EPON技术在配网自动化系统中的设计与应用

张 帅 虞松杰



EPON技术在配网自动化系统中的设计与应用

张 帅 虞松杰

（国网无锡供电公司，江苏 无锡 214000）

EPON技术是配网自动化建设中的一项重要通信技术，本文在对比分析EPON技术与工业以太网技术特性的基础上，对EPON技术的适用性进行了分析。根据分析结果提出了一种EPON通信网络的设计思路，并进行了实例验证，证明了所提EPON通信系统的合理性和可靠性。

EPON；配网自动化；通信技术；设计

配网自动化系统主要由主站系统、子站监控系统、通信系统及配电网各种终端组成，作为配网自动化系统的一个重要组成部分，配网自动化通信系统是实现配电自动化和智能电网的重要设施，一个网架牢固、组网灵活、扩展性强的配电自动化通信系统是建设坚强智能电网的重要环节[1-2]。配网通信系统的主要功能是将配网自动化系统当中的主站和开闭所现场当中的所有配电测控终端设备有机连接在一起，将现场所有配电测控终端设备收集到的各种数据信息资料快速上传到配网自动化系统主站中，与此同时将主站系统下达的各项命令有效下达到现场各个配电测控终端设备上，加强了对配电网的监控力度[1-3]。

作为一种新型的光纤接入网技术，EPON（ethernet passive optical network）采用点到多点结构、无源光纤传输。文献[3]探讨了EPON技术在西安配电自动化通信系统的应用，验证了EPON技术的优势性。文献[4]从理论层次上分析证明了EPON技术能够满足配电自动化技术的要求。文献[5]对EPON技术应用于配电自动化通信系统的可行性进行了分析，证明其是一种优秀的通信技术。上述研究虽然从不同方面验证了EPON技术的优越性，但未充分考虑不同的通信技术网络对线路网架的适应性，本文在对目前配网自动化广泛采用的EPON技术和工业以太网技术的网架结构适应性进行分析的基础上，提出了基于EPON技术的网络设计思路，并进行了实例验证。

1 EPON技术及其适应性分析

光纤通信技术具有传输容量大、高速率、传输距离长、抗干扰性强、绝缘性能好等优点，是目前电力系统通信中广泛应用的通信方式。从技术上来分，光纤通信接入技术主要被分为有源光网络和无源光网络技术，并分别以工业以太网交换机和以太网无源光网络（EPON）为代表[4-6]。

与工业以太网技术相比，EPON技术无需建设专门的小区机房，具有操作步骤简单、实现简单、建网成本低、网络管理和维护成本低等优势；而采用工业以太网组网，则在经济性、组网灵活性等方面存在不足。对于星形、树形、链型的架空线路，EPON技术的PON终端与终端设备是并联关系，任何一个终端或多个终端故障或掉电，都不会影响整个系统的稳定运行。EPON组网可以灵活地组成树形、星形、总线型、手拉手等拓扑，10kV架空线路采用EPON组网技术不仅造价维护成本低，而且能提供干线保护或全保护方式，可抗多点失效，安全可靠性高。但EPON组网技术在组网设计时需考虑全网结构，还要考虑网元节点的链接数量，网络对于复杂的网状网、环形网络结构适应性较弱；而工业以太网组网设计时仅需考虑网元节点之间的光纤通道组网结构来决定设备的端口容量和板载容量，网络对于电力线路网架变化适应性强，其组网方式则更适合于环路结构[7-8]。表1对比分析了EPON技术和工业以太网技术的特点及其适用网络类型。

表1 工业以太网技术与EPON技术比较

根据上述对比分析结果，考虑到无锡地区10kV电缆线路走向多为环网结构，完全吻合工业以太网交换机的环网保护组网方式，所以在电缆线路的环网柜和开闭所站点采用工业以太网通信技术；而10kV架空线路组网多为链型、星形、树形结构，很难满足组建环网的要求，所以架空线路的柱上开关采用EPON通信技术。

2 EPON技术在无锡配网自动化系统中的设计应用

根据上述分析，在无锡配电自动化一期项目中，架空线路柱上开关主要采用EPON组网。变电站内OLT通过上联GE电口与站内汇聚以太网交换机相连，并通过PON口与所属柱上开关ONU相连，实现10kV配电站点的信息采集并汇集上传至主站。

2.1 EPON通信网络的设计思路

网络设计思路如下。

1）ONU终端设备选择。为全网最终实现手拉手及多联络自愈保护环预留空间，ONU终端设备全部选用双PON口设备；同时每个ONU的光通道衰减应不超过24dB，设计时应充分考虑分光器的端口利用率及网络可维护性。

2）ODN设计。对于ODN设计，要结合光路保护、分光器级数、扩容等方面进行设计，应综合考虑主干光纤资源和网络拓扑结构，以便应对以后的网络变化。

3）分光器技术和分路比的选择。考虑到实际应用中分光器技术大多会造成接头损耗增加及增加拓扑结构复杂性，因此对于采用非均分分光器级联组网的链路，建议初期规划级数不超过5级，最终扩容后级数不超过10级。对于采用均分分光器级联组网的链路，建议初期规划级数不超过2级，最终扩容后级数不超过3级。

2.2 实例分析

根据上述设计思路，选取以无锡110kV大坝变和110kV杨亭变典型链路进行分析。一次网架结构图、光缆熔接图和ODN设计图分别如图1至图3所示。

图1 一次网架结构图

图2 光缆熔接图

图3 ODN设计图

如图3所示，在大坝变和杨亭变内放置一台OLT设备，在每个柱上开关处放置一台双PON口ONU设备，在两个变电站分别放置两个1分2均分分光器，在每个柱上开关处放置两个1分2非均分（10：90）分光器，ODN组网如上图所示，每个配电站点的光方向分别来自两个变电站的OLT，从而保证在光缆或者OLT发生故障后，配电站点的信息通过另外一个方向送达主站，保证配电信息的安全可靠传输。

本条线路共有两个方向：左向（大坝变）和右向（杨亭变）。选取上述两组站点中光功率最恶劣的四个站点做分析，即可得出此条光纤的光功率裕量。共选取特科101198、春贰101329、志圆101325、恩福101100等4个节点，此4个节点包括了每条光纤的最恶劣点。相关计算公式和参数如下。

光功率=OLT发光功率-光链路损耗 （1）

光链路损耗=光缆损耗+法兰盘损耗+分光器插入损耗 （2）

光缆损耗=光缆长度（km）×光缆衰耗系数（3）

分光器插入损耗=分光损耗+分光附加损耗（4）

分光附加损耗=插节点数×附加损耗系数（5）

法兰盘损耗=法兰头（活动接头）数×法兰盘损耗系数（6）

其中：大坝变和杨亭变OLT（发光功率）为3dBm，1分2均分分光器损耗为7.2dBm，1分2非均分（10∶90）分光器损耗为11.3dBm，附加损耗系数为0.6dBm，法兰盘损耗系数为0.5dBm。

以左向（大坝变）特科101198光功率计算为例，计算过程如下：

全程光缆衰耗=0.77×0.22=0.17dBm

全程法兰盘衰耗=2×0.5=1dBm

全程光分路器插入损耗=7.2+11.3+0.6×0=18.5dBm

大坝变OLT至特科101198的光功率=3-0.17-1-18.5=-16.67dBm

大坝变和杨亭变OLT至各个接入点光功率汇总见表2。

表2 选取点光功率汇总

由各点光功率（分大坝变裕度和杨亭变裕度两个方向）减去-24dBm（ONU接受灵敏度按照-24dBm计算），得到各接入点光功率裕度，计算结果见表3。

表3 选取点光功率裕度汇总

由此可以得出如下结论：

1）ONU接收灵敏度为-24～-27dBm，由表2计算结果可知，选取点均满足光功率接入要求（所选取点已涵盖所有最恶劣的情况），故整条线路的光功率损耗均满足接入要求。

2）由表3可以看出，所有选取点光功率裕度都在3～8dBm之间，最差的一个也有3.03dBm的光功率裕量，所以能满足以后网络的扩容或改造需要。

通过以上分析，对链形、星形、树形结构的10kV架空线路的柱上开关采用EPON通信技术，不仅整条线路的光功率损耗满足接入要求，还能满足以后网络的扩容或改造需要。无锡自动化一期建设实施完成后，相应地区的用户平均停电时间由2.37h/户·年减少到1.31h/户·年，供电可靠率由99.973%提高到99.985%；综合电压合格率由99.869%提高到99.935%，取得了良好的经济效益和社会效益。

3 结论

本文在论证分析EPON技术对10kV网架结构适用性的基础上，提出了一种EPON通信网络的设计思路。以无锡配网自动化一期的110kV大坝变和110kV杨亭变典型链路进行分析，通过计算分析验证，不仅整条线路的光功率损耗满足接入要求，而且还能满足以后网络的扩容或改造需要，验证了所提设计网络的合理性和可靠性。

[1] 王瑾. 基于EPON技术的配电自动化系统[D]. 北京:华北电力大学, 2013: 1-46.

[2] 刘晓忠. 基于EPON技术的配电自动化通信系统设计与实现[D]. 保定: 华北电力大学, 2014: 1-31.

[3] 谷明英. EPON技术在西安配电自动化通信系统中的应用探讨[J]. 陕西电力, 2011, 39(12): 72-75.

[4] 张旭东, 李中平, 高志建, 等. 基于EPON的配电自动化通信技术研究[J]. 电气工程学报, 2015, 10(11): 68-72.

[5] 杨雪, 于昉, 刘卫华. EPON技术在配电网自动化系统中的应用[J]. 山东电力技术, 2010(6): 19-23.

[6] 蔡万升, 汤辉, 张军, 等. 基于EPON技术的配电自动化通信系统[J]. 电力系统通信, 2010, 31(12): 11-15.

[7] 王栋. 基于EPON技术的配电自动化通信系统设计与研究[J]. 安徽电气工程职业技术学院学报, 2011, 16: 105-111.

[8] 葛永亮, 缪刚, 李庆彪. 配网自动化通信系统设计中EPON技术的应用[J]. 电气技术, 2013, 14(7): 82-84.

The design and application of EPON technology in distribution automation system

Zhang Shuai Yu Songjie

(State Grid Wuxi Power Supply Company, Wuxi, Jiangsu 214000)

EPON technology is an important communication technology in the construction of Distribution Automation System. Based on the comparative analysis of EPON technology and industrial Ethernet technology, this paper analyzed the applicability of EPON technology. according to the analysis results, a design idea of EPON communication network is put forward, and an example is given to prove the rationality and reliability of the proposed EPON communication system.

EPON; distribution automation system; communication technology; design

2017-12-05

张 帅（1988-），男，河南商丘人，硕士，工程师，主要研究方向为电力系统通信、电力系统分析等，主要从事电力系统通信设计工作。