周建波
国网青岛供电公司 266001
摘要：本文通过对城市配电网的建设与规划的介绍分析，针对配用电环节电力系统对通信的需求特点，从业务的角度出发，给出今后电力通信接入业务扩展可行方案。
关键词：电力通信；EPON；网架；组网模式
0.引言
智能配用电系统包含智能配电系统和智能用电服务系统，而系统的传感器和计量单元沿电网一次网架并延伸至用户，其间包含中、低压的线路和电缆。如何有效的利用信息通信技术有利地保证智能配用电系统稳定、安全、经济、可靠的运行，分析和研究配用电一次网架的现有和规划的接线方式对于通信网络部署显得尤为重要。本文通过分析电网一次网架部署模式和特点，提炼出智能配用电的通信模型，为稳定、可靠的智能配用电系统提供更好的通信网络支撑。
1．配电网现状与未来规划
城市配电网的建设与规划通常需要考虑合理划分供电区域和工段，中压段（10KV或20KV）注重接线方式，低压段注重无功补偿和负荷，采用架空和电缆架设两种方式相结合。考虑城网和农网用户分布的地域特点，各地从自身电网负荷情况、配电变压器分布、配电接地方式等不同出发，一次网架可采用多种接线方式：最简单是单电源辐射状模式，还有单电源手拉手环网、双电源手拉手环网、三线二站或三线三站（即网格式环网），以及双电源双环网接线和双电源双环双T接线等模式。在进行智能配用电系统的实施时，通常要考虑投入产出比、合理网架、统一规划以及分布实施。
2．常见配用电光纤通信技术
配用电系统中常用的通信技术分为无线和有线通信技术，由于有线通信技术可满足未来智能配用电网的双向交互和高带宽的需求，逐渐成为主流通信技术。
目前国家电网试点项目应用较多的主要有两种有线通信技术：EPON无源光网络技术和工业以太网技术。其中EPON技术采用上下行不同波长的单纤波分复用技术，一根光纤通过多级光分路分送给最多64个用户，传输距离可达20公里，适用于树型、星型、总线型、混合型、冗余型等网络拓扑结构，主要设备包括OLT（光线路终端）、ONU（光网络单元）和ODN分光器；而工业以太网技术是指利用工业以太网交换机的以太光口进行串接，形成串形或环形组网的通信技术。
与工业以太网技术相比，EPON技术在组网可靠性、带宽分配、维护成本低、网络可扩展性等方面均有优势，适于对可靠性有较高要求的配用电接入应用。为此，国网公司已经制定出《基于以太网方式的无源光网络（EPON）技术要求》标准，并作为企业标准应用于国家电网公司的配用电通信系统的建设。
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3．配电网网架和通信模式分析
目前配用电一次线路的接线方式主要有单电源辐射状方式和手拉手环网接线方式。前者信息点分布较为分散且分支较多，后者信息点分布在主干线路和分支线路，并且主干为手拉手方式。相比其他通信技术，EPON无源光网络的技术特点更适合配用电一次线路且满足未来智能配用电业务，其从而成为智能配用电主要的通信网络技术之一。根据配用电一次线路的不同接线方式，以及信息点分布的不同特点，通信网络模型可采用集中分光、两级分光、串联多级分光、主干光纤保护和手拉手全光路保护等模式，对各种情况的信息点进行分区域覆盖。以下的通信模型基本以EPON技术为参考设计。
3.1模式一：单电源辐射状接线方式
单电源辐射状接线方式具有接线清晰、运维简单、节省投资等优点，因此得到广泛应用，尤其是农村电网。通常单电源辐射网的主干线路通过分段开关分为3-4段，供电半径为3-5公里，部分城市会达到10公里。通信网络通常沿主干线路向用户侧延伸，信息点分布于线路上的重合器和分段器，以及配电变压器等。
辐射状通信网络随着开闭所/环网柜/分支箱的多回路出线而分段分叉，末端信息点随配电TTU而分散分布，同时主干和分支均无备份通信通道。辐射状通信设计的难点在于分段和分叉多、TTU分散，尤其是未来智能用电服务部署，如何提供高带宽且可靠的通信保证是该种模式的关键点。针对该种通信模型，EPON网络根据信息点分布的不同情况，采用不同PON端口对不同区域的信息点进行覆盖，归纳出以下三种光网络模式模型。
1、集中分光模式:
该种模式设备布放的位置：OLT部署变电站或开闭所，分光器放置集中的配变附近的电线杆上或某个配变设备箱内，ONU布放在采集设备箱或用电采集中器设备箱内。该模式主干光路一致性较好，光路设计简单，适合配变/信息点集中的场景。
2，两级分光模式：
该种模式设备布放的位置与模型1基本相同，图中前两个分光器建议部署在同一个接头盒内或某个采集设备箱内，以减少光缆的分纤。适合于配电/信息点相对集中的场景。
3，串联多级分光模式：
该种模式OLT设备放置在变电所/开闭所，分光器和ONU设备可布放在同一设备箱内。适合于配变/信息点分散分布在一次线路两侧。
单电源辐射状接线方式是当前一次接线的主流方式，与之相匹配的通信网络模式的选择，对于光缆路由规划和设计、信息点的合理覆盖尤为重要。因此，在EPON网络设计时，需要根据信息点分布的不同情况，将信息点划分为不同区域，再根据区域内情况来选择一级分光、两级分光和串联多级分光等组网模式，从而对信息点进行分区域合理覆盖，以满足智能配用电业务的承载。
3.2模式二：单电源/双电源手拉手环网接线方式
手拉手环网接线方式较为清晰的划分主干线路和分支线路，主干线路通常采用开闭所/环网柜互联，从而形成环线接线方式，在末端通过联络开关开环运行，在电源侧可以是单电源也可是双电源，主干线路容量必须保证50%的备供能力。该种模式接线简单、环供可靠等优点，适合供电可靠性要求高、负荷密度低、用电增长较快的城市配电网，已经成为配电线路建设主要模式之一。
由于手拉手环网接线方式存在电缆、变压器及低压设备故障的风险，因此出现手拉手双环网双T接线模式，进一步提高用户供电的可靠性。
手拉手双环双T模式将单环模式进行组合，利用二回线路和负载分担的双变压器，分别接到不同电源系统供电，每个变压器各带50%的负载，运行灵活性更高，供电可靠性更高，可以最大限度连续向用户供电，满足重要客户的供电需求，同时正常和故障检修时也可保证持续供电，但该种模式投资是单环的一倍，所以该种方式适用于市中心繁华地段、重点用户的配电网络。
手拉手环网的通信模式中RTU随主干的环网柜/开闭所部署而分布，形成手拉手主干环网，分别接入到两个配电子站，两个配电子站间形成主备通信保护。
单电源/双电源手拉手环网接线方式是目前新建一次线路的首选方式，其通信模式设计除仍可采用辐射的通信模型外，针对手拉手的环网通信模式，列出以下两种可靠的EPON组网模式：
1，主干光纤保护模式：
该种模式OLT部署手拉手线路两端的变电站，利用其中一芯光缆截断后接入2:N分光器，从而实现主干光纤的保护；每一组分光都占用一根主干光纤；分光器部署在手拉手线路立杆的接线盒内。适用于配电密集分布的情况。
2，手拉手全光路保护模式：
该种模式的OLT设备放置在手拉手线路两端变电站内，利用主干光缆中的两个光纤，通过多级分光来接入线路附近的信息点/配变，。适合于信息点稀疏分布在线路上，适合于配电自动化系统的部署。
4．结束语
随着智能配用电系统研究和建设不断的深入，配用电一次网架接线方式也在不断优化，通过以上五种通信网络模型的建立，为未来智能配用电通信网络的规划和设计提供适合的网络模板，为配用电通信网络的规模建设打下良好的基础，更好的支撑未来智能配用电系统的建设和完善。
论文作者:周建波
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/1
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