电力配网及抄表系统光通信EPON交流

1 电力配网自动化光通信 斯康达科技发展股份有限公司 专网事业部 2 内容提纲 配网自动化及通信方式介绍 1 2 3 4 瑞斯康达电力 5 6 3 B 站内重合器和断路器 柱上真空开关 配电开关元件组成图： 同处一个位置 配电网一次设备线缆图 源 A 电源 B “手拉手 ” 三开关四分段示意图： 重合器 环网柜 重合器 重合器 柱上真空开关（重合器） 4 配电网一次设备线缆图 配电子站 0 母线 10站内馈线开关 断路器 断路器 分支断路器 目前先进的配网自动化系统的构成由配电线路、 重合器、分段器、断路器 、通信、配网子站和主站几部分构成。 各种开关设备是配电网网自动化的核心部分 。 开关设备的监控是由 配电网自动化终端设备 来完成的。 5 B 内重合器和断路器 上真空开关 体型远方终端 配电开关元件组成图 同处一个位置 配网自动化终端设备组网图 责采集 电（断开、闭合）的状态信息，并通过 开操作，确定有故障的配电线路。最后由 各个配变终端（ 置在电力一次设备的旁边，负责参数的采集和监控 6 源 A 电源 B “手拉手 ” 三开关四分段示意图 重合器 网柜 配网自动化终端 合确定了 I、 应的 网柜内 作另一端 现供电故障倒换。 合器 重合器 7 电子站 环网柜监控 电线 0 母线 电子站 配电线 10 母线 10配网自动化终端 0荷开关、分段器旁，对各种柱上开关设备所在的线路的电器参数进行监控和采集。 变等变压器设备旁，监测变压器运行状况的终端装置。 8 配网自动化通信的作用 要实现配电网自动化系统，通信建设是一个关键环节。那么 配网自动化通信的作用是什么呢？ 配网自动化对通信通信的作用 由此可见， 配网通信是配网自动化的基础。 要实现配网自 动化，通信的建设就不容忽视。 如何建设适合配网自动化的通信 系统是我们这篇胶片讨论的主题。 开关设备 配电自动化终端 通信系统 配网主站系统 信息采集 开闭控制 9 配网自动化通信要求 通信可靠 配电终端常暴露在室外，要求通信系统在恶劣环境下能可靠地工 作，并且对于重要信息点须实施链路冗余保护。 配网通信终端数量众多、信息采集点面广量大。通信线缆应该尽 可能利用原有配电电缆管道，避免重新开掘，节省大量成本。 通信组网方式应该尽可能遵循原有配电线缆的网络结构，实现配 变终端与通信设备的位置趋于一致。 进线监视、 10电站监控和馈线自动化对速率的要求 最高；其次是公用配变的巡检和负荷监控系统；远方抄表和计费 自动化对速率要求最低。 配网通信网随着城市的发展规模不断扩大，其信息采集点具有不 可一次预测性，因此要求通信网络具备高度适应性和扩展性。 投资经济 组网规范 通信速率 扩展性强 配网自动化在选择通信方式的时候要结合自身的特点。从前面的配 网通信结构和终端的数量、分布等特点，得出配网自动化通信的要求： 10 配网自动化通信结构图 11 配网自动化通信传统方式 有线通信 无线通信 力载波通信），通信介质：电力线 光纤通信（光纤 通信介质：光纤 现场总线（ 485、 通信介质：屏蔽双绞线 音频专线（ 通信介质：音频线缆 230G（ 传统通信方式 配网自动化的通信要求非常严格，选择适合配网自动化通信要求的通信方式是建设的第一步。那么传统的配网自动化通信方式有哪些呢？它们能否符合配网自动化通信的要求呢？最佳的配网通信方案又是什么呢？ 12 配网自动化传统通信 光猫（ 信是早期的配电自动化通信系统建设中常用的一种光纤通信技术，利用配电子站附近的光纤接入，各子站通过光猫和就近的开闭所相连接，而其他开闭所则通过 232和前一开闭所线缆级联，由此完成所有开闭所的接入。 优点： 1）突破了传统 85的传输距离 2）支持环网保护 3）施工简单 缺点： 1）接入速率较低，一般在120s 2）不具备抗多点失效性。 串口服务器 闭所 光纤 交换机 主要子站 串口服务器 换机 子站 主站 13 配网自动化传统通信 为传统的通信手段之一， 以优异的性能和为电力通信提供了一个健壮的平台。但是，在配电网中， 优点： 1）高带宽。 2）多种环网保护协议 3）光纤通信方式 缺点： 1）工作环境要求高 2）高带宽同时带来了带宽的浪费。 3）施工难度大，实现困难。 4）成本投入不切实际 此图是错误的，要重画 14 配网传统通信方式 工业以太网交换机在电力通信网络中有着较为良好的应用基础，交换机组网有着高带宽、环网保护、 是在配电网自动化通信中，点到多点通信、扩容性、抗多点失效等要求使得交换组网在应对时显得捉襟见肘。 15 配网自动化传统通信 优点是可用现有的配电线路传输不需另铺线路，而且便于管理。缺点是：数据传输速率较低；容易受到干扰、非线性失真和信道交叉调制的影响，并且与其他通信方式兼容性不好。 采集终端 采集终端 采集终端 220/380 台区变压器 采集终端 用户表1 用户表 n 采集终端 用户表1 用户表 n 采集终端 用户表1 用户表 n 集中器 106 配网传统通信方式 站电台 智能 置机 串口 1 主站电台 智能 口 2 能化 主站电台 站电台 串口 3 端 端 230波通讯的一种，属于超短波通信方式。采用行业专网专用频段，通过微波实现信号传输。 优点： 1）可节省线路投资 2）组网灵活，对环境要求不高。 缺点： 1）覆盖范围受限 2）无线通信存在干扰问题 3）带宽不能满足配网通信需求 17 配网传统通信方式 依靠租借驻地移动运营商的无线资源组建电力无线专网，这种方式不需要电力投资线缆资源，而且组网灵活。 优点： 1）基础资源丰富，不需要投资线路建设。 2）组网灵活 缺点： 1）带宽较低，最大带宽 114难满足配网终端接入需求。 2）实时性和扩展性较差受制于运营商 3）维护困难 18 通过对传统配网通信手段的分析，结合配电网的实际情况，目前配网 自动化通信最终将以 光纤 +载波为主，其它通信方式为辅 。 配电网主要通信信道最终方式选择 配网自动化对光纤通信方式有哪些具体要求呢？ 19 配网自动光纤通信面临的问题 一、 点到多点通信。 由配网自动化终端数量和分布的特点决定，传统点到点的光纤通信方式在配网中并不适用。 二、 分光设备对环境因素不敏感。 由电力配网特点决定了，在线路上在户外不可能有很好的工作环境。 三、带宽能够满足配网自动化需求。 四、 终端设备工业级设计。 包括环境适应性、供电等因素。 五、 网络扩展性好 。 扩展不影响整网架构。频繁的网络架构变化显然是配网通信所不能允许的。 20 内容提纲 配网自动化及通信方式介绍 1 2 3 4 瑞斯康达电力 5 6 21 于以太网无源光网络 ， 是一种采用点到多点 （ 结构的单纤双向光接入网络的光纤通信技术 。 在物理结构和数据流上均实现了 点到多点； 采用光传输结构上的 分光器 （ 无需电源 ） ； 采用 纤双向传输 。 主干光缆 分配网络 ) 馈线光缆馈线光缆物理分光 无源设备 22 术 分光器外观 波信号 发送和接收在一根光纤中采用不同波长传输： 发送： 14901550 接收： 1310分光 23 术（有平均分光 /非均分分光） 分光 熔融拉锥的光分路器 （ 非均分 ） 平面波导型光分路器 （ 均分 ） 熔融拉锥 : 平面波导 : 波导 硅基 耦合区 纤芯 包层 24 24 ： 2形式的分光产品 ，其分光比主要有 5： 95、 10： 90、 20： 80等 。 均分： 率 100% 5分 均分： 非均分 非均分 非均分 功率 100% 5率 95% 率 5% 功率 95% 功率 95% 率 5% 率 5% 分光 25 分光器展示 分光交接箱 铠甲型分光器（ 1： 16、 1： 32） 法兰机架式分光器 26 下行数据传输主要特征 点对多点广播式传输 D 用户只能获取属于自己的数据包 每个 但 丢弃其他的数据 以太网帧 分光器 业务一 业务二 业务三 2 2 1 3 2 2 1 3 1 2 2 3 下行 27 分光器 业务一 业务二 业务三 2 2 2 3 1 1 2 2 2 1 1 2 2 2 3 隙） 上行传输主要特征 时分复用 (按时隙发送 数据在属于自己的时隙里传输 光信号在分光器处进行耦合 冲突检测与避免 每个 所有时隙的预定靠 下行 28 可实现即插即用 多点控制协议 ） 主要功能： 1、 测距 、 报告链路拥塞情况； 2、 在原有的以太网 3、 现时间窗口 注册请求： 注册 :册确认 9 29 动态带宽分配 ， ：一种能在微秒或毫秒级的时间间隔内完成对上行带宽的动态分配的机制 。 宽控制 (优先级从高到低 ) 加速转发型 ， 支持对端到端延时敏感和需要带宽保证的业务 ， 如串口 232/485业务 。 确定转发型 ， 支持对延时不敏感但是要求带宽保证的业务 ， 如以太业务 。 尽力而为型 ， 支持对端到端延时不敏感且不需求带宽保证的业务 ， 如一般业务 。 85 一般业务 0 30 业务安全性 1） 接入 3） 二层 保证不同用户业务的传输 。 数据安全性 1） 下行 （ 采用 1490 上行 （ 采用 1310 2） 数据传输过程中支持数据 保证数据在传输过程中的安全性 。 远动业务 动业务 490310频监控 在 同 一抛弃数据帧 视频监控 动控制中心 视频控制中心 1 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 31 光器 1）基础树形 1： n 均分 光器 （ 3）全冗余保护树形 1： n 均分 光器 1： n 均分 双 备用 光器 2）主干保护树形 2： n 均分 主 备用 光器 4）总线型（链型） 1： 2 非均分 分光器 分光器 分光器 光器 5）全保护总线型（链型） 1： 2 非均分 分光器 分光器 分光器 分光器 分光器 分光器 分光器 双 备用 32 内容提纲 配网自动化及通信方式介绍 1 2 3 4 瑞斯康达电力 5 6 33 1、配电网通信介质分析 2、光缆建设分析 3、 4、供电分析 5、配电网电缆组网分析 6、 7、配电网对通信设备的环境要求分析 8、通信 速率分析 9、 10、 11、 34 省级核心网 市级骨干网 县级接入网 火电厂 5002202202201102201101101101103535353535220220110省市电力公司已建成以光纤通信网络为主的调度通信网。所辖电网内35110 当前电力系统光纤分布情况 配电线路 10配电站 （一）配电网通信介质分析 光纤网络具备向35 35 （一）配电网通信介质分析 1、将光缆沿配电线路架挂在电力导线下方 充分利用配电网线缆资源，延伸配电网光纤： 介质自承式） 纤复合架空地线） 纤复合相线） 地线和通信双重功能 全金属结构 相线和通信双重功能 耐受高压强电 承受自身重力抗自然环境 光纤通信具备传输速率高、稳定性好、抗干扰能力强、保密性好、组网方式灵活等优势，已成为电力通信的主要通信方式。 2、将光纤放置在架空中高压配电线的地线中 3、在一些可不架设地线的配电线路，将光纤单元复合在电缆相线中 4、利用电力线管道资源，地埋光缆 36 1、架空线路：利用同杆塔敷设光缆 2、具备电力管道路径：同路由敷设光缆 3、光缆芯数：根据配电线路监控数量选择 4、光纤类型：优选单模 配电网光缆具体建设方案：专芯专网原则。 （二）光缆建设分析 沿着配电线路一级一级顺序敷设电力特种光缆，使用专用纤芯承载电力配电网自动化业务实现配电网专网建设 配电网线路资源情况： 断路器、配电变压器、分段开关、负荷开关、配电网监测终端是沿着配电电缆分布。 37 环网柜 监控 电线 电子站 10母线 电线 配电网主站 同处一个位置 配电子站 10母线 交换机 （三） 内重合器和断路器 上真空开关 38 （四）供电分析 1、电压互感器变换电压，二次侧可输出 220、就近配电变压器取电 3、电压互感器 +蓄电池（ 配电网测量仪表、继电保护装置、自动化终端及通信设备如何取电？ 电压互感器 （ PT 配电采集终端 P T 接 线 图3 3 5 K 2201 1 0 2 2 0 K 接 线 图继电保护装置 220V 闭所、负荷中心、用户电表能实现机房供电； 环网柜、柱上开关、变压器可依靠 39 （五）配电网电缆组网分析 电力配电网中电缆的组网结构如下所示： 手拉手环网 单电源辐射网 农村电网占主导地位。 线路单电源供电，接线简单、建设投资较少。当线路或设备故障、检修时，用户停电范围大，系统供电可靠性较差。 主干线路一般要求分段，供电半径约为 3 5 城网供电多为双电源方式 通过主干线路末端之间的直接联络，实行环网接线，开环运行，大大提高了供电可靠性。 40 双电源双 （五）配电网电缆组网分析 双变压器接线，具有形接线的优点，节省电力电缆的用量，运行方式灵活，又使变压器和低压配电系统有备用，接线可靠性高。 1、现有的线路管道资源，对配电网一次保护设备、采集设备、通信信设备 如何供电？ 2、配电网自动化通信网络如何适应以上配电网线路网络结构？ 41 链型组网 全链路保护 符合配电网线路网络结构 全链路保护 （六） 单电源辐射网 双电源双 手拉手环网 配电网通信光纤线路资源分布特点： 带状或 链形结构 组网结构 配电光纤线路敷设通常是带状或链型结构 光纤芯数相对较少 单纤双向通信 子站与监测终端之间是点到多点结构 42 （七）配电网对通信设备的环境要求分析 配电网自动化系统对通信设备的环境要求： 1 设备抗电磁干扰 2 设备抗恶劣环境运行 3 多种供电方式 4 设备自然散热 5 设备自然散热 6 安装环境 43 外观 金属屏蔽式机盒，提升 防护 电源宽电压极性保护，防浪涌冲击，支持热插拔 散热 无风扇设计、自然散热 抗恶劣环境运行 温度为 75 ，湿度为 10%90%非凝露 安装环境 站、 110/3510电室，并根据室内的条件和相 关要求，可放置小型机柜或机箱。应避免安装在潮湿 、高温、强磁场干扰源的地方 （七）配电网对通信设备的环境要求分析 44 单个配网终端的通信带宽需要 : 通信子站带宽要求： 类别 时间要求 数据量 带宽要求 备注 一遥 5S 190个字节 190 8 5313s 二遥 5S 310个字节 310 8 5496s 时延和轮询要求为 30S 三遥 5S 330个字节 330 8 5528s 类别 馈线条数 电房数量 /馈线 时间 传输速率 备注 一遥 40 20 5S 800 313ss 1个 1100宜作为子站 二遥 40 20 5S 800 496ss 三遥 40 20 5S 800 528 ss （八）通信速率分析 45 （八）通信速率分析 着未来的通信需要可扩容至 10 以太网接口（ s） s） 0/100300、 1200、2400、 4800、9600、 19200 最高 10M 000光（对接 接口数量 14 14 14 现有配电网通信终端（ 通信接口以 85为主，少量产品具备以太（ ，随着以太网技术应用的不断发展，近年的配网自动化通信终端接口正慢慢朝 渡，并最终会取代绝大部分的电力通信设备的接口。 46 主干光纤保护 1+1业务保护 ： N 分光器 主 备 1： 1： n 主 主 备用 备用 （九） 47 子站 A 管 源分光器 主用光纤 用光纤 子站 B 损坏 设备死机 多点故障：主干光纤中断、分支光纤失效、设备死机或突然掉电、 多台设备失效，不影响其他节点正常使用。 突然掉电 备用 启动 （十） 48 子站 A 管 源分光器 主用光纤 用光纤 子站 B 主干主用光纤中断 分支主用光纤中断 备用 启动 备用 启动 备用 启动 （十） 49 配电网开闭所、环网柜、箱变等节点数量的不可精确预测性，要求网络在扩容时具有方便性、经济性。粗箭头 （十一） 变电站、开闭所、终端的数量增加 配电网通信系统光纤资源的拉放延伸 原网络向外辐射连接更多的监测节点 部分节点形成局部的点到多点网络形态 对原先放置的设备有更高要求 50 当没有冗余的光接口时，只能更换设备型号。将导致该节点及下挂的 所有设备业务暂时中断，对运行的网络造成很大的安全威胁，也对系统建 设前期设备选型造成困难。 需增加光接口板 （十一） 51 用分路数更多地光分路器即可增加光方向 主干光纤上采用 非均分的无源分光器，保证将主要光功率留给下级扩容节点设备。对新增监 测节点只需添加分光器和 实现网络的扩容。 （十一） 52 光接口板及 10倍。 单台工业交换机、 015倍。 配电网监测节点数量巨大，采用 能最大限度节省投资成本。 光接口板、 无源分光器 扩容经济性分析 工业交换机 十一） 53 （十一） 光接口板及 10倍。 单台工业交换机、 015倍。 配电网监测节点数量巨大，采用 能最大限度节省投资成本。 光接口板、 无源分光器 扩容经济性分析 工业交换机 4 内容提纲 配网自动化及通信方式介绍 1 2 3 4 瑞斯康达电力 5 6 55 电力配网通信解决方案 56 远程抄表系统解决方案 57 内容提纲 配网自动化及通信方式介绍 1 2 3 4 瑞斯康达电力 5 6 58 瑞斯康达 59 机架式 0 2 4 电源 板 控板 见板卡 61 省机房空间、 减少设备数量 （整机密度大） 20/40 1280/2560 大带宽用户提供无阻塞的业务承载（ 槽位带宽、交换容量、上行带宽 ） 保证设备运行和业务承载的稳定性 （ 冗余保护、防止非法接入） 5800 高可靠 大容量 高密度 高密度 62 大容量 核心交换容量： 48背板交换容量： 48业务板插槽交换容量： 8G/4G 高可靠性 高可靠性的双星型总线结构； 业务通道和管理通道均采用双星结构 支持核心板卡的主备倒换，以实现 1 1保护，有效防止单点故障； 支持主干光纤保护倒换、槽位板卡的倒换、电源冗余； 支持 支持 止非法 高密度 单框 20/40 带 280/2960个 。 63 系统最大提供 4个 理 256个 1： 64） 带外管理口 4 4 即：四个光方向 1U、 19英寸结构 支持骨干光纤 1+1冗余保护功能。 双电源冗余备份；防雷、防尘设计； 支持可动态升级的 便用户对带宽的控制。 支持上联 产品特点： 台式 4 散热 结构 端口 电源 即插即用，自动发现、注册、安全认证，数据加密 端口丰富、 85， 向供电 220V 采用金属外壳； 体积小巧，便于安装维护 开发模块式 抗电磁干扰性强： 环境 温度 适应性广， 0 防护 用户端口 /电源防护 二级防雷 网管 特性 无风扇设计，自然散热、减少噪音 65 符合电力需求的 提供 4个以太网口、 2个 2个光方向）；提供支路 1+1保护； 工业级标准设计 提供 4个以太网口、 4个 2个 支持 2个光方向）；满足串行数据的接入；工业级标准设计 提供 4个以太网口、 4个 2个 ：支持 2个光方向）；提供支路 1+1冗余保护；工业级标准设计 66 （ 1）部署快捷、维护方便。