摘要：通信系统担负着将配网运行实时数据传送到配网调度中心的任务，对配网自动化系统的构成和功能的实现起着十分重要的作用，是配网自动化的重要组成部分。配网自动化的特点及要求决定了在通信系统中不可能采用单一的通信技术，而且不同的通信技术的选择与方案设计对通信系统的实用性、可靠性及有效性影响很大，其建设和运行维护费用也有很大差别。掌握配网自动化及光纤通信系统相关知识，提高光纤通信在电力配网自动化中的施工质量，达到延长设备使用寿命、节省维护费用和劳动力的效果。
关键词：配网自动化；光纤通信系统；可行性
电力系统的逐步发展对数据传输的实时性要求日益提高，实时数据的传输是许多新兴技术的应用的依赖，如电网在线监测、故障预警与诊断、新能源并网监测等。智能电网时代的来临让光纤通信开始应用于配网自动化领域并开始发挥越来越重要的作用。
一、配网自动化光纤通信系统
配网自动化系统主要由各种现场监控、配电主站、配电子站和通信网络组成。现场终端包括安装在配电变压器上的配电变压器监控终端TTU，安装在线路环网柜内、柱上开关上的线路监控终端FTU与安装在变电所、开闭所的站内监控终端RTU。它们采集并向主站传送断路器、负荷开关、变压器等配电设备的运行数据，接收主站控制命令，完成开关的操作。配电自动化是提高城网供电可靠性的必然需要，是电力系统现代化发展的必然趋势，是实施智能配电网的重要手段。
配电通信网建设除了满足各类业务通道要求以外，还需要满足以下三点要求：
第一，经济性要求。配电网具有数量十分庞大的特点，配电通信网应根据业务发展情况，区分覆盖和保障类型通信节点，实现经济覆盖要求，合理选择通信方式。第二，可靠性要求。配电网应考虑通道备用、自愈功能满足配电网高可靠性要求。通信设备应具备工业级可靠性，机房环境、电源等基础设施应有一定的保障能力。第三，安全性要求。根据《电力二次系统安全防护总体方案》及《电力二次系统安全防护规定》的要求，电力二次系统安全防护工作应坚持纵向认证、安全分区、横向隔离、网络专用的原则。配电网中的负荷控制、纵联保护、能源站监测、配网自动化等业务属于电力监控系统的范畴，必须使用专用网络的生产控制大区来承载。
作为电力系统通信网的重要组成部分，终端通信接入网是配网自动化的神经系统，也是电力系统骨干通信网络的延伸，从变电所，覆盖到开关站、配变直至用户端，包括0.4千伏通信接入网和10千伏通信接入网。10千伏通信接入网络范围以骨干通信网为接入点（35kV／1lOkV／220kV变电站），主要覆盖配电线路、配电室、环网柜、配电网开关站、公用配电变压器、柱上开关等的通信网络，并向下延伸用于汇聚或接入0.4千伏通信接入网的业务。10千伏通信接入网需解决配电网遥控信息、遥测、遥信的接入，要求通道具有较高的可靠性、安全性和实时性。0.4千伏通信接入网络范围主要覆盖分布式能源站点、电动汽车充电站、智能用电公变出口至用户电表等的通信网络。需解决电动汽车（电池）用户侧交互、自动抄表、运营信息、和开展电力线上网等延伸服务的信息接入，需要大带宽。这就要求用光纤通信取代电通信。光纤通信和电通信方式主要差异有两点：一是用光导纤维构成的光缆作为传输线路；二是用光波作为载波传输信号。这两点差异保证了光纤通信系统具备了安全性高、传输速率快、带宽大的特点，这也提高了电力系统通信网的可靠性。
二、组网技术分析及方案研究
目前主流的组网技术包括以下几种方式：
第一，无源光网络（EPON）技术。EPON技术可以支持环形、手拉手型、树型等拓扑结构，与配电网网架结构高度一致，高带宽和高QOS保证是一大特点。上下行不低于1.25Gbps的传输速率，利用光纤作为传输介质，运行稳定可靠。具有确保隔离的功能，VLAN隔离，保护端口，绑定MAC地址，绑定口地址，端口速度限流，排队技术，流量控制技术对进行多业务融合起到了技术支持，并且能平稳升级扩展。
第二，无线公网。无线公网网络覆盖面广，技术相对成熟，但传输实时性和安全性不能得到保证。为保障安全，公网与电力通信专网在主局设置统一接口，任何基于公网的通信应用，均应通过此接口接入电力信息专网。
第三，中压数字载波技术。中压载波技术分宽带和窄带两种，技术优点是利用电力线，不必二次布线，减少了因地形地貌导致的布线困难，缺点是带宽窄，稳定性一般。
下表是通信组网方案经济技术比较，可清晰比较三种通信组网方案的优缺点。从安全性、可靠性、实时性等技术性能分析，EPON技术组网方案技术性能远优于中压电力线载波技术组网方案。无线公网的建设投资是最低的，但其运营维护费用很高。
三、利用EPON技术的解决方案
根据表1可知，无源光网络（EPON）技术具有较大的技术优势，适合配网自动化对通信的要求，下面就无源光网络（EPON）技术合理组建配网通信网络进行探讨。配网光通信设备分为两层，第一层为配网主站到分站的通信网络，也是核心层，分站一般设在变电所，而变电站与局端已经建立了完善的光纤SDH系统，在此不做深入研究。第二层为各分站到各开关站（柱上开关）的通信网络，即接入层，第二层的网络结构与第一层采用的SDH网络或采用以太网方式相同，只是终端设备的接口不一样。
为了使分站到开关站之间的通信更加稳定，采用智能的无源光网络双环技术，组成双环自愈网，配置两个激光收发单元RU和LU，通过环形网络中不同光纤路由，分别构成系统的两个通信方向，一个作为保护方向，一个为工作方向，这样的网络组成后，其可靠性大大提高，不仅可以抵抗光纤断路，还可以抵抗单节点失效和多节点失效。
四、通信网络结构的初步设计
综合上述讨论，以数据传输的安全性和可靠性为首要原则，以减小相应损耗为出发点制定相应组网模型，并适当考虑经济性初步制定如下设计。
配电数据通信网主要采用无源光网络（EPON）技术为主，拓扑结构以“手拉手”全保护倒换型为主（覆盖110kV变电所至10kV开关站）。
采取的组织模式是以110kV变电所为汇聚点，结合10kV电力线出线的电气接线结构，根据开关站的地理分布形态，各开关站串接成链状两点接入110kV变电所。为保证骨干网的安全可靠，采用典型的“手拉手”全保护倒换结构，ONU安装在开关站，两个OLT分别安装在不同的110kV变电所，OLT设备失效或光缆中断均能实现保护，由ONU选择OLT。
a.一个手拉手单环，光缆线路最长距离不超过20km，起止点最大光链路衰减（dB）-29 dB，上下行1.25Gbps高速通信。b.每台OLT连接ONU最大不超16个。c.每台OLT连接到110kV变电所，110kV变电所为配电数据通信网预留45M带宽。d.ONU设备同时提供RS232接口和RJ45接口。e.变电所内的OLT设备采用19英寸机架式。f.开关站的ONU设备采用壁挂式安装，分光器（ODN）内置在ONU设备当中，直流24V电源接入。g.开关站的光纤终端设备采用壁挂式安装，与ONU并列或上下布置，形成一个整体。
五、结论
明晰终端通信接入网及光纤接入技术的定义、分类及原理特点，理解影响光纤损耗的各种因素，对比各种组网技术的优缺点，探讨EPON技术合理组建配网通信网络，论证EPON技术的可行性，确定利用EPON技术的解决方案；根据现场环境与现有技术，确定了通信网组网结构和模型，为后续工作奠定基础。
参考文献：
[1]王磊，裴丽.光纤通信的发展现状和未来[J].中国科技信息，2006（4）
[2]龚静.配电网综合自动化技术[M].机械工业出版社.2008.
论文作者:赵虎,蔡智慧
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/13
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