系统认识智能变电站的通信网络

2018-05-04 15:18:22 注册电气工程师供配电每日一解　点击量：评论 (0)

本文将从电力通信中常用的设备走起，向大家概括性地介绍下电力通信的大致情况，不打算大篇幅讲通信原理，旨在通过此文，能够从一个系统框架的角度去认识电力通信设备。

转载于勤奋的电工

电力系统通信为电力系统正常运行提供全面的支撑，如调度和站用内线电话，2M及光纤通信等。其主要作用是为保护、自动化等设备提供优质可用的通道，供站与站之间的设备进行通信。那么，电力系统通信是如何实现站与站或站与局端进行通信的呢？站内的信号是如何上传到局端的呢？

要解答这个问题，必须要了解电力通信中常见的设备。在此，首先介绍下电力通信的常用设备：配线架。如果用电力系统的概念来解释这个名词，就是通信系统用的母线。依照通信方式的不同，分为音频配线架、数字配线架和光纤配线架，英文简称分别为VDF、DDF、ODF。

一、配线架

1）音频配线架（VDF）

如下图所示，此为站内常用的音频配线架。它的作用是连接用64k速度传输的设备，如图1所示的打满线的第一排端子，通常被称为是设备侧，它是通向PCM（后文将有介绍）。如图2所示，第一排下口零散分布的一对一对线，则是通向站内的自动化设备，视通信方式的制定而选择接入对应的端子。用户侧常见设备：自动化所用的调度、集控主备用设备、站内电话、计量电话、调度直通和集控直通电话。

一般情况下，现场工作是将站内所有的用户设备通过一根网线或是多股电缆传送至VDF，并在VDF的一排打满，然后再通过音频线跳接至相应的端口。以前有些老站也是通过端子排挂到综合配线柜上再跳接的办法。具体如何接线，视现场条件和运行方式的规定而调整。

图1 VDF设备侧

图2 VDF用户侧

2）数字配线架（DDF）

虽然是换了种形式，但实质上的作用和VDF类似，也是有设备侧和用户侧，设备侧通常指的是光端机，用户侧则主要是指带着业务的PCM设备，以及少量的调度数据网路由器。图3中所见的是连接端子，它是将上排和下排连接一起，两个端子构成了一收一发的完整通道，在它的背面，上端是从光端机过来的2M线，一般情况是全部插满，而下端，视通信运行方式的制定而选择合适的端口进行接入，然后再通过如图3所示的连接端子一起构成通路。

图3 DDF架

3）光纤配线架（ODF）

相比于上面所示的两个配线架，ODF则显得简单得多，它没有设备侧和用户侧的区别，它是由站外光缆分出来的各个芯，一般情况是12的整数倍，常见的是24芯和48芯，经过熔接和布放，通过法兰提供一个站外出口。光端机和路由器就将出口的尾纤芯连接到ODF相应的端子上即可，一收一发各一芯，共两芯，由此可以判断，如果一个24芯光缆满载，可以带12个光端机或路由器，而光端机或是路由器要将信号送到哪里，通过哪个站的哪个芯上走，需要按照通信运行方式来进行调整。

有些情况下，一些比较远的站要将站内的信号送到局里，需要通过有实际光缆互联的站点，经过多次转送后送入局端，此种连接方式也叫跳接。而对于每条光缆而言，每一对芯只能同时运行一个业务，且站内发出的和接收的端子均需要芯相同才能接收到。这个是进行光传输通信时所需要熟记的一点。

图4 ODF示意图

二、通信主要设备简介

1）PCM

在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（Pulse-code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。PCM有两个标准（表现形式）即E1和T1。中国采用的是欧洲的E1标准。T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是2.048Mbit/s。

通过以上原理性的介绍，我们不难看出，其实PCM是实现了64k音频传输和2M数字传输的互相转换，在其内部是通过时隙的一一对应而完成的通信，一个2M方向可以分出32个时隙，其中0和16时隙是设备专用，不可用于业务传输。其它剩余的30个时隙可用于话路业务和自动化设备的业务传输。具体调整业务的时隙，视设备的要求，用设备自带的手持终端或是通过特有的串口线连接至电脑进行调整。

简而言之，PCM在通信中的作用就是，将站内的自动化设备信号及话路信号进行中转，变为2M信号，通过一对2M收发线通过DDF连接至SDH传输设备。常用的维护操作就是依据方式的制定，登录设备内部进行修改时隙的操作，从而改变业务的走向。

图5 PCM示意图

2）光传输设备

光端机是我们内部方便称呼而使用的，正式名称是SDH光传输设备。SDH光传输设备，是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。SDH光传输设备可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，由于兼容性好，传输方式先进，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，在通信光传输网络中占据主要地位。在目前应用的背景下，单条光路最大的使用带宽容量是2.5G，常见于枢纽站点的传输。当然，如果到了省级的层面，带宽容量可能会高达10G以上。

SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N（Synchronous Transport Mode，N=1，4， 16 ，64），最基本的模块为STM－1，四个STM－1同步复用构成STM－4，16个STM－1或四个 STM－4同步复用构成STM－16，四个STM－16同步复用构成STM－64，甚至四个STM－64同步复用构成STM－256。STM-1的传输速率为155.52MB/s，STM-N的速率可等效为N×155.52Mb/s。

在实际应用时，SDH光传输设备是从DDF侧，将站内所有的2M信号汇聚为光传输信号，通过尾纤连接至ODF上从而传输出站。常见的维护操作是在网管上进行光路的调整，站内巡视的时候需及时清理它的风扇挡板，否则容易导致温度变高而导致不正常。

图6 光传输设备示意图

3）交换机和路由器

路由器在电力通信的作用和光传输设备类似，一般是站内的出口设备，即所有业务以网线的形式接入至路由器，再由路由器经过特定的路由到达局端。可以说是等同地位乃至更超前的地位，它可以支持很多协议，并且提供的GE口既可以接光缆尾纤，也可以接网线，兼容性更好，且传输方式较PCM和光传输组合来讲要简单很多，减少了很多中间节点，方便检修人员更精确地定位故障点。当然，它的缺点就是：当光路发生故障时，不如SDH设备切换通道快，需要花费一段时间才能计算好备用路由；且需要所有业务要以网线的方式接入至路由器。而目前的老站里，电话业务还不支持网线。最近电力系统推行应用的D5000系统，就是经过由路由器组成的调度数据网络进行的传输，而站内的D5000设备就是以网线的形式接入至路由器。

下图即为站内交换机和路由器的示意图。许多网口的最上面两台设备为交换机，它负责将所有用网线接入的业务汇聚，再传送至位于第四层的路由器，路由器通过尾纤连接至ODF，将所有的信号传送出站。