以上的电力交流输电系统中,其输电导线均由三相导线组成。OPPC将替代其中一根相导线(或一根分裂子导线)与其他二相导线组成三相导线输电系统。由于OPPC是三相导线中的一相导线,其物理性能、电气性能要求与另二相导线具有一致性或相似性。OPPC与电力线路相线融为一体,充分利用了电力系统的线路资源。避免了在杆塔计算、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾,具有与电力线路相线共有的防雷、防盗、防挂断等高可靠性特点,是用于电力光纤通信网的一种新型特种光缆。

  二、配电网中EPON通信解决方案

  1.EPON通信网络架构

  EPON系统具有组网灵活的特性,可基于电力系统配电网自动化和用电信息采集架构,支持星型、链型/双链型、树型、混合型组网等,EPON采用点对多点、单纤双向架构,具备抗单点失效、抗多点失效故障能力。配电自动化组网架构如图3所示。在配电自动化解决方案中,OLT放置于变电站,各个变电站位于SDH/MSTP传输环上,变电站通信层完成通信终端的汇聚并通过SDH/MSTP与主站系统进行通信。OLT可以出2个PON口组成2条链互为备份,各个开闭所、环网柜或柱上开关处的ONU可以通过双PON口分别连接到这2条链上,每条链上的分光器均采用1:2非等分分光器,双PON口可以提供高可靠性。为了进一步提高安全性、可靠性,重要站点还可以采用2个OLT各出1个PON口组成手拉手的2条链的组网方式,各个双PON口ONU分别连接到这2条链上,这样可以实现OLT设备、主干光纤、PON端口、分光器、分支光缆全网的保护,任何1台OLT、任何一个PON口、任何一个分光器、任何一条光缆出现故障都不影响ONU的正常使用。在手拉手保护方式下,切换时间小于50ms。终端信息层采用的ONU可以提供FE、RS232、RS485等接口与RTU、FTU、TTU、DTU等设备互联,并且能适应各种恶劣环境。主站系统控制层完成信息提取、分析以及优化等各种管理功能,并完成对通信汇聚设备、通信终端设备的管理。

  2.OPPC组网原则

  2.1在设计通信设备组网拓扑结构时,应遵循优先考虑现有地下光缆的走向情况,同时兼顾一次线路的出线情况,在光缆和一次线路走向发生冲突的情况下,以光缆走向情况为优先考虑。

  2.2各开关站在光缆线路满足的条件下,通信部分的组网方式应采用各开关站远端通信设备同时与两个变电所的局端通信设备连接的双总线手拉手全保护组网方式来保障通信的可靠。

  2.3各开关站在光缆线路不能满足2.2点所述的组网方式时,应采用双总线类环型拓扑结构组网方式来保障通信的可靠性。

  2.4各开关站在光缆线路不能满足2.2、2.3点所述的成环组网方式时,可根据配网节点布置情况选择采用树型结构或总线型结构。

  三、项目验证及结论

  本文依托实际科技项目,选取220kV北街站至高沙开关站10kV高沙Ⅰ、Ⅱ线作为试点线路,在该配电线路上架设OPPC光纤复合相导线,同时在相关的站点配置EPON设备,以实现配网自动化的通道要求。具体实施情况如下:

  1.OLT设备放置

  EPON的核心设备OLT共2台均放置在北街站机房内,两台OLT各出1个PON口。

  2.光缆的走向

  分别沿10kV高沙Ⅰ、Ⅱ线敷设OPPC(相线复合)光缆,和电缆同径,并形成手拉手环状。

  3.ONU设备放置

  在高沙开关站和各分场信息点各配置一台ONU设备。ONU设备采用就近放置的原则,有条件的位置(如:环网柜、开闭站、变压器)可以放在终端设备附近,而无条件的位置(如:柱上开关)可以采用添加柱上箱的方式。

  4.组网

  2台OLT经2个PON口形成1+1主干保护型手拉手环网,而ONU通过并行方式经分光器(POS)设备连接到主干环网上。经项目实际验证,以EPON技术为基础,结合OPPC技术,搭建配网自动化通信通道解决方案,具有施工简单、经济易行、通信网络可靠、操作性良好、通信质量高等优点;表明EPON技术完全能够满足各项配网通信需求,适合在10kV配网通信中的应用,并逐步推广,对解决配网自动化、计量自动化通信通道瓶颈具有重要意义。

  四、结语

  随着智能电网的发展,10kV及以下配网迫切需要安全、可靠、易于建设的通信网络。因此,EPON技术在架空线路配网光纤通信网络的建设对于实现架空线路的配网自动化、计量自动化等智能配用电网业务的发展具有重要的意义,对于提高供电可靠性、减少供电损耗和停电时间,具有重要的社会意义。

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