供电配网自动化工程通信系统解决方案

2023-03-05

随着国家经济的发展和人民生活水平的提高, 人们对电力的需求日益增长, 同时对供电的可靠性和供电质量也提出了更高的要求。配网馈线自动化是电力配网系统提高供电可靠性最直接有效的技术手段之一, 配网自动化为电网的运行监测、快速故障定位、故障隔离等提供了有力的保障措施。在配网自动化实现的过程中, 通信问题是一个比较关键的问题, 其可靠性、经济性至关重要。

1 系统建设的必要性

如果没有配网调度自动化通信系统, 相关的遥测、遥信信息不能及时上报。调度员无法及时、准确的了解配网的运行状况, 对配网的运行维护造成极大的不方便, 成为进一步提高配网安全、稳定运行指标的障碍。

为更好的服务于电网发展, 满足新的应用需求, 为电力公司配电网的安全、优质、经济运行提供强有力的技术支撑, 建立电力配网自动化通信系统势在必行。

2 电力配网自动化通信系统的要求

配网控制中心与用户变 (开闭所、箱变等) RTU/FTU之间的通信是配网自动化的主要通信系统, 同调度SCADA系统一样, 配电自动化系统也需要一个有效的通信网, 同时配网系统拥有众多的开闭所、配电变压器、柱上断路器, 要对这些设备进行监控就需要许多FTU和TTU, FTU设备安装地域分布广、通讯节点分散, 因此配网自动化系统的规模、复杂程度和自动化程度决定了通信系统应满足下述要求。

(1) 可靠性。配网系统的通信设备有很多暴露在室外, 环境恶劣, 因此必须能够抵御高温、低温、日晒、雨淋、风雪、冰雹和雷电等自然环境的侵袭。同时, 尽量避免各种电磁干扰, 保证长期稳定可靠地工作。

(2) 经济性。考虑到配电网系统的总体经济效益, 通信系统的投资不应过大, 力争充分利用现有的主网通信资源, 进行主、配网整体规划, 避免重复投资。

(3) 可扩充性。配网通信系统不仅要考虑目前及未来的数据传输的需要, 还要考虑系统升级的要求。

(4) 双向通信。配网自动化要实现遥测、遥信、遥控功能, 就必须要求具有双向通信能力。

(5) 运行维护成本低。作为配网自动化数据的传输方法, 目前多采用无线通信、双绞线、光纤、电力载波通信等, 但是无线扩频通信、双绞线、电力载波等通信模式由于易受干扰、地形障碍、防雷击、组网模式、网络安全等技术因素的影响, 很难在地形复杂的城市配网中得到大面积推广, 已逐渐被用户所淘汰。随着配网自动化的推广和深入, 以及光缆和光器件价格的大幅下滑, 光纤通信已越来越显示其独特的优越性, 并逐渐成为当前配网自动化通信系统的主流解决方案。

3 配电网通信网络总体结构

图1描述了配网自动化的总体结构, 配网自动化的通信系统是其中密不可分的一部分。为了贯彻功能下放, 分级分层, 提高事故响应速度的原则, 配网自动化系统一般分3层:主站、子站、馈线。依据配网规模的大小, 主站层还可再分为主站和区域站2层。

4 系统设计方案

现阶段配网自动化多以10kV线路为主, 在线路上运行的各种自动化设备在电磁兼容上, 国家并没有一个统一的强制标准, 造成了低压侧的运行环境比较恶劣, 这为配网自动化通信网的建设提出了更高的要求。为此, 笔者提出以下三种解决方案:

方案1:以SDH光传输系统为骨干, 在各信息采集点布放工业以太网交换机。

在电力专网, 通信光缆资源非常丰富, SDH光传输网络也建设的非常发达。配网自动化通信系统的建设可以以现有的SDH光传输网络为骨干网, 在接入层布放部分光缆, 新建部分SDH设备, 对原有的SDH网络进行拓展, 在配网自动化系统的信息采集站点放置工业以太网交换机。

方案描述:一般一个城区有上千个配网站点, 其中只有少部分站点已有光缆到达, 因此需新放光缆。

配网自动化工程通信系统建设分为两大层次结构。

第一层:变电站级别。目前大部分变电站已经有SDH光传输设备或者具备上SDH光传输设备的条件。由于SDH设备的可靠性较高对现有的SDH网络进行适当扩充, 就可以将其做为配网自动化通信网络的骨干层使用, 以保证可靠的接入。

第二层:每个变电站所辖的环网柜级站采用二层工业以太网交换机形成数据接入网络接入DTU配网自动化终端设备。本层系统采用100M冗余光纤网络。区域内根据网络配置需求配置不同业务的环网数量。

两层网络之间可以直接通过数据接口进行互联。至此, 整个网络系统分别为变电站级和环网柜级别的网络, 此网路系统以现有的SDH光传输网络为依托, 以二层工业以太网交换机为延伸, 系统可靠性较高。

网络主干结构建设完成之后, 其他业务数据可以基于上述网络系统进行传送, 对于数据及其他一些数据系统, 只要接口符合TCP/IP网络协议, 都可以顺利接入, 如果有个别设备为其他接口方式, 如RS232/RS485等, 可以进行适当的协议转换即可接入该系统, 也可以要求相关设备厂家提供具有以太网标准协议的接口, 这样整个网络的所有设备就可基于统一网络协议的系统进行通信了。

对于未来接入其他的业务, 如音频:在各个站部署了全IP通信网后, 就具备了实现软交换业务的重要承载条件。后期就可以在此网络基础上搭建软交换网络, 软交换网络的接入支建设成本较低, 组网和接入将更为灵活。

方案2:租用中国移动、中国联通等运营商的无线通信信道和设备。

方案描述:直接租用中国移动、中国联通等运营商的通道和设备, 传送各类业务。可以节约前期建网成本。

方案3:建立电力自己的无线通信系统。

方案描述:一般城区面积大约为50~80km2, 根据实际情况, 新建若干个无线基站, 覆盖城区所有配网站点, 在中心站购置核心设备以接收基站所有信息。

设备可以采用5.8Ghz的WiMAX设备, 5.8Ghz覆盖半径较大, 根据无线环境不同, 可以从几公里到20公里范围不等, 并支持支持一定的非视距能力。频率为免申请频段5.725GHz~5.850GHz, 125Mhz有8个频点, 信道带宽为15Mhz。

这样电力城区也新建了一个无线网络, 不仅可传送配网相关信息, 也能适应未来通信发展需求。

方案4:利用电力线载波技术进行数据传送。