電力配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

趙靖宇

（渭南光明電力集團(tuán)有限公司澄城分公司，陜西 渭南 715200）

0 引 言

隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們生活條件得到了一定提升，因此對電力的質(zhì)量、數(shù)量有著更高的要求。配網(wǎng)通信擔(dān)任著配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的信息傳輸任務(wù)，建設(shè)高水平的配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)可以提升電網(wǎng)電力自動化系統(tǒng)的服務(wù)水平[1]。為進(jìn)一步提升廣東省惠州市配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)，本研究針對廣東省惠州市惠城區(qū)（以下簡稱惠城區(qū)）的配網(wǎng)通信系統(tǒng)，提出了一種新的設(shè)計(jì)方案。

1 惠州市配電通信網(wǎng)組網(wǎng)總體設(shè)計(jì)原則

配電通信網(wǎng)示意如圖1 所示?；趯θ绾芜x取產(chǎn)品設(shè)備型號、規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及選擇合適的通信技術(shù)3 個(gè)方面問題的考慮，參照以下原則進(jìn)行配網(wǎng)通信的組織與規(guī)劃：（1）應(yīng)該以“統(tǒng)一規(guī)劃、適當(dāng)超前、建設(shè)同步、因地制宜”的原則建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，根據(jù)業(yè)務(wù)類型的不同，各個(gè)地區(qū)的配網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)也不同，需要制定不同的規(guī)劃；（2）配電通信網(wǎng)骨干層在具備10 kV 線路的超過35 kV 的站點(diǎn)設(shè)置匯聚節(jié)點(diǎn)，在備調(diào)、地調(diào)設(shè)置核心節(jié)點(diǎn)；（3）匯聚層與核心層是配電通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必備的2 個(gè)分層，各個(gè)配網(wǎng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)匯聚在一起傳輸至匯聚層，匯聚層再將數(shù)據(jù)傳給核心層，而核心層負(fù)責(zé)處理配網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)，并傳送到匯聚層站點(diǎn)；（4）有必要給配電通信網(wǎng)搭配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理平臺，可以基于平臺對網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)維和管理。

圖1 配電通信網(wǎng)示意

2 惠州市配網(wǎng)通信的建設(shè)問題

結(jié)合近幾年有關(guān)惠州市環(huán)境特征和配電自動化搭建現(xiàn)狀的調(diào)研資料分析可得，仍存在下列問題。

（1）雖然目前惠州市配網(wǎng)通信開始租用4G 網(wǎng)絡(luò)通信，但是4G 網(wǎng)絡(luò)并沒有全面覆蓋整個(gè)通信系統(tǒng)，光纖通信也有限[2,3]。因此，需要對配網(wǎng)自動化進(jìn)行進(jìn)一步規(guī)劃改造，并將其無線通信策略選取為4G 傳輸通信。

（2）截至2022 年，惠州市已經(jīng)進(jìn)行了不少于12 次的改造配網(wǎng)線路項(xiàng)目，但是線路覆蓋率仍不足7%，僅為6.5%，突顯較低的自動化水平。

3 惠城區(qū)配電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃

根據(jù)惠州市對于建設(shè)配網(wǎng)自動化的預(yù)期設(shè)定可以得出，2023 年規(guī)劃在惠城區(qū)達(dá)到98%以上的“三遙”覆蓋程度，分段開關(guān)的“三遙”覆蓋程度要達(dá)到95%以上。而對于惠州市內(nèi)除惠城區(qū)之外的其他地區(qū)，分段開關(guān)的“二遙”覆蓋程度要達(dá)到93%，聯(lián)絡(luò)開關(guān)的“二遙”覆蓋程度要達(dá)到95%，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全線路饋線自動化與架空線路全面自動化。

提高惠州市配網(wǎng)通信水平的首要任務(wù)是解決主城區(qū)的通信建設(shè)要求，本研究選取惠城區(qū)為配電網(wǎng)工程建設(shè)試點(diǎn)站點(diǎn)，選取的6 個(gè)變電站名稱分別是110 kV雅居變電站、220 kV 金源變電站、110 kV 烏石變電站、220 kV 汝湖變電站、110 kV 江畔變電站以及110 kV 水北變電站。本配網(wǎng)通信系統(tǒng)圍繞著這6 個(gè)變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 惠城區(qū)配電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設(shè)方案

4.1 主干層網(wǎng)絡(luò)通信方案

配電網(wǎng)的主站與子站之間會進(jìn)行通信，主站與各個(gè)工作站之間也會進(jìn)行通信，而通信的平臺是基于通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸層。江畔變電站、汝湖變電站、水北變電站以及烏石變電站這4 個(gè)站點(diǎn)的調(diào)網(wǎng)設(shè)備還不夠完善，因此對這4 個(gè)站點(diǎn)的主干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建設(shè)。為了完善調(diào)網(wǎng)設(shè)備，在這4 個(gè)站點(diǎn)每處單獨(dú)安裝一臺配網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機(jī)，目的是搭建相應(yīng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。擬添加的數(shù)據(jù)網(wǎng)鏈路如表1 所示。

表1 核心層網(wǎng)絡(luò)附加鏈路表

4.2 接入層網(wǎng)絡(luò)通信方案

惠城區(qū)在建設(shè)配電自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，最大只有幾千字節(jié)的數(shù)據(jù)需求，選取任何傳統(tǒng)的通信方式都可以實(shí)現(xiàn)需求。那么，在建設(shè)配網(wǎng)通信時(shí)更多地要考慮系統(tǒng)的建設(shè)成本等。選取工業(yè)以太網(wǎng)，并基于手拉手的方式組網(wǎng)成環(huán)，手拉手環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)具體如圖2所示。接著，將系統(tǒng)的子站點(diǎn)就近接入附近的變電站，配網(wǎng)與主網(wǎng)通信網(wǎng)相連接。基于經(jīng)濟(jì)成本的角度出發(fā)，本研究選用租用公網(wǎng)通道實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，從而達(dá)到“二遙”的操作。在接入層設(shè)計(jì)方面，采用10 Mb/s 的鏈路設(shè)計(jì)通信鏈路，接入方式采用手拉手環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖3 所示，其中從汝湖變電站到烏石變電站需要經(jīng)過雅居變電站的環(huán)網(wǎng)柜。

圖2 雙電源手拉手環(huán)網(wǎng)電路接線

圖3 惠城區(qū)配電通信網(wǎng)一期建設(shè)目標(biāo)

“一遙”“二遙”的配電終端，在基于公網(wǎng)通信時(shí)，一般選擇通過無線專網(wǎng)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）通道，將終端里的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡?。基于“縱向認(rèn)證，橫向隔離”的原則，如果考慮電力二次系統(tǒng)的安全性，那么將在終端處設(shè)置防火墻，如圖4 所示。

圖4 惠城區(qū)配電通信網(wǎng)公共網(wǎng)絡(luò)租賃渠道示意

配網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)完成時(shí)，配網(wǎng)可以通過通信通道對其數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行24 h 監(jiān)控，還可以遠(yuǎn)程對配電設(shè)備進(jìn)行操作。配電網(wǎng)的相關(guān)部門也可以借此優(yōu)化配網(wǎng)線路，從而延長設(shè)備使用時(shí)間，減少人工成本，提高運(yùn)維效率。

4.3 4G 無線公網(wǎng)組網(wǎng)

由于惠州市的地理環(huán)境特殊，導(dǎo)致較難開展光纜鋪設(shè)工作，本研究基于無線公網(wǎng)的通信方式對部分接入層進(jìn)行建設(shè)。此外，設(shè)計(jì)了基于頻分雙長期演化（Frequency Division Dual Long Term Evolution，F(xiàn)DDLTE）和時(shí)分法重復(fù)長期進(jìn)化（Time Division Duplexing Long Term Evolution，TDDLTE）的無線接入系統(tǒng)，其有效地接入剩下的“二遙”“一遙”接入層站點(diǎn)。

無線公網(wǎng)通信主要有VPN 和專線2 種形式[4,5]。專線經(jīng)濟(jì)成本低，因此主要選取專線方式進(jìn)行無線組網(wǎng)。在配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)中，4G 通信終端是必不可少的，基于公網(wǎng)的4G 網(wǎng)絡(luò)可以對終端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，如數(shù)據(jù)傳輸單元（Data Transfer Unit，DTU）、饋線終端裝置（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）等。另外，合理運(yùn)用交換機(jī)、路由器，可以進(jìn)一步提高運(yùn)營商和主站系統(tǒng)的連接效率。由于4G 通信模塊的存在，節(jié)點(diǎn)連接可以保證更高效率和安全性，僅需要驗(yàn)證身份后就可以得到相關(guān)IP。基于VPN，可以讓鏈路保持高效率通信，使其同時(shí)容納不低于20 000 個(gè)終端的同時(shí)使用。

5 具體實(shí)施預(yù)期成果

本研究針對惠城區(qū)的配網(wǎng)通信系統(tǒng)，提出了一種新的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，將此方案正式投入惠城區(qū)當(dāng)?shù)卦诮ǖ呐潆娋W(wǎng)電力自動化項(xiàng)目，通過目前的數(shù)據(jù)分析可以得出建成后預(yù)期取得的成果如表2 所示。

表2 惠城區(qū)配電網(wǎng)工程實(shí)施前后指標(biāo)對比

可以從表2 得出，基于本研究所提出的電力配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，惠城區(qū)的配電網(wǎng)電力自動化技術(shù)得到了進(jìn)一步的提升。終端設(shè)備覆蓋率和“三遙率”達(dá)到了100%，滿足惠州市配網(wǎng)自動化建設(shè)預(yù)期設(shè)定中對于主城區(qū)惠城區(qū)的要求，提高了惠州市配網(wǎng)的通信能力。而配網(wǎng)通信技術(shù)的升級，可以提高供電的服務(wù)質(zhì)量與惠州局的社會形象，具有顯著的社會效益。

6 結(jié) 論

建設(shè)配電自動化通信網(wǎng)絡(luò)，可以有效地保證配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，進(jìn)一步推動配電網(wǎng)管理的發(fā)展。為了提高惠州市配網(wǎng)通信技術(shù)，本文提出了一種新的設(shè)計(jì)方案，方案的具體實(shí)施改造是圍繞著惠城區(qū)進(jìn)行，最后對具體施工建設(shè)后取得的預(yù)期成果進(jìn)行估計(jì)，證明本次改造的有效性。