对变电站综自通道选择的探讨

电力系统数据采集与监控 (SCADA) 功能是实现调度自动化的重要组成部分, 无论是对各无人值守变电站的运行数据的采集分析还是调度遥控命令的准确下达, 都必须依赖通过电力通信的数据通信技术对远动数据信号进行透明传输。对我局通信业务来说, 变电站综合自动化业务通道 (以下简称“综自通道”) 是最重要的业务通道之一, 综自通道的安全可靠运行是电网实现调度自动化的重要保障。

1 模拟通道传输数字信号的弊端与优势

在电力通信网络蓬勃发展的今天, 通信光缆已经覆盖我局地区辖下的所有站点, 以华为OPTIX系列SDH光传输设备构建的光传输网络已经取代传统的电力线载波通信成为综合业务主用传输方式;华为FA 16的接入网设备提供模拟用户、V.24、同向64K等多种业务接口, 已经具备数字数据网的构成条件。部分站点已经具备双SD H光传输设备, 双接入网设备以及双光缆路由, 双光纤网络的架构可以淘汰作为备用通道传统的电力线载波通信方式。我局辖下的站点的综自通道主要采用双光纤通道或者光纤主用、载波备用的冗余1+1备份的配置方式, 通道可靠性得到保证。但所有主用光纤、备用载波综自通道却依然使用传统的4线模拟通道来传输远动数字数据信号。图1为我局龙甫变电站光纤综自通道的结构图。

图1中可见, 远动信号经过FSK调制解调器调制成模拟信号, 连接到接入网FA-16的ATI板的4线E&M接口, 再复用到FA-16的2M再经过SD H的映射、定位、复用进STM-1的帧中, 通过光缆传输至局中心机房的SDH设备, 分/插出相应的2M, 再通过相应的4线通道将模拟信号传送到调度自动化系统通道板进行解调, 供前置机分析, 完成远动信号的传输。这种传统的通过模拟通道进行数字数据信号传输的模式对我们维护人员来说有着不少的局限性。

(1) 数字信号不适宜在模拟信道进行传输。模拟信道是为传输语音信号而设计的, 众所周知远动装置要传送的是数据报文而非语音信号, 要在模拟信道中传输, 必须经过发端收端的基于FSK移频键控技术的调制解调器进行D/A、A/D转换, 传输过程产生噪声的积累, 容易对信号带来额外的失真甚至误码。

(2) 收发端必须使用调制解调设备, 增加通道组成的复杂性。调制解调设备是综自通道稳定性的薄弱环节, 变电站端远动装置的调制解调器出现电源模块烧坏导致该站县调、地调综自通道全断的故障在2008年发生两起, 主站的调度自动化系统的通道板故障导致通道出现误码的事件时有发生。

(3) 受到模拟话带信道带宽限制, 数据传输速率低, 无法满足高速数据传输发展的需求。县调综自通道现行的传输速率为600Bd, 目前所用的FSK调制解调器最高速率只能达到1200Bd, 无法满足对传输速率要求更高的101、104远动规约的要求。

(4) 模拟信道故障检测手段复杂, 不便于维护。对模拟信道进行检测需要用示波器、选频表等复杂仪器检查波形, 或者使用提供音频通道检测的数据分析仪器, 一般的2M误码仪没有提供4线模拟通道的检测。

(5) 华为FA-16每路4线E&M模拟通道占用一个64K的数字话路时隙, 传输速率仅为300Bd~1200Bd, 频带利用率低。

以上使用模拟通道进行远动数字信号的传输的缺点分析, 选用基于光传输网络的数字通道进行远动数据传输才是最佳的选择。选择光纤数字通道相对于现在沿用的4线模拟通道有着明显的优势。

(1) 在传输质量上, 数字通道无噪声积累, 传输信号可以再生, 无需进行额外的D/A、A/D转换, 使传输质量大大提高。省去收发端调制解调设备, 减少综自通道的构成环节, 降低通道故障风险。

(2) 数字通道的数据传输速率大大提高满足高速数据传输的要求。数字通道的子速率能达到9.6kbit/s, 0次群是64kbit/s, 1次群达到2.048Mbit/s, 传输速率大大提高。

(3) 采用灵活的多路复用技术提高传输效率, FA-16的SRX子速率板复用5路同步9.6kbit/s的子速率, 只占用一个64kbit/s数字通道, 频带利用率高。

(4) 提供接口类型丰富, 满足不同数据终端需求, 数字接口维护检测手段简便, 直接用2M误码仪就能检测2M通道、同向64k通道或RS232串口, 便于日常维护及故障排查。

2 传输远动信号的数字通道选择

变电站远动信息传输通道的选用应根据现有通信网方式和远动传输规约模式决定, 基于TCP/IP网络104远动规约对传输速率要求最高, 需要提供10/100M以太网通道;基于串口通信协议的101规约和部颁CDT规约对速率要求比较低, 适用于9.6Kbit/S及以下的子速率, 不同的远动规约对通信通道提出不同的要求。

对于新建变电站或者已经具备双光纤网络条件的变电站, 可以优先考虑选用远动传输的104规约, 首先选用10/100M以太网通道为主通道, 毕竟随着网络技术的迅猛发展和在电力系统中应用的逐步推广, 通过网络传输远动信息将会成为主流。根据电力系统二次安全防护对调度实时控制信息的传输安全性的要求, 可以考虑使用独立的2M通道。远动装置通过E1-10/100M协议转换器实现与SDH光传输设备支路板2M端口的连接, 经SDH的光路传输到调度端, 再通过E1-10/100M协议转换器转换成以太网信号供调度自动化系统采集。备用通道则可选择用子速率数字通道通过RS232串口与远动装置连接, 远动规约可以选用101或者CDT。网络方式传输远动的具体实现方式如图2所示。

对于运行中的变电站技术改造或者仍然是光纤网络主用加载波通道备用的站点, 推荐使用子速率数字通道传输101远动规约作为综自主用通道。子速率通道是由华为FA-16接入网设备的SRX板提供多路低速率的同步/异步RS232物理层通道, 其速率从2.4kbit/s、4.8kbit/s、9.6kbit/s可变, 整块子速率板只占用一个64kbit/s数字通道, 具有较高的带宽利用率。远动装置与FA-16的SRX板直接通过R S232串口进行连接, 远动信号通过2.4kbit/s子速率通道首先复用到64kbit/s数字通道, 再复用到2M通道中经过SDH设备进行传输, 相应地在调度端的FA-16的SRX板中分/插出相应的子速率信号, 连接到调度自动化系统。这里值得提出的问题是, 由于RS232串口的抗干扰能力不强, 传输距离只能约为15m左右, 如果远动装置离PCM设备较远, 应在远动装置和传输设备侧加装对应的长线驱动设备。信号电缆要求使用屏蔽电缆, 屏蔽层两端要接地, 敷设时避开强电, 电缆尽可能短。另外因为由多路子速率复用的64kbit/s是作为一个整体在数字传输网络中进行传输和交换的, 如果需要将同一个64kbit/s当中的子速率通道连接向不同的64kbit/s的通道中, 需要增加SCS提供子速率集中交叉功能。图3为利用子速率通道传输远动的具体实现方式。

在不具备双光纤网络条件的站点, 选择电力线载波4线模拟通道传输101或CDT规约作为备用通道始终是实用性和节省投资的的好选择, 传统的电力线载波通信就是利用模拟通道进行数字信号的长距离传输的一个很典型的例子。值得一提的是近年来数字化载波机技术也在不断地改进, 如许继集团与ESB900载波机配套使用的M220数字化语音、数据复接器, 在一个全双工的数字复合信道上完成语音和数据的复接, 在300Hz~3400Hz语音信道带宽通道上传输两路语音和两路低速数据, 提供RS232的数据接口, 而且数据传输速率提高到最高19.2kbit/s, 使电力线载波的性能和应用能力进一步提高。

3 结语

经过前文的分析和初步探讨, 变电站综自通道传输的远动信号是对实时性要求极高的数字数据信号, 应该选择合适的数字信道进行传输, 应该根据现有通信网方式和远动传输规约模式决定合适的通道方式, 并且需要有前瞻性, 能适应未来电力信息化网络建设的需求, 不能一直沿用单一的模拟传输模式, 才能使通信通道更好的为变电站综合自动化系统服务。

摘要：变电站综合自动化业务通道是SCADA系统和变电站自动化系统的连接桥梁, 直接影响调度自动化系统对无人值守变电站的远程监控, 如何选用合适的数据传输方式提高自动化业务通道的稳定性是我们一直需要不断思考的问题。本文从我局目前的自动化业务通道配置现状开始分析, 浅析了使用模拟通道传输数字信号的弊端, 探讨根据目前不同远动规约要求以及不同通信网络配置的前提下的各种传输远动信号的数字通道选择。

关键词：综自通道,模拟通道,数字通道,子速率

参考文献

[1] 李旭.数据通信技术教程[M].北京:机械工业出版社, 2003, 7.

[2] 王兴亮.数字通信原理与技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2000, 6.