高压变电站内系统通信设备的集成方案研究*

神祥明，仇张权，施铃泉，陈志杰，姚贤炯

（1.上海电力设计院有限公司，上海 200025；2.国网上海市电力公司长兴供电公司，上海 201913； 3.国网上海市电力公司，上海 200122）

0 引 言

电力通信网与电网密不可分，是电力系统的重要组成部分。作为电力系统中第二个实体网络，电力通信网依托电网建设，为电网安全稳定运行与电网企业现代化管理提供了重要支撑。高压变电站中系统通信设备承载电网调度生产业务，包括调度电话、电力系统专有业务和调度、生产管理系统业务等[1]。电力系统专有业务主要包括线路继电保护、安全自动装置和远动专线等，是保证电网安全、稳定运行必不可少的电网核心业务，要求极高的可靠性和较短的传输延时。调度、生产管理系统业务主要包括调度自动化系统、功角测量系统、电能量计量系统、变电站图像监视系统和电能质量监测等，对传输时延要求较电力系统专有业务低，但对数据传输的可靠性和安全性要求较高[2-3]。

在业务承载方式上，电力系统专有业务信号一般采用基于TMD技术专线在SDH传输网上传送，采取点对点运行方式，通常考虑主备两条通道，并以互备方式运行；调度、生产系统管理业务主要承载在电力调度数据网、数据通信网上。

为响应国家建设“资源节约型、环境友好型”社会的要求，节约规划用地，变电站设计需要统筹考虑进行优化。各专业需考虑通过设备集成有效减小设备占用空间，降低工程造价。

传统高压变电站（220 kV及以上）内的系统通信设备种类较多，业务接口类型较多。系统通信设备按照单独的设备组柜，设备机柜占用空间大，功耗大，设备之间的线缆连接较多。随着通信设备的集成化发展，各类功能的系统通信设备以板卡和模块形式集成为一体化设备成为可能。本文针对业务需求从原理角度提出了一种设备集成化方案，以此解决传统变电站系统通信设备目前存在的弊端。

1 高压变电站系统通信设备现状分析

传统高压变电站（220 kV及以上）内的单平面系统通信设备连接，如图1虚线框内所示，涉及到SDH光传输设备、PCM设备、数据通信网路由器设备、E1光电转换器和规约协议转换器等[4]，设备种类多，业务接口类型多。不同的通信接口采用不同的通信设备，特殊的通信网络协议也要单独的设备承载，通信设备之间需多级转接。传统变电站系统通信设备按照单独的设备组柜，典型220 kV及以上变电站的单平面系统通信设备组柜示意图，如图2所示。单平面系统通信设备的机柜占用4面机柜的位置，占用空间大，功耗大，设备之间的线缆连接较多。

图1 系统通信设备连线

2 设备集成方案分析

鉴于现有技术的不足，本文提出了一种变电站的系统通信设备集成方案，改善现有的设备占用空间大、功耗高和接线复杂等弊端。表1列举了常见的高压变电站系统通信设备的业务类型、业务名称、接口类型以及本文建议的集成方向。

根据上述集成方向，本文设计了一种变电站的系统通信设备集成方案，设备构造如图3所示。其中，1为出线区，2为中央处理器，3为电源转换器， 4为电源接口盘，5为通信总线，6为PCM数模转换板卡，7为低速率业务板卡，8为三层以太网交换板卡，9为以太网业务板卡，10为E1/光转换板卡，11为E1接口板卡，12为光接口板，13为业务开销板卡，14为交叉矩阵，15为交叉时钟板卡。

本设计方案中设备设有出线区，集成设备的对外接口统一由出线区对外接线；集成设备还包括中央处理器、若干功能板卡、电源转换器、电源接口盘以及通信总线；中央处理器与每一个功能板卡控制连接；电源转换器用于将外接电源电压转换为功能板卡的工作电源电压；电源接口盘用于将电源转换器转换后的电流连接至各功能板卡；通信总线用于传输各功能板卡之间的数据信号。

功能板卡包括PCM功能板卡、以太网功能板卡、E1功能板卡、SDH功能板卡和光接口板。

PCM功能板卡包括PCM数模转换板卡和低速率业务板卡。PCM数模转换板卡用于实现2M数字信号与64k模拟信号之间的转换；PCM数模转换板卡通过低速率业务板卡提供FXS/FXO接口、RS232/485接口和4W E&M接口。

图2 系统通信设备组柜

表1 系统通信设备的业务类型、业务名称、接口类型及集成方向

以太网功能板卡包括三层以太网交换板卡和以太网业务板卡。三层以太网交换板卡用于网络层数据转发和数据链路层数据交换。以太网业务板卡提供10M/100M以太网业务接口，其接口的物理类型为单模光口和RJ45电口。

E1功能板卡包括E1/光转换板卡和E1接口板卡。E1/光转换板卡用于将E1数字信号转换为光信号，通过E1接口板卡提供E1数字接口和光E1接口。

图3 系统通信集成设备透视

SDH功能板卡包括业务开销板卡、交叉矩阵和交叉时钟板卡。业务开销板卡用于SDH帧结构中再生段和复用段字节的提取和插入、POH高阶通道的处理以及线路时钟的提取和告警处理；交叉矩阵用于完成STM-N信号的交叉连接；交叉时钟板卡与交叉矩阵配合，完成SDH低阶交叉功能和时钟功能。

光接口板包括STM-1/4光接口盘、STM-16光接口盘、STM-64光接口盘以及相应的短距、长距光接口板卡。

3 集成设备应用分析

将变电站内的系统通信功能板卡集成为一体化设备后，系统通信集成设备连线如图4所示。与 图1相比，只需使用一台设备可以容纳不同的通信接口，无需通信设备之间多级转接，接线和施工变得方便简易，设备占用空间节省80%左右，用电功耗大幅下降，设备之间的线缆连接减少50%以上。

4 结 语

本文针对电网生产运行中变电站的业务需求，提出了一种变电站的系统通信设备集成方案，改善了现有的设备占用空间大、功耗高、接线复杂等缺陷，将变电站内的系统通信功能板卡集成为一体化设备，大量节省设备占用空间、节省用电功耗、大幅减少设备之间的线缆连接，接线、施工、运维都方便简易。本文对设备制造企业根据业务需求进行产品研发也具有指导意义，设备制造企业可结合业务需求进行行业通信产品的开发。

图4 系统通信集成设备连线