電力寬帶通信接入網(wǎng)方案的經(jīng)濟(jì)效益分析

摘要：目前電力通信的配用電業(yè)務(wù)局限于語(yǔ)音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，然而智能電網(wǎng)對(duì)電力通信網(wǎng)的通信質(zhì)量、實(shí)時(shí)性、靈活性提出了更高的要求。介紹了一種以光纖為主和寬帶無(wú)線專網(wǎng)為輔的寬帶通信接入方案，并結(jié)合具體電力接入網(wǎng)技術(shù)示范工程，從經(jīng)濟(jì)效益方面分析這種寬帶通信接入總體方案的可行性。

關(guān)鍵詞：寬帶通信；接入網(wǎng)；光纖；無(wú)線專網(wǎng)；經(jīng)濟(jì)效益

作者簡(jiǎn)介：侯曉輝（1974-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，大唐集團(tuán)新能源股份有限公司，工程師。（北京?100053）

中圖分類號(hào)：F272.5?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）27-0130-02

目前我國(guó)500kV變電站、220kV變電站光纜覆蓋率為100%，110kV變電站覆蓋率95%，帶寬達(dá)到2.5Gbit/s以上，可以滿足電網(wǎng)現(xiàn)有的通信要求。然而在配用電網(wǎng)中，由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，變電設(shè)備分布零散，光纖覆蓋率很低，大多采用窄帶通信，帶寬只有幾十Kbit/s，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)所有配電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程自動(dòng)數(shù)據(jù)采集。

智能電網(wǎng)中配電接入網(wǎng)以光纖通信為主，寬帶無(wú)線通信技術(shù)為輔。光纖通信和寬帶無(wú)線通信各有利弊，光纖通信安全系數(shù)高，通信帶寬大，傳輸質(zhì)量好，但一次性鋪設(shè)成本較大；與光纖通信相比，寬帶無(wú)線通信具有建設(shè)方便，覆蓋面積廣，一次性投入成本低的優(yōu)點(diǎn)。所以以光纖和寬帶無(wú)線專網(wǎng)相結(jié)合的配電寬帶通信接入方案，可發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，為智能電網(wǎng)提供安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的配電通信網(wǎng)。

一、寬帶通信接入網(wǎng)方案

目前配電寬帶通信接入網(wǎng)方案采用以光纖為主和寬帶無(wú)線專網(wǎng)為輔的配電寬帶通信接入方案，如圖1所示。

1.光纖通信方式

光纖通信具有傳輸質(zhì)量好、通信帶寬大、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在智能電網(wǎng)的建設(shè)和改造中占有很重要的地位。通常在輸電線路鐵塔上進(jìn)行鋪設(shè)。采用的光纜主要有ADSS、OPGW、OPPC光纜。在已建成的輸電線路上采用ADSS，而OPGW則用于新建的輸電線路上，OPPC、OPLC可以作為ADSS和OPGW的延伸和補(bǔ)充，適用于城郊中低壓配電網(wǎng)。

（1）ADSS光纜，也稱全介質(zhì)自承式光纜，利用自身的抗拉特性和絕緣抗腐蝕特性，可以直接鋪設(shè)在長(zhǎng)距離電力塔之間。因?yàn)锳DSS光纜與電力線分開組成獨(dú)立的光纜通信系統(tǒng)，所以在電力線發(fā)生故障時(shí)不影響光纜的運(yùn)行，可進(jìn)行不停電施工、鋪設(shè)和維護(hù)。光纜重量輕、尺寸小，減少對(duì)桿塔的負(fù)荷，而且光纜外套具有抗電磁腐蝕性能和良好的絕緣性，可以保證光纜在強(qiáng)電場(chǎng)中的壽命。ADSS常用于220kV、110kV變電，并不適合低壓配電網(wǎng)。

（2）OPGW光纜，又稱光纖復(fù)合地線光纜，與ADSS相同，都是敷設(shè)在長(zhǎng)距離的電力桿塔之間，具有輸電線路地線和傳輸光纖的雙重功能。OPGW光纜的安全性優(yōu)于ADSS，成本較低，不易遭人為破壞，適合用于各種電壓等級(jí)的輸電線路，但是OPGW在施工時(shí)必須停電，將帶來(lái)巨大的損失，所以新建輸電線路應(yīng)優(yōu)先使用 OPGW[1，2]。而配電網(wǎng)中無(wú)地線的情況，大大限制了OPGW的使用。

（3）OPPC光纜，也稱光纖復(fù)合相線光纜，是繼ADSS、OPGW之后的一種新型光纜，具有輸電相線和傳輸光纖的雙重功能。充分利用電力系統(tǒng)的桿塔、管道資源，與電力輸電線結(jié)合在一起，大大節(jié)省了建設(shè)成本。因?yàn)榕c輸電線相結(jié)合，可以避免人為破壞，而且解決了ADSS和OPGW面對(duì)的電腐蝕問(wèn)題。不受對(duì)地安全距離限制，特別適合無(wú)架空地線的城郊配電網(wǎng)。[3]

（4）OPLC光纜，也稱光纖復(fù)合低壓電纜，是繼OPGW、OPPC之后的一種新型復(fù)合電纜，具有光纖、輸電線和信號(hào)線三重功能?？梢栽谝桓鵒PLC光纜上同時(shí)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、語(yǔ)音、廣播電視業(yè)務(wù)和電表數(shù)據(jù)的透明傳輸。OPLC具有高可靠性數(shù)據(jù)傳輸、價(jià)格低、連接方便等特點(diǎn)，外徑小、重量輕、占用空間小。而且光纜和電力線合于一體，避免二次布線。常用于1kV及以下低壓網(wǎng)。

2.無(wú)線通信技術(shù)

無(wú)線通信技術(shù)相比于光纖通信，無(wú)需架設(shè)電纜、鋪設(shè)管道，只需要架設(shè)通信基站就可以實(shí)現(xiàn)通信，可以直接節(jié)省大量的人力和物力成本，減少施工周期。而且無(wú)線通信可以適應(yīng)鋪設(shè)有線光纜困難的湖泊、高山、河流等特殊地理環(huán)境，無(wú)線通信的設(shè)備維護(hù)也比較容易。所以寬帶無(wú)線專網(wǎng)可以彌補(bǔ)光纖通信成本高、鋪設(shè)困難等缺點(diǎn)，可以為電力通信提供可靠、經(jīng)濟(jì)、可行的通信方案。智能電網(wǎng)中通常采用的無(wú)線技術(shù)有230M無(wú)線電臺(tái)專網(wǎng)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、CDMA公網(wǎng)、McWiLL專網(wǎng)和WiMAX專網(wǎng)。

（1）230M無(wú)線電臺(tái)專網(wǎng)。230M無(wú)線電臺(tái)專網(wǎng)作為電力通信特有的通信方式，具有組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展容易、維修方便、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，然而采用的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輪詢式通信方式，不具有網(wǎng)絡(luò)功能；通信質(zhì)量易受到天氣、建筑物等環(huán)境影響；傳輸帶寬小，僅有幾Kbit/s，無(wú)法滿足配電自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

（2）GPRS網(wǎng)絡(luò)。GPRS網(wǎng)絡(luò)也稱為通用分組業(yè)務(wù)，系由GSM網(wǎng)絡(luò)增加GGSN和SGSN網(wǎng)絡(luò)模塊得到的2.5G移動(dòng)通信技術(shù)。采用分組交換技術(shù)，支持中、高速數(shù)據(jù)傳輸，最高傳輸速率可達(dá)171.2Kbit/s，支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)永久在線。但GPRS業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)無(wú)法同時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)資源，在通話高峰段容易造成丟包，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的配電自動(dòng)化終端，不能提供穩(wěn)定的信道帶寬。

（3）CDMA網(wǎng)絡(luò)。CDMA為碼分多址，是一種以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的載波調(diào)制技術(shù)?？垢蓴_能力強(qiáng)；抗衰落能力強(qiáng)；安全性能高；系統(tǒng)容量大，理論上，在使用相同頻率資源的情況下，CDMA移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)容量大20倍，實(shí)際使用中比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM要大4-5倍。缺點(diǎn)就是覆蓋范圍有限，針對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備分布比較分散的情況，需要重新建設(shè)基站，擴(kuò)大公網(wǎng)覆蓋面積。[4]

（4）McWiLL寬帶無(wú)線專網(wǎng)。McWiLL是由北京信威通信技術(shù)股份有限公司在已經(jīng)部署商用網(wǎng)絡(luò)SCDMA無(wú)線窄帶技術(shù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上推出的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，擁有國(guó)家授權(quán)的專用使用頻段和市場(chǎng)資源。McWiLL為全I(xiàn)P架構(gòu)，支持固定和移動(dòng)下的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)集群調(diào)度業(yè)務(wù)，同時(shí)支持切換和漫游。由于McWiLL主要立足于專網(wǎng)應(yīng)用，針對(duì)電力通信環(huán)境復(fù)雜，光纖施工困難、農(nóng)村用戶分布等特點(diǎn)，McWiLL系統(tǒng)對(duì)天線覆蓋分布、電源解決方案、安裝的環(huán)境要求、成本等方面進(jìn)行了專業(yè)的設(shè)計(jì)，非常適合農(nóng)村信息化的開展。McWiLL網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

（5）WiMAX寬帶無(wú)線專網(wǎng)。WiMAX是一項(xiàng)新興的寬帶無(wú)線接入技術(shù)，具有3G不能比擬的優(yōu)勢(shì)，WiMAX所能實(shí)現(xiàn)的50公里的無(wú)線信號(hào)傳輸距離，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍；最大傳輸速率可達(dá)70Mbit/s，是3G技術(shù)的30倍；提供多媒體通信服務(wù)；還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點(diǎn)。WiMAX采用了主流通信技術(shù)如OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先進(jìn)技術(shù)，隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，WiMAX將逐步實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動(dòng)化，而3G則將實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)的寬帶化。然而WiMAX作為新一代標(biāo)準(zhǔn)，在中國(guó)并不具有營(yíng)業(yè)執(zhí)照，而且技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，WiMAX移動(dòng)設(shè)備還處于起步階段，設(shè)備比較昂貴，所以隨著WiMAX技術(shù)的發(fā)展，以后可以替換McWiLL在電力通信的作用。圖3為WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

通過(guò)比較幾種無(wú)線通信技術(shù)，在安全、穩(wěn)定、可靠的電力通信中，McWiLL寬帶無(wú)線專網(wǎng)和WiMAX寬帶無(wú)線專網(wǎng)成為電力無(wú)線技術(shù)的首選，不僅可以保障通信的安全性，還可以提供高質(zhì)量的實(shí)時(shí)通信，并節(jié)約大量建設(shè)成本。

二、寬帶電力通信接入網(wǎng)方案的經(jīng)濟(jì)效益分析

如果所有配電變壓器都采用光纖覆蓋，一次性投入巨大，對(duì)于許多無(wú)法覆蓋光纖的環(huán)境，只能建立寬帶無(wú)線專網(wǎng)進(jìn)行通信。光纖通信與寬帶無(wú)線專網(wǎng)相結(jié)合，將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。主要的經(jīng)濟(jì)效益包括減少建設(shè)成本、租賃公網(wǎng)費(fèi)用、減少線損和維護(hù)成本。

（1）減少建設(shè)成本。如果直接采用光纖鋪設(shè)，投資成本主要包括工程建設(shè)費(fèi)用和光纜材料費(fèi)用，每公里約50萬(wàn)元，而單無(wú)線基站價(jià)格造價(jià)約為70萬(wàn)元（含設(shè)備成本、配套改造和工程安裝費(fèi)用），覆蓋范圍5～8公里，平均每公里節(jié)約成本40余萬(wàn)元，光纖+無(wú)線專網(wǎng)的方式可以帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）租賃公網(wǎng)費(fèi)用。光纖+無(wú)線專網(wǎng)的建立可以節(jié)省高額的公網(wǎng)租賃費(fèi)用。節(jié)省公網(wǎng)租用費(fèi)用約在300萬(wàn)元。

（3）減少線損。光纖+無(wú)線專網(wǎng)的方式可以降低配變臺(tái)區(qū)線損1.5%，以100平方公里覆蓋范圍內(nèi)消耗10億度電為例，每年減少損失電量：10億度×1.5%=1500萬(wàn)度；增加電費(fèi)收入：1500萬(wàn)度×0.4元/度=600萬(wàn)元，即每年增加收入約600萬(wàn)元。

（4）維護(hù)成本。對(duì)電力重點(diǎn)線路、區(qū)域和設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，智能感知各處測(cè)量設(shè)備的工作情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免人為破壞和預(yù)防事故發(fā)生，可年均節(jié)約成本費(fèi)用約在100萬(wàn)元。同時(shí)還可以避免人工抄表不準(zhǔn)時(shí)、錯(cuò)抄、漏抄等現(xiàn)象。

三、結(jié)束語(yǔ)

光纖通信具有傳輸質(zhì)量好、通信帶寬大、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，然而一次性投入建設(shè)成本較大，針對(duì)配電設(shè)備分布分散，建立寬帶無(wú)線專網(wǎng)可以彌補(bǔ)光纖鋪設(shè)受環(huán)境因素影響的缺點(diǎn)且將帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。以光纖（OPPC、OPLC）為主和寬帶無(wú)線專網(wǎng)（McWiLL，WiMAX）為輔的寬帶通信接入方案，不僅可以提供安全、可靠的通信方式，而且將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙德偉.OPGW光纜在電力系統(tǒng)通信中的應(yīng)用[J].科技信息,2007,

15(6):285-286.

[2]唐常青.OPGW與ADSS在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].江西電力,2007,

31(3):16-24.

[3]謝書鴻,謝志民,吳斌,等.OPPC光纜:一種新興電力通信解決方案[J].電力設(shè)備,2008,9(12):47-51.

[4]代衛(wèi)星,秦衛(wèi)東.一種無(wú)線公網(wǎng)通信安全的解決方案[J].廣東電力,

2009,(8).

（責(zé)任編輯：劉輝）