浅析配电自动化系统中通信网络的规划与组建

孟鹏

山东天景工程设计有限公司 山东淄博 255000

摘要：随着现代生活水平的提高，人们对配电网的运行安全性和稳定性提出了更高的要求。在这方面，配电自动化系统的发展显得尤为重要。通信网络作为配电自动化系统的重要组成部分，对配电自动化系统的质量和运行效率有很大的影响。因此，有必要在配电系统中实施通信网络的有机规划和建设，从而有效地提高供电水平。

关键词：配电自动化；通信网络；规划与组建

一、配电自动化系统中通信网络总体设计

（一）配电自动化系统中通信网络设计目标

配电网通信网络的规划和建设应以双向实时通信能力为基础，基本目标是满足配电自动化系统和配电自动化业务的需要。同时，配电通信网络应具有开放性、先进性和可扩展性，为配电自动化系统的发展提供坚实可靠的网络平台。具体来说，配电通信网的设计目标可分为以下几个方面：

（1） 配电通信网络的设计应满足配电自动化系统的通信要求，包括双向实时通信能力、较强的生存绕行能力，并保证在强电磁环境下自动化信息的实时交互。

（2） 配电通信网络的设计应满足配电自动化业务的通信要求，包括传输带宽、实时性、可靠性和安全性。

（3） 配电通信网的设计目标应是一个开放、统一的技术标准网络平台，能够满足配电自动化建设的要求，并具有兼容能力，能够满足各种新的通信技术和新的通信设备的接入。

（二）配电自动化系统中通信网络组网原则

配电通信网由通信设备和通信技术组成。规划建设通常考虑三个要素：通信技术选择、网络结构规划和产品设备选择。根据配电网的规模和业务的发展，采用不同的结构和网络技术。具体来说，建立配电通信网络应遵循以下原则。

（1） 配电网通信网络的建立应充分利用现有的电力通信网络资源，充分考虑配电自动化系统的基本需求，并考虑未来配电自动化业务和通信新技术的发展。总的来说，它可以为配电自动化系统提供经济实用的通信网络，具有一定的先进性，避免重复建设投资。

（2） 为保证自动化信息的安全，配电通信网应以自建专网为主，租用公网为辅。为了提高远程控制操作的实时性和可靠性，应优先采用光纤通信方式，特别是配电自动化系统的“三遥”功能配电终端。

（3） 配电通信网的建设应与配电自动化的建设模式充分结合，因地制宜，合理匹配各种通信方式，以达到最佳的性价比，满足配电自动化系统总体指标要求，保证实用性、可靠性、可扩展性和可管理性。

（4） 配电通信网的建立应与配电网的规划设计同步进行。在规划建设过程中，要充分考虑配电网的结构特点，统筹考虑，确保配电通信网能够满足配电自动化建设的发展需要，推迟或减少对通信网络基础设施的投资。

（5） 配电自动化系统涉及到大量的配电终端设备，分布广泛。配电通信网应采用骨干层和接入层的分层组网方式。该模式能有效利用通信资源，防止信息拥塞，便于故障的及时处理和控制。

（6） 配电通信网的建设应根据国家和行业相关标准选用先进、经检验、量产的通信设备，技术指标应符合国际和国内相关行业标准，从而保证配电自动化系统运行的可靠性和稳定性。

二、配电自动化系统中通信网络组网模式

（一）配电自动化系统中通信网络组网结构

配电自动化系统通常采用分层结构设计，其中自动化数据信息采用逐级传输机制，如图2-1所示。具体传输过程为：配电终端采集现场配电设备的各种工况信息，通过通信通道在配电站采集，然后传输到配电总站。自动化信息在配电总站进行整理分析，为值班人员提供决策支持，确保调度操作科学合理，完成对整个配电网的实时监控。

图2-1 配电自动化系统信息流程

由于配电自动化系统所需的配电终端数量多、分布广，直接进行网络通信尤为困难。根据配电自动化系统的结构和特点，配电通信网采用“区域分级聚合、区域管理、集中模式”的原则，即：，各分布式配电终端采集的信息首先由各配电电子站采集，然后转换数据通信协议，通过通信通道传输到配电自动化系统主站或前端计算机进行数据处理。

根据配电自动化系统信息流和层次结构的特点，根据配电网规模，配电通信网应采用骨干层和接入层的层次结构。配电通信网络的层次结构如图2-2所示。配电通信网由通信线路、通信节点设备和辅助通信设备组成。通信节点可分为通信主站、通信分站和通信终端三种类型。

图2-2 配电通信网层次结构

图2-2中各通信层面和各通信节点含义如下：

（1） 骨干层通信网：配电主站与配电电子站之间的通信通道为骨干层通信网。

（2） 接入层通信网：配电站（主站）至配电终端的通信通道为接入层通信网。

（3） 通信主站：负责将通信分站采集的数据信息转发给配电自动化主站系统或主站前端计算机。通信主站一般设在当地调度或配电网的调度控制中心。

（4） 通信分站：负责所连接配电终端的数据采集和转发。通信分站与配电终端、配电总站等智能设备进行通信，将采集到的信息及其运行状态转发给配电总站，并将配电总站的运行控制命令转发给配电终端。通信变电所一般设置在110kV变电所或10kV开闭所。

（5） 通信终端：负责上传配电终端采集到的信息，接收主配电站发出的定期呼叫命令或调度操作命令。通信终端一般安装在配电终端柜内，电源由配电终端提供。

（二）骨干层通信方式

骨干层通信网是指配电电子站与主配电站之间的通信信道。该信道汇集了许多配电终端设备采集到的数据信息，对通信容量和传输速率提出了更高的要求。光纤通信具有速度快、容量大、距离远、抗干扰能力强等优点，可以作为骨干通信网的首选通信方式。

骨干通信网作为配电自动化系统的主动脉，也应具有较高的生存能力和路由迂回能力。为了保证光纤线路的通信可靠性，网络可采用双自愈环结构，两个光纤环互为热备。一旦其中一个光纤环路发生故障，保护环可以在很短的时间内完成路由切换，从而保证配电通信网的可靠运行。

因此，根据国家电网公司《配电自动化技术导则》，骨干通信网原则上应采用光纤通信方式，结构应采用自愈双环网结构。由于配电站采集的数据量大，配电自动化系统的实时性要求高，骨干层通信网络首选光纤通信方式，不适合采用电力线载波通信方式或无线通信方式。

（三）接入层通信方式

接入层通信网络是指从配电电子站到配电终端的通信信道。配电终端主要与列式开关、环网柜、开关站、配电室、配电变压器等配电设备配套安装。由于配电终端数量多、分布广、运行环境差，接入层通信网是配电通信网建设的难点和重点。

根据国家电网公司《配电自动化技术导则》，接入层通信网通信方式的选择应因地制宜，光纤等多种通信介质，合理选择无线微波和配电线路载波，满足不同自动化业务的需要，方便多个分散的通信终端接入。

（1） 光纤专用网的通信方式应选择以太网无源光网络、工业以太网等高速以太网技术；

（2） 配电线路载波通信方式可选择电缆屏蔽层载波通信技术；

（3） 无线专用网的通信方式应采用符合国家标准、行业标准、多厂家支持的宽带技术；

（4） 无线公网的通信方式应选择GPRS/CDMA和日益成熟的3G通信技术。

（四）通信接口

1.通信主站

通信主站应支持Ge和10/100Base-T以太网接口，与配电自动化系统主站的前端处理器或交换机设备连接。以太网接口的传输速率可以是10mbit/s、100mbit/s或1000mbit/s。

2.通信子站

通信分站应具有rs-232/485接口和Ge、10/100base-t以太网接口。可配置接口的数量和类型，并提供独立的RS232或以太网网络维护接口。通信分站可根据需要配置通信端口，支持101、104协议和DNP3.0等通信协议。rs-232/485接口的传输速率可以是600bit/s、1200bit/s、2400bit/s、4800bit/s、9.6kbit/s、19.2kbit/s、2048kbit/s。

3.通信终端

通信终端应支持RS-232/485接口和以太网接口，接口数量和类型可配置，并具有专用的RS232和网络维护接口。通信终端可根据需要配置通信端口，并可与其他类型的终端连接。通信终端与配电电子站/主站之间的通信应采用标准101、104通信协议和DNP3.0通信协议。

三、配电自动化系统中通信网络建设方案

（一）骨干层通信网建设方案

目前，国家电网公司区域供电企业电力骨干光传输网已基本覆盖所辖供电区域内35kV、110kV及以上变电站，大中城市220kV变电站100%实现光纤环网运行。光纤网络具有网络基础，扩展到110 kV或低于35 kV配电线路。骨干层通信网的建设可以考虑充分利用传输网的光纤通信网资源。

对于光纤环网覆盖范围内的110kV及以上变电站，在传输网络的基础上建立了完善的服务网络，包括调度数据网和综合数据网。配电网中所有10kV配电线路均由110kV和220kV变电站提供。因此，建议大部分通信分站设置在110kV及以上变电站，通信分站采集的配电自动化数据信息可接入调度数据网或综合数据网，传输至配电自动化主站。

调度数据网作为电力通信业务网的最高安全等级，对业务接入有着严格的规定。根据配网二次系统业务分类，配网自动化系统相关业务位于生产控制区，完全符合《调度数据网安全接入规定》的要求。调度数据网实现了通信变电所到通信主站的数据传输，有效地保证了通信的可靠性和信息的安全性。采用调度数据网的配电通信网骨干层建设方案如图3-1所示。

图3-1 骨干层通信网络建设方案（基于调度数据网）

调度数据网SDH光传输设备可提供标准的2m E1接口，也适用于配电自动化业务的接入。因此，对于已被调度数据网覆盖的通信子站，接入层通信网在通信子站采集终端数据信息，通过路由器传输到E1模式，接入附近的骨干层SDH光传输设备。

对于规模较小的配电网或新兴城市地区，在建设资金充足的情况下，可以独立建立配电自动化专用数据网。骨干层通信网采用光纤自愈环结构覆盖各通信分站。接入层通信设备可以采用EPON、工业以太网等技术接入骨干层通信网络。配电自动化专用数据网建设方案如图3-2所示。

图3-2 骨干层通信网络建设方案（配电自动化专用数据网）

（二）接入层通信网建设方案

与接入层相比，配电网骨干层通信节点数量有限，位置固定，通信网络易于规划和构建。接入层覆盖了大量分布广泛的配电终端，通信网络的规划与建设十分复杂。因此，接入层通信网络是配电网的重点和难点。

由于配电自动化系统功能太多，功能复杂，采用单一的通信方式满足所有功能需求是不现实和不经济的。因此，在配电网中，根据当地情况，结合不同的自动化功能要求，综合选择多种通信方式，根据经济技术指标进行匹配的最优组合。

1.以太网无源光网络

无源光网络是由许多无源光器件组成的光通信网络，是一种纯光传输介质，具有优良的光纤通信方式传输特性。同时，由于采用了无源光器件，保证了光网络通信的可靠性，进一步提高了抗电磁干扰能力。目前，无源光网络最成熟、应用最广泛的技术是基于以太网的PON技术，即EPON技术。EPON技术是以太网技术与PON技术的结合，具有带宽高、组网灵活、可扩展性强等优点。它是目前最成熟、最经济、应用最广泛的PON技术。

以太网无源光网络是采用点对多点（p2mp）结构的单光纤双向数据传输光接入网。典型的网络结构包括OLT（光线路终端）、ONU（光网络单元）和ODN（光分配网络）。ODN提供OLT与ONU之间的光传输链路，主要由无源分光器（POS）、光缆等光器件组成。EPON系统参考模型如图3-3所示。

图3-3 EPON 系统参考模型

2.工业以太网

工业以太网具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、技术成熟等优点，已成为当今最流行的通信网络之一。工业以太网设备硬件采用工业级设计，能适应配电设备强电磁干扰等恶劣环境，同时具有冗余保护能力，能实现传输通道的冗余保护，从而提高分销网络商业渠道的通信可靠性。

工业以太网采用国际标准ieee802.3技术，支持iec61850数字变电站通信标准。这一特性为通信网络的维护和扩容提供了良好的技术基础，也为配电自动化系统提供了一个完整、透明的技术平台。

结论

本文主要研究城市配电通信网的规划与建设。首先，分析了配电自动化系统通信网络的总体规划与设计。在配电通信网规划设计之初，确定了建设目标和原则。配电网通信网络规划采用分层结构设计，即骨干层通信网和接入层通信网。最后详细介绍了骨干层和接入层的建设方案，特别是接入层是配电网规划设计的重点和难点。在工程实践中，应因地制宜地选择合适的施工方案，以满足配电自动化系统的需要。

参考文献

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