摘要：作为泛在电力物联网网络层的关键技术，5G技术的引入和应用，将会更好得满足电网控制类、采集类、移动类业务的发展需求，实现泛在电力物联网建设的不断深入，和新能源、新业务的发展需要。
关键词：泛在电力物联网接入网 5G技术
1、引言
随着国家电网“三型两网、世界一流”全新目标的提出，智能电网、泛在电力物联网建设的不断深入，将会引发大规模的新能源、新业务接入，电力行业信息采集类业务也将爆发式增长，电力业务通信的需求将逐步呈现出“低时延、高安全、大联接、高带宽”的特征。这对接入网中的无线通信网络业务承载能力将提出新的挑战，而5G通信的增强型移动宽带（eMBB）、海量物联（mMTC）、超高可靠低时延（uRLLC）三大基础能力可以匹配这些需求。
2、电网业务的发展需求
新能源、新业务的发展，使得电网原来单一的基础业务逐步发展为基础+新型的业务模式，从业务通信的需求来看，新形势下电网大致需求可分为三类：
控制类业务
控制类业务主要有配电自动化、分布式电源、精确负荷控制、配电网差动保护等。这类业务涉及电网的安全稳定运行，所以要求最高。具有典型的低时延和高可靠性要求，一般对业务的时延要求在几十毫秒级以内，配电自动化业务甚至要求毫秒级的传输时延。
采集类业务
采集类业务数量最多，既有用户用电信息的采集，也有充电桩等新型业务，涉及海量终端，终端的分布越来越广泛，具有典型的广覆盖、大连接的业务特点。在时延要求上一般为分钟级，当然对于公变、专变检测要求妙级。在采集内容上，由原有的数据字符向视频化、高清化发展，但总体对数据速率要求较低。
移动类业务
移动应用类业务主要为新兴业务，如无人机巡检、机器人巡检、应急通信、移动作业等，这类业务主要是高带宽加一定的移动性要求，具有典型的大带宽、高灵活的业务特征。这类业务要求带宽一般不低于2Mbps，对于回传要求4K高清的，一般要求10Mbps以上。
综上，未来电网的业务发展，将是一个多样性的业务需求，既有时延性要求极高的控制类业务，也有海量连接要求的采集类业务，同时还有高清视频等的大带宽、高移动性的移动应用类业务，所以未来电力网络的发展，需要选择适用于电力行业这些业务应用特点的安全可靠、高效稳定的接入网技术支撑。
3、5G技术的优势
无线网络是泛在电力物联网的关键，在泛在物联网的总体架构中，网络层用于连通感知层和平台层，具有强大的纽带作用，而5G技术属于网络层的接入网技术。
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图1泛在电力物联网总体架构
在接入网的建设上，有线、无线方式可选的方式多种多样。常用的有线接入方式有光纤、PLC（电力载波通信）等。对于有线接入方式而言，最常用的为光纤通信，具有系统时延低、带宽大、稳定可靠等优点，但也存在建设周期过长、部分特殊地形部署困难（如桥梁）、难以支撑点多面广海量接入业务等缺点。无线方式包括电力无线专网（LTE230/IOT230）、移动运营商网络（3G/4G等）、物联网网络（LORA/NB-IOT等）。电力专网存在离散频谱、载波聚合成本高、E2E产业链不完备等缺点；而其他一些网络技术的安全性问题较大。
5G技术的应用划分为增强型移动宽带（eMBB）、海量物联（mMTC）、超高可靠低时延（uRLLC）三类场景，而电力业务发展的电网控制类、信息采集类和移动应用类需求，和5G的应用场景非常匹配，因此，开展5G技术在电网中的应用是从根本上满足“三型两网”战略目标和业务场景的刚性需求。
4、5G技术的应用分析
在电力领域，5G技术可以广泛用于包括发电、输电、变电、配电、用电在内的端到端应用，全方位满足智能电网业务需求，如电力配用电业务、输电线路监控、变电站巡检，精准负荷控制、用电采集等。
发电、输电、变电环节
在发电、输电和变电环节，5G主要是一些视频监控、移动巡检、设备状态监测等的应用，主要是控制类和移动类的业务。如视频监控业务，需要将高清摄像头部署在变电站、发电厂、输电线路杆塔等处，对电力设备、设施等进行高清图像采集，通过图像智能分析，判断设备故障、非正常状态等。此类业务属于典型的5G eMBB应用，需要大带宽。
配电环节
在配电环节，5G技术应用于配电自动化、精确负荷控制、配网机器人作业，以及一些配电环境监测等，主要也是控制类和移动类的业务。以配电自动化为例，其通过配电自动化终端DTU，采集监测配电线路实时状态，并通过分布式分析判断或处理，从而进行线路故障或设备故障的判断、定位、隔离和恢复供电，保证供电可靠性。该业务为典型的5G uRLLC应用，要求极高的可靠性和毫秒级的低时延。
用电环节
在用电环节，5G技术应用于用电采集、自动充电桩、分布式能源接入、智能家居等。业务主要以采集类和移动类业务为主。以应用最广泛的用电采集为例，是以智能电表为基础，开展用电信息深度采集，满足智能用电和个性化客户服务需求。采集频次要求不高，一般为分钟级，但是连接密度很高，每平方公里可达成千上万个，为典型的5G mMTC应用。单元与925供电单元相间短路跳闸，强大的短路电流产生的高温电弧。后经天窗点上道巡视发现高温电弧将261#-263#支柱间（即分相杭州侧断口）非支一根吊弦中部烧断，非支承力索烧断2股，工支承力索烧断6股，277#-279#支柱间（即分相长沙侧断口）工支一根吊弦中部烧断，非支一根吊弦烧伤，接触线有轻微烧伤痕迹。
4.处置过程
4.1故障判断
路局供电调度根据中国铁路上海局集团有限公司关于印发《中国铁路上海局集团有限公司高速铁路接触网故障抢修实施细则》的通知（上铁供【2018】116号）第六十条根据跳闸报告内容判断（以下电流电压值归算至一次侧数值进行判断）：牵引所同行别（上行或下行）馈线同时跳闸，电压较高（T/F 线20000V 以上）、电流较大（2000A左右），阻抗角相差180左右，可以判断为动车组带电过分相或分相开关闭合。
结合本次故障报文（表1）可以看出数据符合异相短路跳闸情况，当班供电调度按高铁异相短路跳闸重合成功流程进行处置。
4.2故障处置
这次衢州2#牵引所分相短路跳闸发生后，当班供电调度在判断出相间短路的第一时间通知列车调度员采取行车限制，在分相起止里程降弓运行，本线和邻线首列按分相中心里程前后2km限速80km/h注意运行，防止发生衍生故障。通知供电设备管理单位出动巡视设备并积极通过视频系统回看故障区段视频，为故障点的确定提供有力支撑。在现场巡视结束后，具体行车限制条件由现场人员在车站登记，列车调度员根据现场登记组织行车。为减少对运输组织的影响，故障彻底处理在当日天窗点内进行。
5.结论和思考
由于上海局各个牵引所馈线保护的配置原因，在发生异相短路时，可能不跳闸也可能一条馈线或多条馈线跳闸，这就需要供电调度仔细甄别，除了现有的异相短路故障处置流程图之外，供电调度还应根据不同情况考虑以下几种情况。
（1）电压降低不明显，电流远大于供电臂最大负荷电流，阻抗角在0度左右或阻抗角在二、四象限，排除过负荷跳闸，可初步判断为异相短路。
（2）要结合行车和分相开关等方面的情况进行综合判断，查看分相开关是否闭合或分相区接触悬挂是否有脱落、折断等，分相区是否有列车经过。
（3）结合本线跳闸信息，查看相邻馈线断路器电流保护的启动情况，进行综合分析。
（4）利用铁路视频监控系统，跳闸后重点回看分相关系区内视频影像。
（5）加强与机务、车辆及动车调度联动机制，及时了解列车弓网运行情况。
综上所述，铁路牵引供电系统接触网分相短路跳闸情况比较复杂，与分相两端供电单元的电压角度及保护定值均有关系，发生分相短路跳闸时出现的保护名称也不尽相同，有阻抗动作、电流增量、高阻接地等。但对于铁路局供电调度而言无论发生何种跳闸，供电调度均要在第一时间仔细去查阅报文，根据故障报文给出的数据进行初步判断故障性质，然后按照相关流程图预案进行处置。在无法快速准确判断时，供电调度要按照导向安全的原则，第一时间通知列车调度员进行行车限制，在判断出故障性质和地点后再准确采取其他行车限制措施，提高应急处置处置效率，尽可能减少对运输组织的影响。
参考文献
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【3】《中国铁路上海局集团有限公司高速铁路接触网故障抢修实施细则的通知》（上铁供﹝2018﹞116号）[S].
【4】《中国铁路上海局集团有限公司关于公布上海局集团公司供电调度应急处置流程图的通知》（上铁供﹝2018﹞124号）[S].
论文作者:王建锋,孙九申
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：业务论文; 故障论文; 电力论文; 电网论文; 需求论文; 技术论文; 时延论文; 《电力设备》2019年第22期论文;