高壓變電站內(nèi)系統(tǒng)通信設(shè)備的集成方案研究*

神祥明，仇張權(quán)，施鈴泉，陳志杰，姚賢炯

（1.上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200025；2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司長(zhǎng)興供電公司，上海 201913； 3.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海 200122）

0 引 言

電力通信網(wǎng)與電網(wǎng)密不可分，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。作為電力系統(tǒng)中第二個(gè)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，電力通信網(wǎng)依托電網(wǎng)建設(shè)，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行與電網(wǎng)企業(yè)現(xiàn)代化管理提供了重要支撐。高壓變電站中系統(tǒng)通信設(shè)備承載電網(wǎng)調(diào)度生產(chǎn)業(yè)務(wù)，包括調(diào)度電話(huà)、電力系統(tǒng)專(zhuān)有業(yè)務(wù)和調(diào)度、生產(chǎn)管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)等[1]。電力系統(tǒng)專(zhuān)有業(yè)務(wù)主要包括線(xiàn)路繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)專(zhuān)線(xiàn)等，是保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行必不可少的電網(wǎng)核心業(yè)務(wù)，要求極高的可靠性和較短的傳輸延時(shí)。調(diào)度、生產(chǎn)管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)主要包括調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、功角測(cè)量系統(tǒng)、電能量計(jì)量系統(tǒng)、變電站圖像監(jiān)視系統(tǒng)和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)等，對(duì)傳輸時(shí)延要求較電力系統(tǒng)專(zhuān)有業(yè)務(wù)低，但對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院桶踩砸筝^高[2-3]。

在業(yè)務(wù)承載方式上，電力系統(tǒng)專(zhuān)有業(yè)務(wù)信號(hào)一般采用基于TMD技術(shù)專(zhuān)線(xiàn)在SDH傳輸網(wǎng)上傳送，采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)行方式，通常考慮主備兩條通道，并以互備方式運(yùn)行；調(diào)度、生產(chǎn)系統(tǒng)管理業(yè)務(wù)主要承載在電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)上。

為響應(yīng)國(guó)家建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的要求，節(jié)約規(guī)劃用地，變電站設(shè)計(jì)需要統(tǒng)籌考慮進(jìn)行優(yōu)化。各專(zhuān)業(yè)需考慮通過(guò)設(shè)備集成有效減小設(shè)備占用空間，降低工程造價(jià)。

傳統(tǒng)高壓變電站（220 kV及以上）內(nèi)的系統(tǒng)通信設(shè)備種類(lèi)較多，業(yè)務(wù)接口類(lèi)型較多。系統(tǒng)通信設(shè)備按照單獨(dú)的設(shè)備組柜，設(shè)備機(jī)柜占用空間大，功耗大，設(shè)備之間的線(xiàn)纜連接較多。隨著通信設(shè)備的集成化發(fā)展，各類(lèi)功能的系統(tǒng)通信設(shè)備以板卡和模塊形式集成為一體化設(shè)備成為可能。本文針對(duì)業(yè)務(wù)需求從原理角度提出了一種設(shè)備集成化方案，以此解決傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)通信設(shè)備目前存在的弊端。

1 高壓變電站系統(tǒng)通信設(shè)備現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)高壓變電站（220 kV及以上）內(nèi)的單平面系統(tǒng)通信設(shè)備連接，如圖1虛線(xiàn)框內(nèi)所示，涉及到SDH光傳輸設(shè)備、PCM設(shè)備、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)路由器設(shè)備、E1光電轉(zhuǎn)換器和規(guī)約協(xié)議轉(zhuǎn)換器等[4]，設(shè)備種類(lèi)多，業(yè)務(wù)接口類(lèi)型多。不同的通信接口采用不同的通信設(shè)備，特殊的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也要單獨(dú)的設(shè)備承載，通信設(shè)備之間需多級(jí)轉(zhuǎn)接。傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)通信設(shè)備按照單獨(dú)的設(shè)備組柜，典型220 kV及以上變電站的單平面系統(tǒng)通信設(shè)備組柜示意圖，如圖2所示。單平面系統(tǒng)通信設(shè)備的機(jī)柜占用4面機(jī)柜的位置，占用空間大，功耗大，設(shè)備之間的線(xiàn)纜連接較多。

圖1 系統(tǒng)通信設(shè)備連線(xiàn)

2 設(shè)備集成方案分析

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文提出了一種變電站的系統(tǒng)通信設(shè)備集成方案，改善現(xiàn)有的設(shè)備占用空間大、功耗高和接線(xiàn)復(fù)雜等弊端。表1列舉了常見(jiàn)的高壓變電站系統(tǒng)通信設(shè)備的業(yè)務(wù)類(lèi)型、業(yè)務(wù)名稱(chēng)、接口類(lèi)型以及本文建議的集成方向。

根據(jù)上述集成方向，本文設(shè)計(jì)了一種變電站的系統(tǒng)通信設(shè)備集成方案，設(shè)備構(gòu)造如圖3所示。其中，1為出線(xiàn)區(qū)，2為中央處理器，3為電源轉(zhuǎn)換器， 4為電源接口盤(pán)，5為通信總線(xiàn)，6為PCM數(shù)模轉(zhuǎn)換板卡，7為低速率業(yè)務(wù)板卡，8為三層以太網(wǎng)交換板卡，9為以太網(wǎng)業(yè)務(wù)板卡，10為E1/光轉(zhuǎn)換板卡，11為E1接口板卡，12為光接口板，13為業(yè)務(wù)開(kāi)銷(xiāo)板卡，14為交叉矩陣，15為交叉時(shí)鐘板卡。

本設(shè)計(jì)方案中設(shè)備設(shè)有出線(xiàn)區(qū)，集成設(shè)備的對(duì)外接口統(tǒng)一由出線(xiàn)區(qū)對(duì)外接線(xiàn)；集成設(shè)備還包括中央處理器、若干功能板卡、電源轉(zhuǎn)換器、電源接口盤(pán)以及通信總線(xiàn)；中央處理器與每一個(gè)功能板卡控制連接；電源轉(zhuǎn)換器用于將外接電源電壓轉(zhuǎn)換為功能板卡的工作電源電壓；電源接口盤(pán)用于將電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的電流連接至各功能板卡；通信總線(xiàn)用于傳輸各功能板卡之間的數(shù)據(jù)信號(hào)。

功能板卡包括PCM功能板卡、以太網(wǎng)功能板卡、E1功能板卡、SDH功能板卡和光接口板。

PCM功能板卡包括PCM數(shù)模轉(zhuǎn)換板卡和低速率業(yè)務(wù)板卡。PCM數(shù)模轉(zhuǎn)換板卡用于實(shí)現(xiàn)2M數(shù)字信號(hào)與64k模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換；PCM數(shù)模轉(zhuǎn)換板卡通過(guò)低速率業(yè)務(wù)板卡提供FXS/FXO接口、RS232/485接口和4W E&M接口。

圖2 系統(tǒng)通信設(shè)備組柜

表1 系統(tǒng)通信設(shè)備的業(yè)務(wù)類(lèi)型、業(yè)務(wù)名稱(chēng)、接口類(lèi)型及集成方向

以太網(wǎng)功能板卡包括三層以太網(wǎng)交換板卡和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)板卡。三層以太網(wǎng)交換板卡用于網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)交換。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)板卡提供10M/100M以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口，其接口的物理類(lèi)型為單模光口和RJ45電口。

E1功能板卡包括E1/光轉(zhuǎn)換板卡和E1接口板卡。E1/光轉(zhuǎn)換板卡用于將E1數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)E1接口板卡提供E1數(shù)字接口和光E1接口。

圖3 系統(tǒng)通信集成設(shè)備透視

SDH功能板卡包括業(yè)務(wù)開(kāi)銷(xiāo)板卡、交叉矩陣和交叉時(shí)鐘板卡。業(yè)務(wù)開(kāi)銷(xiāo)板卡用于SDH幀結(jié)構(gòu)中再生段和復(fù)用段字節(jié)的提取和插入、POH高階通道的處理以及線(xiàn)路時(shí)鐘的提取和告警處理；交叉矩陣用于完成STM-N信號(hào)的交叉連接；交叉時(shí)鐘板卡與交叉矩陣配合，完成SDH低階交叉功能和時(shí)鐘功能。

光接口板包括STM-1/4光接口盤(pán)、STM-16光接口盤(pán)、STM-64光接口盤(pán)以及相應(yīng)的短距、長(zhǎng)距光接口板卡。

3 集成設(shè)備應(yīng)用分析

將變電站內(nèi)的系統(tǒng)通信功能板卡集成為一體化設(shè)備后，系統(tǒng)通信集成設(shè)備連線(xiàn)如圖4所示。與 圖1相比，只需使用一臺(tái)設(shè)備可以容納不同的通信接口，無(wú)需通信設(shè)備之間多級(jí)轉(zhuǎn)接，接線(xiàn)和施工變得方便簡(jiǎn)易，設(shè)備占用空間節(jié)省80%左右，用電功耗大幅下降，設(shè)備之間的線(xiàn)纜連接減少50%以上。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行中變電站的業(yè)務(wù)需求，提出了一種變電站的系統(tǒng)通信設(shè)備集成方案，改善了現(xiàn)有的設(shè)備占用空間大、功耗高、接線(xiàn)復(fù)雜等缺陷，將變電站內(nèi)的系統(tǒng)通信功能板卡集成為一體化設(shè)備，大量節(jié)省設(shè)備占用空間、節(jié)省用電功耗、大幅減少設(shè)備之間的線(xiàn)纜連接，接線(xiàn)、施工、運(yùn)維都方便簡(jiǎn)易。本文對(duì)設(shè)備制造企業(yè)根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)也具有指導(dǎo)意義，設(shè)備制造企業(yè)可結(jié)合業(yè)務(wù)需求進(jìn)行行業(yè)通信產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

圖4 系統(tǒng)通信集成設(shè)備連線(xiàn)