[b]1　通信系統(tǒng)在配電自動化系統(tǒng)中的地位 [/b]　　配電自動化的饋線自動化系統(tǒng)（以下簡稱配電自動化）一般由主站（前臺機、后臺機和服務(wù)器等）、現(xiàn)場設(shè)備（開閉所FTU、斷路器FTU、柱上開關(guān)FTU、通信控制器CCU、變壓器監(jiān)測儀TTU和變電站CCU等）和通信部分（主站通信主機、現(xiàn)場設(shè)備的通信從機、適配器和通信介質(zhì)等）組成，各部分主要功能如下： 　　a．主站　負責(zé)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)指揮，通過通信部分得到現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，與已有的數(shù)據(jù)進行比較分析判斷，得出正確結(jié)論，并發(fā)出動作命令；通過通信部分通知現(xiàn)場設(shè)備完成希望的動作或?qū)ζ溥M行參數(shù)預(yù)置。 　　b．現(xiàn)場設(shè)備　分別完成對各相關(guān)設(shè)備的實時監(jiān)測以及數(shù)據(jù)和狀態(tài)采集。通過通信部分得到主站的各種命令和數(shù)據(jù)，將各種設(shè)備的信息上傳給主站。 　　c．通信部分　通過一定的通信介質(zhì)與手段，遵循一定的通信規(guī)約，在主站和各現(xiàn)場設(shè)備之間及時快速傳遞信息，起著非常重要的橋梁和紐帶作用。根據(jù)需要，整個通信系統(tǒng)可分成物理或邏輯上的幾個層次，每個不同的層次或不同的按需分成的區(qū)域可能采用不同的通信手段。各不同的通信介質(zhì)之間，通過一定的方式進行轉(zhuǎn)換或耦合。 　　在配電自動化系統(tǒng)中，各現(xiàn)場設(shè)備（測控點）點多且分散，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)計而言沒有多少規(guī)律性，距離無法主動控制。 　　而配電自動化的各種測控功能要通過及時可靠的通信來完成。因此通信設(shè)備的性能優(yōu)劣，直接決定著整個配電自動化系統(tǒng)的好壞。若在一個現(xiàn)代化的集中控制式配電自動化系統(tǒng)中沒有高質(zhì)量的通信系統(tǒng)，則再好的自動化功能也無從談起。因此，通信在配電自動化系統(tǒng)中占有非常重要的地位。 [b]2　配電自動化系統(tǒng)對通信系統(tǒng)的要求 [/b]　　a．能在戶外全天候長期工作，適應(yīng)各種天氣情況。數(shù)字傳輸實時性好，傳輸速率要高。 　　b．電磁兼容性要好，有良好的抗電磁干擾性能，對周圍環(huán)境要求不高，有遇強干擾后自恢復(fù)正常功能；具備抵抗雷擊功能。 　　c．誤碼率低，無線方式小于10－6，光纖方式小于10－9～10－11。 　　d．工作電源范圍寬，功耗低，無故障期和工作壽命長。 　　e．具備與各種設(shè)備的良好的匹配性（各種接口標(biāo)準(zhǔn)齊備，有一定的自適應(yīng)性）。 　　f．安裝維修更換調(diào)整方便，各種工作狀態(tài)指示齊全準(zhǔn)確。 　　g．具備一定智能；網(wǎng)絡(luò)拓撲靈活，變更方便；能容納各種不同的通信介質(zhì)，易于構(gòu)成大型網(wǎng)絡(luò)；便于網(wǎng)絡(luò)管理。 　　h．支持一定的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，與各種設(shè)備的兼容性好。 　　i．性能價格比高，適合國情，技術(shù)上不落后。 [b]3　通信方式 [/b]　　3．1　各種通信方式介紹與比較 　　3．1．1　無線傳輸方式 　　該方式借助空中電磁波傳輸信息，有模擬電臺和數(shù)傳電臺2種傳輸方式。 　　3．1．1．1　模擬電臺 　　由普通電臺和用戶外加調(diào)制解調(diào)器（Modem）組成，如日產(chǎn)的M338等，電力負荷控制中使用的大部分電臺是此類電臺。其特點是價格低、速度慢，常用數(shù)據(jù)傳輸速率≤1 200 bits／s，收發(fā)轉(zhuǎn)換慢（典型值為數(shù)百ms），實際使用功率25 W，適用于對實時性要求不高的低速、非重要場合。 　　3．1．1．2　數(shù)傳電臺 　　數(shù)傳電臺是在模擬電臺的基礎(chǔ)上對內(nèi)部電路進·22·行改進，加上了CPU（微處理器）、Modem及控制部分，組成一個模塊，對外提供一標(biāo)準(zhǔn)25針串口和操作命令，收發(fā)轉(zhuǎn)換快，有關(guān)鍵的中繼功能，支持一定的網(wǎng)絡(luò)規(guī)約，數(shù)據(jù)傳輸速率300～19 200 bits／s。與模擬電臺方式相比，縮短了數(shù)據(jù)傳輸時間，提高了抗干擾性。主臺使用功率25 W，子臺實際使用功率3～5 W，低功耗使設(shè)備電源和備用電源配置非常方便。 　　配電自動化通信系統(tǒng)如果采用無線通信方式，應(yīng)首選高速數(shù)傳電臺，詳述原因如下： 　　a．收發(fā)轉(zhuǎn)換快　這是數(shù)傳電臺優(yōu)點之一，其典型的收發(fā)轉(zhuǎn)換時間為3～5 ms，而一般模擬電臺，收發(fā)轉(zhuǎn)換時間為200～1 200 ms，數(shù)傳電臺高的數(shù)據(jù)傳輸速率，快速的收發(fā)轉(zhuǎn)換，便于提高配電自動化系統(tǒng)的整體指標(biāo)，縮短故障定位、處理、線路轉(zhuǎn)帶等關(guān)鍵功能的時間，這在組建大的配電自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時，尤為明顯。 　　b．可設(shè)置中繼功能　數(shù)傳電臺可以設(shè)置1～8級的中繼功能，該功能不僅使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計更為靈活，而且提高了通信系統(tǒng)的可靠性和網(wǎng)絡(luò)的智能性。 　　c．實際使用功率小　整機電源功耗低，可靠性相應(yīng)提高，停電后機內(nèi)備用電源工作時間更長。 　　無線通信的優(yōu)點為安裝容易，網(wǎng)絡(luò)調(diào)整方便；在設(shè)備兩端的輸電線路全部斷開或停電后，依靠機內(nèi)備用電源，仍能進行通信；成本低。 　　無線通信的缺點有：易受空中電磁波干擾；受現(xiàn)場天線高度的限制（一般天線安裝在電桿以上幾m處，或變電站開閉所的屋頂上）；使用無線通信需要申請頻點，繳納頻點申請費及使用費等。 　　無線通信的整體性能主要取決于通信電臺的功能指標(biāo)和產(chǎn)品質(zhì)量，其次是合理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及與之相適應(yīng)的通信規(guī)約。 　　3．1．2　載波方式 　　利用調(diào)制解調(diào)器借助電力線路傳輸信息的方式叫載波方式（這里指10 kV和220／380 V的電力線路載波通信）。載波方式的優(yōu)點為利用電力部門的電力線路，無需專門布線，可節(jié)省常規(guī)的布線費用。載波方式的缺點為通信速率低，通信距離近，線路阻抗會因線路上的負荷接入、斷開發(fā)生變化而影響通信，可靠性差，目前難以滿足配電自動化主通信網(wǎng)絡(luò)的要求。在采用了糾錯等技術(shù)后，可用于對實時性要求低的的其它方面（如小區(qū)抄表）。載波通信的性能主要取決于調(diào)制解調(diào)器的性能指標(biāo)。 　　3．1．3　有線電纜方式 　　此方式是用雙絞電纜或?qū)Ｓ秒娎|依靠電信號傳遞信息的?？刹捎肦S－485、Can、Lonworks等現(xiàn)場總線技術(shù)，其特點為價廉、施工維護量較光纜低、可靠性較光纖差、數(shù)據(jù)傳輸速率低，可用于對實時性要求不太高的場合。 　　RS－485是常用的廉價總線（接口）技術(shù)，有半雙工的2線制和全雙工的4線制。實際使用中，只需按網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要求鋪設(shè)導(dǎo)線，連接各種設(shè)備，遵循一定的通信規(guī)約，即可進行通信。數(shù)據(jù)傳輸速率根據(jù)通信距離而定（在約1 km長的網(wǎng)絡(luò)中可達1200bits／s，近距離內(nèi)使用可以大幅度提高傳輸速率）。RS－485總線技術(shù)在配電自動化中的變臺監(jiān)測、變電站、開閉所內(nèi)局域網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集，近距離通訊中應(yīng)用較多。經(jīng)使用證明，將RS－485總線技術(shù)用在配電自動化系統(tǒng)的變臺監(jiān)測中，性價比高，符合國情，可以使用；但是不適于配電自動化系統(tǒng)的主通信網(wǎng)絡(luò)采用。 　　RS－485總線的缺點是網(wǎng)絡(luò)長度受限制，不適于長距離、大網(wǎng)絡(luò)；已經(jīng)定型的網(wǎng)絡(luò)變更受一定的約束，不合適的線路阻抗會使改變后的網(wǎng)絡(luò)無法運行?！　S－485的整體性能主要取決于合理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、RS－485驅(qū)動芯片的指標(biāo)及合適的通信協(xié)議。因通信線路沿電力線路戶外架設(shè)，必須考慮抗風(fēng)吹日曬，抗雷擊。 　　Can和Lonworks總線是非常優(yōu)秀的現(xiàn)場總線技術(shù)。目前在國內(nèi)不如RS－485普及。其原因一方面可能是經(jīng)濟上的；另一方面，現(xiàn)在的大部分設(shè)備沒有提供標(biāo)準(zhǔn)的該類接口，需要重新開發(fā)或加裝接口卡。用Can和Lonworks總線可以組成高質(zhì)量局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓撲比RS－485方便得多，傳輸速率也高得多，但價格較RS－485高。 　　3．1．4　光纖方式 　　利用光波在光導(dǎo)纖維中的傳播來傳輸有用信息。 　　3．1．4．1　光纖通信的特點與應(yīng)用 　　光纖通信有其它方式所無法比擬的特點： 　　a．高速通信，適應(yīng)性強，可與各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備相配合。 　　b．可靠性高，輸出輸入之間采用光電隔離，抗干擾、雷擊能力強，特別適合在電力系統(tǒng)中使用。 　　c．頻帶寬，傳輸距離遠，誤碼率小于10－9，優(yōu)于其它通信方式。 　　d．可選用自愈環(huán)方式，具有比單環(huán)方式更高的可靠性。 　　e．配置靈活，擴展方便。若增加新節(jié)點，可就近打開光纖環(huán)路，直接鏈接。 　　f．光端設(shè)備體積小，重量輕，功耗低（不大于5W），結(jié)構(gòu)模塊化。 　　g．光纜防護等級高，不受電磁信號影響，地上地下可與動力電纜同桿、溝架設(shè)。 　　光纖通信的缺點為設(shè)備成本和施工費用比高速數(shù)傳電臺高，網(wǎng)絡(luò)調(diào)整不如無線方式方便。 　　光纖通信的整體性能在光纖和光器件指標(biāo)沒有突破性進展之前，主要取決于所用的光端設(shè)備及通信協(xié)議和光纖。 　　光纖通信作為一種理想的通信方式已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電信業(yè)各部門、電業(yè)局主站與部分變電站之間以及局內(nèi)各單位之間，而應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)的最大障礙是設(shè)備和安裝成本較高。隨著社會的進步和技術(shù)的發(fā)展，在供電部門大量使用光纖通信已成為可能。一方面配電自動化要求通信系統(tǒng)提供高速大容量高可靠的數(shù)據(jù)通信，光纖通信自然成為首選；另一方面，隨著光纜在國內(nèi)的大量生產(chǎn)，適于配電自動化使用的光端設(shè)備的研制成功及光纖、光端設(shè)備價格不斷下降，供電部門已經(jīng)能夠承受。 　　3．1．4．2　光纖通信的組網(wǎng)方式 　　a．單環(huán)方式　單纖點對點或直接鏈接方式，如圖1。圖中D1為主機或通信控制器（或二級主站），D2～Dn為各現(xiàn)場設(shè)備，數(shù)據(jù)在環(huán)路中以單方向（或向圖示相反方向）流動，若環(huán)路內(nèi)某處（如A處）發(fā)生斷線或某現(xiàn)場光端設(shè)備發(fā)生故障，則整個環(huán)路通信受阻。事實上，只要通信線路不斷線，光端設(shè)備不發(fā)生故障，通信就不會受影響。 　　b．自愈環(huán)方式　在單纖環(huán)基礎(chǔ)上再增加1根光纖，用雙芯光纜組成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如圖2。2根光纖中，1根（a纖）為主用光纖，另1根（b纖）為備用光纖，數(shù)據(jù)在2光纖環(huán)內(nèi)以相反的方向流動，當(dāng)某處發(fā)生斷線或某個光端設(shè)備發(fā)生故障時，如A處，光端設(shè)備D4和D3分別處于收不到（光）信號狀態(tài)，會自動啟用備用纖形成新的環(huán)路，循各自通道返回主站（見圖3），即所謂的自愈環(huán)功能。采用自愈環(huán)方式 　　成本增加不多，卻提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。 　　隨著技術(shù)的發(fā)展，將會有更多的光纖器件、光端設(shè)備及新技術(shù)被引入配電自動化通信中來，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計更加方便合理，更適于電力系統(tǒng)應(yīng)用。 　　3．1．5　衛(wèi)星通信 　　利用超小口徑（0．5～1．2 m）衛(wèi)星終端系統(tǒng)（USAT Ultra－Small Aperture Terminal）進行雙向衛(wèi)星通信，工作在Ku或C頻段，是一種由主站控制的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，與地面的無線通信相比其主要特點是可靠性好；速度高；網(wǎng)絡(luò)布置具有更大的靈活性，適合不同的地形，特別適用于山區(qū)。在國內(nèi)已有用于主控站、變電站、集控站和地調(diào)中心的例子。但是此方式設(shè)備成本高，每年要支付衛(wèi)星租用費。 　　3．1．6　擴頻 　　無線擴頻通信在配電自動化中應(yīng)用很少，有待試用和考驗。 　　3．2　通信方式的選擇 　　根據(jù)各地的實際情況，結(jié)合性能價格比衡量選用，注意以下幾點： 　　a．所采用的技術(shù)是否成熟可行，是否有一定的先進性和超前性，因為現(xiàn)代社會和技術(shù)發(fā)展步伐加快，新技術(shù)層出不窮。 　　b．投資規(guī)模大小及系統(tǒng)預(yù)定要實現(xiàn)的功能數(shù)量。 　　c．測控點的數(shù)量，分布疏密情況，通信實際有效范圍。 　　d．采用有線電纜或光纜時，架設(shè)（架空或地纜或沿建筑物鋪設(shè)）是否方便；采用無線傳輸時，所申請的信道是否干凈、干擾小（考慮不同季節(jié)、1 d內(nèi)　　不同時間的影響），本地區(qū)將來無線頻率的使用情況。 　　e．地形、地況、空中及設(shè)備周圍電磁干擾情況。 　　f．試驗網(wǎng)絡(luò)與將來的整個大網(wǎng)絡(luò)間有良好的兼容性，使投資得到充分利用；配電自動化通信網(wǎng)絡(luò)與原有通信設(shè)備和以后要投入的通信設(shè)備的共用或兼容情況。 　　可以將幾種方式有機結(jié)合，取長補短，與系統(tǒng)總體設(shè)計綜合考慮。 　　3．2．1　以無線方式為主 　　若城區(qū)面積小，各測點分布面積小，投資小，則可選擇無線方式為主的通信方式；而對實時性要求不高，數(shù)據(jù)量較大的變臺監(jiān)測，可采用有線方式；對小區(qū)抄表，可采用低壓載波。城區(qū)面積較大，測控點多時，無線通信距離過遠或有建筑物阻擋時，根據(jù)需要可加建1個或幾個中繼臺（二級站）。若地處山區(qū)，地勢對通信影響較大，施工又比較困難時，帶中繼臺無線通信方式，可能是比較好的選擇。 　　3．2．2　以光纖方式為主 　　以光纖通信為主網(wǎng)絡(luò)，在距離中心主站比較遠或測點稀少的地方，輔以無線通信方式或有線局域網(wǎng)的方式，可能是現(xiàn)實比較理想的方式。主網(wǎng)絡(luò)采用可靠性高的自愈環(huán)，分網(wǎng)絡(luò)采用單環(huán)網(wǎng)的分層主輔結(jié)合方式，有利于提高系統(tǒng)的可靠性。采用不同 　　的通信方式，容納不同的通信介質(zhì)，是經(jīng)濟合理的，有利于普及。通信網(wǎng)絡(luò)層次示意圖見圖4。 [b]4　投運工程實例分析 [/b]　　已經(jīng)投運成功的有代表性的有自貢、北流、昆明、石家莊和唐山等配電自動化項目。前4個都采用無線方式。其中，自貢市地處山區(qū)，大面積有線鋪設(shè)比較困難，市區(qū)面積相對較小，無線方式是比較適合的選擇，主站設(shè)在自流井分局主樓，天線設(shè)在樓頂；考慮城區(qū)高低起伏較大，設(shè)立一個中繼站，站址設(shè)在全市最高的土地坡變電站的微波天線鐵塔上，可覆蓋全市區(qū)，完成整個市區(qū)內(nèi)不能直通主站的信號的轉(zhuǎn)發(fā)。解決了高山及高建筑物對信號的阻擋；變臺監(jiān)測采用局域網(wǎng)RS－485有線電纜方式。自 　　貢配電自動化項目的成功運行，證明此通信方式是比較合理有效的。 　　唐山配電自動化項目采用光纖通信與有線通信相結(jié)合的方式。第1層為主環(huán)路，采用高可靠性的光纖自愈環(huán)方式，所有重要的現(xiàn)場設(shè)備如柱上分段開關(guān)、柱上聯(lián)絡(luò)開關(guān)、線路出口斷路器、開閉所、通信控制器等均設(shè)在該層，以滿足系統(tǒng)的可靠性和實時性要求。第2層設(shè)變臺監(jiān)測儀、小區(qū)抄表等設(shè)備，此層為非重要（與開關(guān)狀態(tài)和數(shù)據(jù)相比）的、可靠性實時性要求不高的數(shù)據(jù)，采用單纖非自愈環(huán)、有線電纜方式，有利于降低成本，而又不影響系統(tǒng)的整體性能。 [b]5　結(jié)語 [/b]　　在配電自動化通信系統(tǒng)中，以光纖通信的自愈環(huán)方式為主，輔以有線、無線等其它方式，很可能是未來幾年內(nèi)配電自動化中通信組網(wǎng)技術(shù)的主流。新技術(shù)的開發(fā)成功，會提供更多的通信方式供選擇，例如衛(wèi)星通信，當(dāng)使用超小口徑地面接收設(shè)備成為可能、天上的衛(wèi)星足夠多、衛(wèi)星租用費用能夠被供電部門接受時，這種通信方式很可能是一種較好的通信方式。