[b]1　通信系統在配電自動化系統中的地位 [/b]　　配電自動化的饋線自動化系統（以下簡稱配電自動化）一般由主站（前臺機、后臺機和服務器等）、現場設備（開閉所FTU、斷路器FTU、柱上開關FTU、通信控制器CCU、變壓器監測儀TTU和變電站CCU等）和通信部分（主站通信主機、現場設備的通信從機、適配器和通信介質等）組成，各部分主要功能如下： 　　a．主站　負責整個系統的協調指揮，通過通信部分得到現場設備的數據和狀態，與已有的數據進行比較分析判斷，得出正確結論，并發出動作命令；通過通信部分通知現場設備完成希望的動作或對其進行參數預置。 　　b．現場設備　分別完成對各相關設備的實時監測以及數據和狀態采集。通過通信部分得到主站的各種命令和數據，將各種設備的信息上傳給主站。 　　c．通信部分　通過一定的通信介質與手段，遵循一定的通信規約，在主站和各現場設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。根據需要，整個通信系統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域可能采用不同的通信手段。各不同的通信介質之間，通過一定的方式進行轉換或耦合。 　　在配電自動化系統中，各現場設備（測控點）點多且分散，對網絡設計而言沒有多少規律性，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。因此通信設備的性能優劣，直接決定著整個配電自動化系統的好壞。若在一個現代化的集中控制式配電自動化系統中沒有高質量的通信系統，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中占有非常重要的地位。 [b]2　配電自動化系統對通信系統的要求 [/b]　　a．能在戶外全天候長期工作，適應各種天氣情況。數字傳輸實時性好，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，對周圍環境要求不高，有遇強干擾后自恢復正常功能；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．具備與各種設備的良好的匹配性（各種接口標準齊備，有一定的自適應性）。 　　f．安裝維修更換調整方便，各種工作狀態指示齊全準確。 　　g．具備一定智能；網絡拓撲靈活，變更方便；能容納各種不同的通信介質，易于構成大型網絡；便于網絡管理。 　　h．支持一定的網絡通信協議，與各種設備的兼容性好。 　　i．性能價格比高，適合國情，技術上不落后。 [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制解調器（Modem）組成，如日產的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，常用數據傳輸速率≤1 200 bits／s，收發轉換慢（典型值為數百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　數傳電臺 　　數傳電臺是在模擬電臺的基礎上對內部電路進·22·行改進，加上了CPU（微處理器）、Modem及控制部分，組成一個模塊，對外提供一標準25針串口和操作命令，收發轉換快，有關鍵的中繼功能，支持一定的網絡規約，數據傳輸速率300～19 200 bits／s。與模擬電臺方式相比，縮短了數據傳輸時間，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，低功耗使設備電源和備用電源配置非常方便。 　　配電自動化通信系統如果采用無線通信方式，應首選高速數傳電臺，詳述原因如下： 　　a．收發轉換快　這是數傳電臺優點之一，其典型的收發轉換時間為3～5 ms，而一般模擬電臺，收發轉換時間為200～1 200 ms，數傳電臺高的數據傳輸速率，快速的收發轉換，便于提高配電自動化系統的整體指標，縮短故障定位、處理、線路轉帶等關鍵功能的時間，這在組建大的配電自動化系統網絡時，尤為明顯。 　　b．可設置中繼功能　數傳電臺可以設置1～8級的中繼功能，該功能不僅使網絡設計更為靈活，而且提高了通信系統的可靠性和網絡的智能性。 　　c．實際使用功率小　整機電源功耗低，可靠性相應提高，停電后機內備用電源工作時間更長。 　　無線通信的優點為安裝容易，網絡調整方便；在設備兩端的輸電線路全部斷開或停電后，依靠機內備用電源，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和產品質量，其次是合理的網絡設計及與之相適應的通信規約。 　　3．1．2　載波方式 　　利用調制解調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）。載波方式的優點為利用電力部門的電力線路，無需專門布線，可節省常規的布線費用。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絡的要求。在采用了糾錯等技術后，可用于對實時性要求低的的其它方面（如小區抄表）。載波通信的性能主要取決于調制解調器的性能指標。 　　3．1．3　有線電纜方式 　　此方式是用雙絞電纜或專用電纜依靠電信號傳遞信息的。可采用RS－485、Can、Lonworks等現場總線技術，其特點為價廉、施工維護量較光纜低、可靠性較光纖差、數據傳輸速率低，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，有半雙工的2線制和全雙工的4線制。實際使用中，只需按網絡設計要求鋪設導線，連接各種設備，遵循一定的通信規約，即可進行通信。數據傳輸速率根據通信距離而定（在約1 km長的網絡中可達1200bits／s，近距離內使用可以大幅度提高傳輸速率）。RS－485總線技術在配電自動化中的變臺監測、變電站、開閉所內局域網絡的數據采集，近距離通訊中應用較多。經使用證明，將RS－485總線技術用在配電自動化系統的變臺監測中，性價比高，符合國情，可以使用；但是不適于配電自動化系統的主通信網絡采用。 　　RS－485總線的缺點是網絡長度受限制，不適于長距離、大網絡；已經定型的網絡變更受一定的約束，不合適的線路阻抗會使改變后的網絡無法運行。　　RS－485的整體性能主要取決于合理的網絡設計、RS－485驅動芯片的指標及合適的通信協議。因通信線路沿電力線路戶外架設，必須考慮抗風吹日曬，抗雷擊。 　　Can和Lonworks總線是非常優秀的現場總線技術。目前在國內不如RS－485普及。其原因一方面可能是經濟上的；另一方面，現在的大部分設備沒有提供標準的該類接口，需要重新開發或加裝接口卡。用Can和Lonworks總線可以組成高質量局域網，網絡拓撲比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，適應性強，可與各種標準設備相配合。 　　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中使用。 　　c．頻帶寬，傳輸距離遠，誤碼率小于10－9，優于其它通信方式。 　　d．可選用自愈環方式，具有比單環方式更高的可靠性。 　　e．配置靈活，擴展方便。若增加新節點，可就近打開光纖環路，直接鏈接。 　　f．光端設備體積小，重量輕，功耗低（不大于5W），結構模塊化。 　　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。 　　光纖通信的缺點為設備成本和施工費用比高速數傳電臺高，網絡調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沒有突破性進展之前，主要取決于所用的光端設備及通信協議和光纖。 　　光纖通信作為一種理想的通信方式已經廣泛應用于電信業各部門、電業局主站與部分變電站之間以及局內各單位之間，而應用于配電自動化系統的最大障礙是設備和安裝成本較高。隨著社會的進步和技術的發展，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提供高速大容量高可靠的數據通信，光纖通信自然成為首選；另一方面，隨著光纜在國內的大量生產，適于配電自動化使用的光端設備的研制成功及光纖、光端設備價格不斷下降，供電部門已經能夠承受。 　　3．1．4．2　光纖通信的組網方式 　　a．單環方式　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為各現場設備，數據在環路中以單方向（或向圖示相反方向）流動，若環路內某處（如A處）發生斷線或某現場光端設備發生故障，則整個環路通信受阻。事實上，只要通信線路不斷線，光端設備不發生故障，通信就不會受影響。 　　b．自愈環方式　在單纖環基礎上再增加1根光纖，用雙芯光纜組成環狀結構，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，數據在2光纖環內以相反的方向流動，當某處發生斷線或某個光端設備發生故障時，如A處，光端設備D4和D3分別處于收不到（光）信號狀態，會自動啟用備用纖形成新的環路，循各自通道返回主站（見圖3），即所謂的自愈環功能。采用自愈環方式 　　成本增加不多，卻提高了網絡的可靠性。 　　隨著技術的發展，將會有更多的光纖器件、光端設備及新技術被引入配電自動化通信中來，使網絡設計更加方便合理，更適于電力系統應用。 　　3．1．5　衛星通信 　　利用超小口徑（0．5～1．2 m）衛星終端系統（USAT Ultra－Small Aperture Terminal）進行雙向衛星通信，工作在Ku或C頻段，是一種由主站控制的衛星通信系統，與地面的無線通信相比其主要特點是可靠性好；速度高；網絡布置具有更大的靈活性，適合不同的地形，特別適用于山區。在國內已有用于主控站、變電站、集控站和地調中心的例子。但是此方式設備成本高，每年要支付衛星租用費。 　　3．1．6　擴頻 　　無線擴頻通信在配電自動化中應用很少，有待試用和考驗。 　　3．2　通信方式的選擇 　　根據各地的實際情況，結合性能價格比衡量選用，注意以下幾點： 　　a．所采用的技術是否成熟可行，是否有一定的先進性和超前性，因為現代社會和技術發展步伐加快，新技術層出不窮。 　　b．投資規模大小及系統預定要實現的功能數量。 　　c．測控點的數量，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（架空或地纜或沿建筑物鋪設）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、1 d內　　不同時間的影響），本地區將來無線頻率的使用情況。 　　e．地形、地況、空中及設備周圍電磁干擾情況。 　　f．試驗網絡與將來的整個大網絡間有良好的兼容性，使投資得到充分利用；配電自動化通信網絡與原有通信設備和以后要投入的通信設備的共用或兼容情況。 　　可以將幾種方式有機結合，取長補短，與系統總體設計綜合考慮。 　　3．2．1　以無線方式為主 　　若城區面積小，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，數據量較大的變臺監測，可采用有線方式；對小區抄表，可采用低壓載波。城區面積較大，測控點多時，無線通信距離過遠或有建筑物阻擋時，根據需要可加建1個或幾個中繼臺（二級站）。若地處山區，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 　　以光纖通信為主網絡，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的方式，可能是現實比較理想的方式。主網絡采用可靠性高的自愈環，分網絡采用單環網的分層主輔結合方式，有利于提高系統的可靠性。采用不同 　　的通信方式，容納不同的通信介質，是經濟合理的，有利于普及。通信網絡層次示意圖見圖4。 [b]4　投運工程實例分析 [/b]　　已經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，大面積有線鋪設比較困難，市區面積相對較小，無線方式是比較適合的選擇，主站設在自流井分局主樓，天線設在樓頂；考慮城區高低起伏較大，設立一個中繼站，站址設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，完成整個市區內不能直通主站的信號的轉發。解決了高山及高建筑物對信號的阻擋；變臺監測采用局域網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合的方式。第1層為主環路，采用高可靠性的光纖自愈環方式，所有重要的現場設備如柱上分段開關、柱上聯絡開關、線路出口斷路器、開閉所、通信控制器等均設在該層，以滿足系統的可靠性和實時性要求。第2層設變臺監測儀、小區抄表等設備，此層為非重要（與開關狀態和數據相比）的、可靠性實時性要求不高的數據，采用單纖非自愈環、有線電纜方式，有利于降低成本，而又不影響系統的整體性能。 [b]5　結語 [/b]　　在配電自動化通信系統中，以光纖通信的自愈環方式為主，輔以有線、無線等其它方式，很可能是未來幾年內配電自動化中通信組網技術的主流。新技術的開發成功，會提供更多的通信方式供選擇，例如衛星通信，當使用超小口徑地面接收設備成為可能、天上的衛星足夠多、衛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。