EPON用于電力配網(wǎng)通信的應(yīng)用分析

劉素華 項(xiàng)東 張寧 鄒愚

【摘要】 通通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)支撐，是整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的保證，本文針對(duì)了配電自動(dòng)化的特點(diǎn)以及對(duì)通信通道的要求，本文重點(diǎn)對(duì)EPON 技術(shù)應(yīng)用于配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的可行性進(jìn)行詳細(xì)的分析。

【關(guān)鍵詞】 配電網(wǎng)自動(dòng)化 EPON 通信網(wǎng)絡(luò)

概述

配電自動(dòng)化系統(tǒng)一般由主站、通信網(wǎng)絡(luò)、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)及配電遠(yuǎn)方終端（DTU、FTU或TTU）組成。

通信網(wǎng)絡(luò)作為配電自動(dòng)化的一個(gè)組成部分是至關(guān)重要的，它的穩(wěn)定性、可靠性直接關(guān)系到配電自動(dòng)化系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。在下文中對(duì)EPON通信技術(shù)在配電通信網(wǎng)的應(yīng)用可行性進(jìn)行詳細(xì)的分析。

一、EPON通信介質(zhì)分析

目前各級(jí)電力公司已建成以光纖通信網(wǎng)絡(luò)為主的調(diào)度通信網(wǎng)，所轄電網(wǎng)內(nèi)35kV、110kV及以上變電站基本實(shí)現(xiàn)光纖全覆蓋，各35kV及以上變電站已經(jīng)具備至調(diào)度主站的通信通道，因此，光纖通信網(wǎng)絡(luò)具備向35kV以下的配電線(xiàn)路延伸的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

在鋪設(shè)光纜時(shí)可以借助配電網(wǎng)已有豐富的管道或線(xiàn)路資源，本著“專(zhuān)芯專(zhuān)網(wǎng)”的原則，對(duì)于架空線(xiàn)路，可同桿塔架設(shè)；對(duì)于地埋線(xiàn)路，可同路由鋪設(shè)。

二、EPON組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

既然光纜的布放需要沿著配電電纜走向?qū)嵤?，因此在通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)之前有必要對(duì)電力常見(jiàn)的配網(wǎng)電纜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

2.1配網(wǎng)電纜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（1）單電源輻射網(wǎng)：是一種接線(xiàn)簡(jiǎn)單清晰、運(yùn)行方便、建設(shè)投資較少的配電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)線(xiàn)路或設(shè)備故障、檢修時(shí)，用戶(hù)停電范圍大，系統(tǒng)供電可靠性較差。

（2）“手拉手”環(huán)網(wǎng)：是目前城鎮(zhèn)配電網(wǎng)絡(luò)中普遍使用的一種接線(xiàn)方式，通過(guò)主干線(xiàn)路末端之間的直接聯(lián)絡(luò)，實(shí)行環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)，開(kāi)環(huán)運(yùn)行，大大提高了供電可靠性。

（3）雙電源雙T網(wǎng)：兩變壓器接線(xiàn)既有T形接線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省電力電纜的用量，運(yùn)行方式靈活，又可使變壓器和低壓配電系統(tǒng)有備用，是高可靠性的接線(xiàn)方式。

2.2通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為了避免重新開(kāi)掘另外的通信管道，通信設(shè)備的組網(wǎng)方式應(yīng)該符合電網(wǎng)常見(jiàn)的這幾種拓?fù)淠Ｊ健?/p>

（1）EPON鏈型組網(wǎng)：在配電子站布放OLT設(shè)備，通過(guò)OLT的一個(gè)PON口級(jí)聯(lián)多個(gè)POS（1：2非均分分光器），分光器可放置在每一個(gè)分段開(kāi)關(guān)處，例如變壓器桿塔上或線(xiàn)纜分支箱中，每個(gè)ONU放置于FTU箱體內(nèi)（或另置其它箱體），OLT的光纖通信半徑為20KM左右，滿(mǎn)足單電源3-5KM的供電范圍。

（2）EPON全鏈路保護(hù)組網(wǎng)一：該組網(wǎng)結(jié)構(gòu)完全契合電力配電網(wǎng)中常用的“手拉手環(huán)網(wǎng)”，分別在兩個(gè)配電子站放置OLT設(shè)備，然后通過(guò)兩個(gè)光方向利用POS（非均分分光器）級(jí)聯(lián)延伸，分光器、ONU設(shè)備的放置可參照單電源組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)ONU的上行鏈路都通過(guò)雙PON口進(jìn)行鏈路1+1冗余保護(hù)，保障環(huán)網(wǎng)監(jiān)控穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）EPON全鏈路保護(hù)組網(wǎng)二：分別在A(yíng)、B兩個(gè)10KV變電站放置OLT設(shè)備，按照雙T型線(xiàn)纜結(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)，相對(duì)于“手拉手”組網(wǎng)，它的區(qū)別在于OLT的光方向基本一致，設(shè)備布放位置也趨于相同。

通過(guò)以上的組網(wǎng)對(duì)比分析，可以得出在配電網(wǎng)中實(shí)施光纖通信時(shí)候，光纖資源分布的特點(diǎn)如下：依據(jù)配電網(wǎng)電纜結(jié)構(gòu)，光纖線(xiàn)路通常是星型或鏈型結(jié)構(gòu)；配電子站到配電終端之間光纖資源也是“點(diǎn)到多點(diǎn)”結(jié)構(gòu)；配電網(wǎng)輻射面積大，光纖資源相對(duì)少，形成環(huán)網(wǎng)困難。

如果結(jié)合EPON通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)EPON通信系統(tǒng)天然地符合配電網(wǎng)光纖資源的結(jié)構(gòu)，就組網(wǎng)結(jié)構(gòu)而言，EPON組網(wǎng)方式是配電網(wǎng)子站到配變終端層面組網(wǎng)的最佳選擇。

三、EPON設(shè)備取電分析

EPON 設(shè)備的取電通?？梢酝ㄟ^(guò)電壓互感器變換電壓、二次側(cè)可輸出220VAC，就近配電變壓器取電等方式進(jìn)行，工程實(shí)際中，開(kāi)閉所、負(fù)荷中心、用戶(hù)電表處取電相對(duì)方便，環(huán)網(wǎng)柜、柱上開(kāi)關(guān)、變壓器等處可靠電壓互感器+蓄電池（UPS）方式取電。

四、EPON設(shè)備使用環(huán)境要求分析

相對(duì)于輸、變電站調(diào)度網(wǎng)而言，配電網(wǎng)的另一個(gè)顯著特征就是設(shè)備運(yùn)行環(huán)境不同，大多數(shù)設(shè)備要求室外運(yùn)行，因此必須考慮設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題?？傮w而言，配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)通信設(shè)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(yùn)行；3、支持12、24V、-48V、220V等支持應(yīng)急充電電池或者UPS；4、自然散熱；5、具備防水、防塵設(shè)計(jì)，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。據(jù)了解，目前廠(chǎng)家生產(chǎn)的戶(hù)外ONU終端設(shè)備可達(dá)到工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境中使用。

五、EPON通信接口及帶寬需求分析

現(xiàn)有配電網(wǎng)通信終端（FTU/DTU/RTU）的通信接口以以太網(wǎng)口和RS232/485 為主，隨著以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的不斷發(fā)展，以太口（RJ45）最終會(huì)取代絕大部分的電力通信設(shè)備的接口。與傳統(tǒng)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)相比，配電系統(tǒng)自動(dòng)化終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量極大，并且節(jié)點(diǎn)分散、通信距離短、每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量較小、實(shí)時(shí)性要求高， 各種不同類(lèi)型終端的速率要求大致分布在300 bps～2 Mbps 之間， 而EPON 系統(tǒng)基本可提供1.25 Gbps 的上下行速率， 并提供以太網(wǎng)口為主、RS232/485 口為輔的數(shù)據(jù)接口，滿(mǎn)足配電自動(dòng)化系統(tǒng)的帶寬和接口的發(fā)展要求。

六、EPON鏈路保護(hù)和抗單/多點(diǎn)失效分析

抗單點(diǎn)失效是指通信網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的業(yè)務(wù)運(yùn)行的特性?？苟帱c(diǎn)失效是指在通信網(wǎng)絡(luò)中不少于2臺(tái)設(shè)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(yè)務(wù)仍然不受影響繼續(xù)運(yùn)行的特性。

EPON系統(tǒng)中各個(gè)ONU設(shè)備是通過(guò)POS（Passive Optical Spliter 無(wú)源光分路器）采用并聯(lián)方式組成光纖網(wǎng)絡(luò)，每臺(tái)ONU設(shè)備收到的光信號(hào)是從OLT設(shè)備以點(diǎn)到多點(diǎn)的通信方式發(fā)送下來(lái)的，每臺(tái)ONU設(shè)備依靠分光器（物理器件，不易損壞）來(lái)建立到OLT設(shè)備的數(shù)據(jù)通道，因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)出現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)分支光纖中斷、PON口損壞、ONU設(shè)備死機(jī)或突然掉電等故障時(shí)，不會(huì)影響其他ONU的正常工作。

利用EPON組網(wǎng)在抗單點(diǎn)、多點(diǎn)失效性上效果十分明顯，非常符合配網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠性的需求。

七、EPON網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容分析

配電自動(dòng)化建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期工程，其網(wǎng)絡(luò)規(guī)模隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和當(dāng)?shù)厥姓ㄔO(shè)變遷而不斷更改、不斷擴(kuò)大。在配電網(wǎng)中開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等節(jié)點(diǎn)的數(shù)量具有不可精確預(yù)測(cè)性，實(shí)際節(jié)點(diǎn)的數(shù)量發(fā)生變化，通信網(wǎng)絡(luò)要具備相應(yīng)的調(diào)整能力。這就對(duì)EPON系統(tǒng)的擴(kuò)容的簡(jiǎn)單、方便及經(jīng)濟(jì)性提出了很高的要求。EPON系統(tǒng)在設(shè)備擴(kuò)容方面，只需更換大分路比的分光器，或在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)預(yù)留饋線(xiàn)光纖；同時(shí)增加或減少一個(gè)ONU通信終端點(diǎn)時(shí)不會(huì)影響其他設(shè)備正常運(yùn)行；采用EPON組建的配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)中，因每個(gè)通信終端設(shè)備成本低，在配電網(wǎng)自動(dòng)化站點(diǎn)大規(guī)模擴(kuò)容時(shí)，能最大程度節(jié)省投資成本。

八、結(jié)論

EPON 技術(shù)作為一種施工簡(jiǎn)單、成本低廉、性能優(yōu)越的光纖通信方式，是配電子站到配電自動(dòng)化終端之間最合適的一種的通信方式，利用EOPN 技術(shù)建設(shè)的智能、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的基礎(chǔ)通信平臺(tái)，在配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)和智能電網(wǎng)的建設(shè)中具有良好的發(fā)展前景和較高的實(shí)用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張繼東，陶智勇. EPON 的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)關(guān)鍵[J].光通信研究， 2002（1）：26～30.

[2] 李文偉，邱利斌. 配網(wǎng)自動(dòng)化及通信系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)[J].電力系統(tǒng)通信，2009，196（30）：5～7.