变电站无线全覆盖方案研究

江冬娜

（广州电力设计院有限公司 广东广州 510610）

1 前言

随着智能电网的迅速发展和普及，变电站接入业务日益多样化。当前变电站内的传统专网接入方式，通常采用电缆或光缆等有线方式，搭建了光传输网、调度数据网、综合数据网等电力专网，用于承载电网生产实时业务和生产管理类业务；而对于如机器人巡检、视频监控等大带宽业务，对于分布式在线监测、一次设备状态信息采集等大连接业务，对于移动巡检、移动作业等移动类业务，传统专网已经无法完全适应。

通过在变电站搭建一张无线全覆盖网络，与传输有线网络一起，通过有线、无线相结合的方式，满足大带宽业务、大连接业务及移动性业务等的接入，构建泛在接入、高效传输、海量异构信息处理、安全可控和设备智能控制的智能变电站。

图1 智能变电站通信综合解决方案

2 总体架构

无线全覆盖网络的建设，通过在站内部署一定数量的室内无线接入点和室外无线接入点（以下简称AP），并通过802.11n空口协议实现，同时AP具有相应的有线LAN口，提供实时业务及高速数据的传输支持。AP通过具有PoE供电能力的PoE接入交换机接入站内现有网络，站内现有网络通过电力通信有线专网完成与调度管理机构的互联。

在网络接入侧，AP支持有线/无线等多种数据通道，并能够根据网络状况灵活适配各种数据通信通道，支持QoS自适应、通道聚合、多路径传输、基于网络质量感知的多模通道切换等。同时，基于SDN架构、虚拟化和边缘计算技术，通信终端能够实现终端能力灵活组合配置、多业务共享资源隔离、安全接入控制等，提供多业务安全可信切片式的通信接入能力。

在调度管理机构部署管控平台，完成对接入终端、AP以及传输通道的实时管理。

AP、PoE接入交换机及管控平台的逻辑连接关系如图2所示。

3 频段选择及业务接入

3.1 频段选择

业界目前主要采用802.11g/n制式，可选频段有2.4G和5.8G。2.4G频段只有3个互不干扰的频点，每频点22MHz带宽，有一定的干扰；5.8G频段共有5个互不干扰的频点，每频点20MHz带宽，相对纯净，但多为运营商使用，变电站若使用5.8G频段仍有干扰的风险。

综合考虑，变电站使用2.4G频段进行WIFI覆盖。

3.2 业务接入

（1）网络切片技术

网络切片技术，即在同一个网络基础设置上虚拟出多个独立的端到端网络，每一个网络切片在设备、接入网、传输网以及核心网方面实现逻辑隔离，以适应多种类型服务、以满足多种用户的个性化需求。对每一个网络切片来说，网络的带宽、服务的质量以及安全性等等都是专属的。由于网络之间是互相隔离的，其中一个网络的故障或错误不会影响其他网络的正常通信、通信质量等。

通过采用终端和网络切片技术，打通了业务、网络、基础设施间的适配接口中，实现对不同业务传输通道的物理和逻辑隔离，这种资源隔离不仅提高了资源利用率，也增加了整体网络的健壮性和稳定性。

（2）变电站业务特性分析及网络业务策略

变电站业务需求主要包含人员定位、安全防范、智能控制、环境监测、绿化管理、资产管理、移动视频、办公环境监测等九大类型，目前业务终端北向接口主要支持有线以太RJ45和串口RS485/232通信方式，少部分支持无线通信方式，但随着智能电网的迅速普及发展，变电站接入业务的日益多样化，可以划分为以下三大网络，以适应变电站往智能化发展的需求：

①移动业务。随着变电站巡检机器人的普及、以及变电站移动作业/巡检的逐步推进、移动式视频监控及视频联动功能的使用，面向4K/8K的超高清视频，对网络带宽和速率的要求较高。

②物联业务。变电站海量的物联网传感器将部署于生产领域及管理领域，例如在线监测系统、现场作业安全监控智能识别系统、智能表计、智能锁控、智能灯控系统、智能消防系统、微气象信息系统、基于互联网的安全工器具管理系统等等。海量密集的传感器，规模庞大，大部分处于静止状态。

③关键性业务。主要指如远程操作、智能开合刀闸等关于生产和安全的业务，其对时延性和可靠性的要求都较高。

图2 变电站WIFI覆盖方案网络拓扑图

4 无线接入网关典型部署

4.1 室外部分

在变电站的密集构架环境中，以RSSI≥-70dBm为门限要求，发射功率为500MW（27dbm）的室外AP的实际有效覆盖半径约为50m。室外AP可沿着变电站围墙部署，并在中间高压室位置部署若干室外AP，即可满足室外全覆盖要求。同时，考虑到五类线针对100Mbps的传输损耗，变电站南北两侧需各部署一台PoE交换机，以完成各侧室外AP的供电和数据汇聚。为避免临近信道间的频率干扰，南北两侧分别按6、11、1和1、6、11信道。

另外，考虑到波束覆盖问题，实际部署中可以尝试引入定向天线，进而完成更好的无线覆盖。图3为半波瓣角为65°的定向天线覆盖示意图（室外南区、北区各设置3个室外AP）。

图3 半波瓣角为65°的定向天线覆盖示意图

4.2 室内部分

由于吸顶的设计使室内盲区有效减少，室内覆盖的情形较室外相对简单。在500kV的主控楼环境中，以RSSI≥-70dbm为门限要求，发射功率为50MW（17dBm）的室内AP的实际有效覆盖半径约为30m。以主控楼2层平面图为例，除继电器室放置2台室内AP外，在重点办公室、会议室及作业控制室均独立部署1台AP，以确保实际覆盖无死角。

图4 室内AP布置示意图

5 安全防护方案

用户认证使用IEEE802.1X协议，实现用户在接入网络之前运行。终端WIFI模块接入AP，通过WPA2的方式实现接入认证，实现终端接入，较之WPA标准更好地解决非法AP接入的控制问题；还可通过建立黑白名单的方式，实现不同终端的接入控制；通过DHCP的方式由AC给用户分配私网地址，由AC做NAT和相应的ACL管理；终端通过PPPoE自动拨号，由AC与AAA完成业务谁，最终终端业务方可放通。

对业务设置优先级，通过AC对不同的业务、用户进行限速控制实现。

在变电站内及主站系统边界部署防火墙，实现对无线业务流量的集中过滤和安全防护；同时配置入侵检测系统，在发现不正规的流量或发现如DDos、蠕虫、木马等网络攻击时，能主动报警、主动截断流量，实现网络安全防护。

6 结束语

通过建设无线全覆盖系统，解决变电站当前业务终端接入不够灵活问题，实现有线+无线专网覆盖，提高了业务泛在接入及灵活控制。通过采用终端和网络切片技术，实现对不同业务传输通道的物理和逻辑隔离，满足电力业务的安全性要求。