配网自动化系统通信方案

3．配网自动化系统通信方案3．1通信系统结构图10配网自动化通信组网结构图如图10所示，通信系统可以分为三个层次，第一层是主站与子站之间的通讯层；第二层是子站与馈线主干线上的终端设备（FTU、DTU等）之间的通讯层；第三层是终端设备之间（如FTU、DTU与TTU之间）的通讯层。光端设备FTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUFTUFTU配网自动化主站路由器路由器路由器路由器2MSDH光纤网子站路由器光纤通信信道TTUTTUTTU现场工业总线3．2我市市中压配网系统通讯现状我市市电业局现有电力载波、光纤、音频电缆、程控调度机、程控交换机、微波等多种通信方式，通信网络主要由电力载波、光纤、程控交换机（含调度机）组成。近年来，随着我市一次电力系统的不断发展，现代化水平不断提高，原有的以电力载波通信方式为骨干组建的电力专用通信网络越来越难以满足系统发展的需要，存在着通道数量少、干扰大、难以提供数字通道、设备及线路可靠性低、电力线路检修时通信中断、备用通道组织难度大、无法满足高速率数字信号（如MIS连网）的传输要求、无法开通各种各样的新业务等一系列的问题。为配合电网特别是城网改造工程的实施，按照省电业局《城市电网建设、改造技术原则》的原则：“城网通信网应按照规划设计，实现与电力网同步建设和运营。．．．城网通信网应建设为．．．综合高速数字网，并应适应远期商业化运营的需要。城网通信网应以光纤为主，建设为环状网和部分链形电路结合组成的复合网。在可能情况下，尽可能选用复合地线光缆和无金属自承式光缆。”，我市市电业局在近几年开始大力发展光纤通信网络，并以发展符合现代通信发展方向的SDH光纤通信网络为主，对于边远站区则辅之以必要的载波通信方式。按照我市局电力通讯网络建设的规划，城区内一般通信点将拥有6个以上的2M数字通道，枢纽通信站则更多。预计整个城网通讯工程完成后我市城区内将形成以下光纤通信网络（具体详细的网络结构见附图5《我市市电业局光纤通信发展规划图》）：环网1：局－体育村变－贾庄变－东郊变－计山变－铁南开关站－局光纤环网，采用武汉邮电院的GHS－4型34M系列环网设备；环网2：局－建设变－中兴路变－光明变－湛河变－九里山变－计山变－新华变－局SDHSTM－1光纤环网；环网3：局－建设变－黄楝树开关站－五一路变－贾庄变－金属公司开关站－建东小区开关站－体育村变（仅完成光纤转接）－局SDHSTM－1光纤环网。本环网中，由局－建设变－黄楝树开关站－五一路变采用STM－4级别的设备，局站、建设变、五一路变均采用交叉连接设备，其目的不仅在于本工程的连通，同时也作为整个城网光纤通信网的核心。环网4：局－建设变－黄楝树开关站－五一路变－土建处开关站－优越路开关站－太阳城开关站－太平洋开关站－顺祥开关站－神马开关站－光明变－自来水开关站－中兴变（光纤转接）－邮电大楼开关站－中兴变（光纤转接）－建设变（光纤转接）－局SDHSTM－1光纤环网，其中局－建设变－黄楝树开关站－五一路变段与环网3采用相同的设备，光明变－自来水开关站－中兴变（光纤转接）－邮电大楼开关站－中兴变（光纤转接）－建设变（光纤转接）－局段与环网2分芯使用；环网5：局－五一路变（走局－五一路变STM－4设备）－西市场变电站－肖营变－郑营变－光明变（光纤转接）－局（由光明变－局中间环节与环网4相同）SDHSTM-1光纤环网。以上五个光纤环网通过在局站、建设变、五一路变利用STM－4级别的DXC设备互连，在计山变、贾庄变通过2M数字通讯口互连，在局站、建设变、五一路变、贾庄变、计山变、体育村变、光明变通过光纤配纤互连，构成了一个布局合理、可靠性高、接入方便、牢不可破的有机整体。五个环网互相依存，互为备用，组网形式相当灵活，是一个非常稳定的网孔关网络。3．3通信方案3．3．1通信方案设计原则由于通讯方案与馈线自动化方案及SCADA数据传输方式、规约、速度等关联紧密，因此从系统总体性能以及将来的发展考虑，设计应当遵循的基本原则如下：主站与子站之间的通信主要采用光纤信道进行通信，要充分利用已经建成或正在建设的城区变电站和地调之间的电力专用光纤通讯信道；子站与馈线主干线上的终端设备之间的通信要以原有的通信信道为基础，综合选用光纤、载波、有线和无线通讯信道。原则上以光纤信道为主，并按区域构成路径最佳的物理环网，可以考虑以太网组网方式；终端设备之间的通信信道主要使用载波信道、有线信道和无线信道。3．3．2主站与子站之间的通信方案主站到子站的通信可以采用以下几种通信方案：光纤收发器通信方式主站和子站之间的通信，通过使用光纤收发器直接利用光纤进行通信，该通信方式具有较大优点，主要是10M/100M的网络数据不必通过转换（或压缩），通信速率较高，另外通过这种方式连接各个子站就象，在一个局域网上一样，相互之间的访问更快捷便利，但该通信方式需要使用通信光缆中的一对光芯。其结构如下：光纤收发器的结构如下图：2芯光缆10/100M配网自动化主站系统光纤收发器光纤收发器光纤收发器10/100M10/100M子站子站光纤收发器SDH2M+路由器通信方式SDH2M+路由器的通信方式，具有通信速率高、通信可靠性强的特点，子站到主站的数据能快速地到达，解决了子站到主站之间通信的瓶径问题，可较快的实现馈线的故障诊断、故障隔离和非故障区的恢复供电。但其缺点是占用通信通道的资源较多，它需要提供一个2M数字通道，相当于32个64K数据通道。其结构如下：SDH64K通信方式光纤收发器RJ54接口接交换机ST/PC/FC接口，接光纤配网自动化主站系统10/100M路由器路由器路由器路由器SDH2M网卡子站设备RJ45路由器路由器网卡子站设备网卡子站设备SDH64K通信方式具有占用通信通道少的优点，其缺点是会出现子站到主站之间的通信瓶径现象。该方式在实现时较简单，只需要在对端的SDH通信设备上各增加一块具有RS232接口的64K异步数据板。其结构如下：主站到子站的通信如果采用光纤收发器通信方式和SDH2M+路由器通信方式，则通信规约采用基于TCP/IP的IEC104通信规约,若采用SDH64K通信方式则采用DNP3.0通信规约。如附图5所示，配网自动化首期项目所涉及的五一路变、中兴路变、光明变、新华变和建设变等5座110KV变电站和计划建设子站的体育村变、九里山变、西市场变、贾庄变、计山变均已接入光纤通讯网，“十五”期间计划配网自动化主站系统10/100MGTS终端服务器64K数据接口64K数据通道子站设备RS232子站设备子站设备64K数据接口64K数据接口64K数据接口64K数据接口64K数据接口RS232建设的北渡变和周庄变在建成后也将接入光纤通讯网，届时所有计划设立配自子站的110KV变电站都将接入使用STM-4或STM-1设备的SDH光纤通讯网，所以主干层的通信可以利用已有的SDH2M以太网通道，通过路由器进行。3．3．3子站与馈线主干线上终端设备之间的通信方案在馈线层，可以考虑采用载波通信方式、无线通信方式、音频线通信方式和光纤通信方式进行通讯。其中，光纤通信是70年代发展起来的新的通信方式，其主要优点是：通信容量大、速度快、衰减小，不受外界电磁场干扰，保密性好。鉴于配自系统发展起来以后，信息传输量较大，且系统对通信的可靠性和通信质量都要求较高，同时，用于分布式方案的通信光纤需要的光纤芯数较少，其光端机技术较为成熟，费用也较低，所以本案中10KV主干馈线的通信方式拟采用光纤通信方式。常用光纤通信方式主要有主从式光纤环网通信方式、自愈式光纤环网通信方式和以太网通信方式三种。主从式光纤环网结构图11主从式光纤环网结构图图11中与子站通讯控制单元和FTU相连的光端机带有RS-232接口，每子站TRFTU1#FTU2#FTU3#FTU4#TRTRTRTR个FTU处的光端机同时具有转发功能，即可将从R端接收到的信息无条件的通过T端转发出去。与子站端相连的光端机不转发，这样当子站的光端机从T端发出一个数据信息后，经过其他光端机的转发，每个FTU均能收到信息，子站的光端机也同样会收到自己发出去的的信息“回声”，但自己不再转发。任一FTU收到认为属于发给自己的信息后，将从其光端机的“T”口发出应答信号，此信号经过与其它相连的下方光端机的逐级转发后，由子站光端机的R端接收。主从式光纤环网结构的优点是：所使用的光端机比较便宜，同时使用的光缆芯数很少，因而造价较低。主从式光纤环网结构的缺点是：光纤环网中任一处发生故障，都将会导致通讯中断，因而可靠性较低。自愈式光纤环网结构图12自愈式光纤环网结构图光端机变电站子站光端机1＃线路RTU光端机2＃线路RTU光端机3＃线路RTUB环A环F光端机变电站子站B环A环图13自愈式光纤环网故障处理图自愈环是一种先进的光纤环形通讯技术。其网络结构如图12所示：A环为主环，B环为副环，数据在A环和B环中都可以传送。A、B两环的数据传送方向相反，正常运行时只使用A环。当某处光纤断裂或光端机出现故障，A、B两环将在故障点两侧环起来，形成新的通讯回路。例如，在图12中所示F处发生故障后，网络结构会变成图13所示形式。可见，任一处RTU的通讯都不会因为F点光纤的故障而中断。如果是某一个光端机故障，也只是这个光端机退出运行，不会影响其他设备的正常通讯。自愈环结构具有非常高的可靠性，适用于对通讯质量要求很高的场所，但与普通的环形通讯相比，其光端机的价格要贵一些。对于架空馈线，光纤架设在电线杆上，随同中压线路一同走线，光纤受损的概率较小，同时也较容易进行检修，所以可以根据线路的重要程度以及资金的情况在主从式和自愈式两种方式下选择。对电缆系统而言，由于电缆系统的光纤一般都随电缆铺设在电缆沟槽内，一旦出现故障查找故障点和抢修都比较困难，所以宜采用光纤自愈环网通讯结构。以太网结构图14光纤以太网通信结构图如图14所示，挂在光纤环网上的FTU与子站构成了一个以太网链路，每个FTU配有网卡，通信协议采用基于TCP/IP基础上的IEC104规约。使用这种通信方式的优点是通信的可靠性、通信速率等各项性能指标得到很大幅度的提高。和上面两种通信方式相比，使用以太网通信方式需要在子站装设网络交换设备，这需要增加一些投资。综上所述，三种通信方式中主从式环网通信方式的造价最低，其可靠性也较低，自愈式环网通信方式和以太网通信方式可靠性都比较高，其中以太网方式的通信速率和组网灵活性要高于自愈式环网方式，投资也较自愈式环网方式要大，具体实施时应当根据资金情况和系统的具体性能要求进行选择。对于难于铺设光缆和音频通信电缆的10KV线路（如一些采用直埋方式铺设的电缆线路），可以采用载波通信方式进行通信。3．3．4终端设备之间的通信方案配网中象TTU、自动抄表终端之类的终端设备具有数量多、分布广的特点，这类终端如果使用光纤通信方式，则太不经济，所以这类终端一般通过载波、无线和工业总线的通信方式将信息传送到一些接入光纤通讯网并具有数据转网络交换机FTUFTUFTUFTUFTUFTU光纤环网光以太网设备子站发功能的终端设备（如FTU、DTU等），然后再经由这些设备与子站和主站进行通信。本方案中终端设备之间的通信拟通过屏蔽双绞线来实现，可以使用MODEM方式和485总线方式两种通信方式，通信规约使用DNP3.0，对一些不便使用专线通信方式的现场，可以根据具体情况使用无线或载波的通信方式。图15我市市配网自动化系统硬件配置示意图B网A网共享磁盘阵列备份数据服务器及SDE服务器数据服务器及SDE服务器SCADA数据处理工作站（2台）调度员工作站（２台）维护、报表工作站100M以太交换网中心路由器接局MIS系及其他系统SDH接站端系统AM/FM/GIS工作站镜像服务器/WEB服务器/网关主站系统服务器（Unix）配电实时系统工作站配电管理系统工作站100M以太网交换机TTUDTUTTU通讯通道配电子站DTU柱上FTU站端系统FF配电管理工作站