某变电站通信网络子系统升级设计

时间：2024-09-03

国网陕西省电力公司检修公司谢利勋

西安工程大学计算机学院陈紫薇孙媛任晓妮

某变电站通信网络子系统升级设计

国网陕西省电力公司检修公司谢利勋

西安工程大学计算机学院陈紫薇孙媛任晓妮

针对变电站通信网络子系统改造的需求，对变电站现有的设备和连接方式进行了深入地调查研究，规划了双平面调度数据网络接入系统的方案，并完成了工程实施方案的设计。根据现场实际情况，完成了通信设备屏和数据网接入设备屏的重新布局，增加了DDF和ODF配线架，实现了冗余电源系统的设计等工作。通过现场施工、配置组态和联调，通信、网络和终端设备都成功接入各自的系统。

光纤通信；调度数据网络；纵向IP加密认证网关；终端设备；逆变电源

引言

根据上级调控中心和国家电力公司调度数据网络标准[1]的有关要求，项目组负责了变电站调度数据通信网络的升级改造工作。这些早期建设的变电站调度数据网络采用单平面网络设计，不满足冗余配置的要求；数据网络中纵向IP加密认证装置配置不够，也不符合要求。基于这一现状，规划设计了一种新的双平面调度数据网络通信子系统，并进行了实施方案设计，以期达到变电站网络通信子系统升级改造的目的。

1.调度数据通信网的现状

早期建成的变电站数据通信网主要使用网络方式实现自动化信息的接入。数据通信网子系统主要包括调度数据网络设备屏和光纤通信设备屏两部分。调度数据网络设备屏主要由交换机、路由器等设备组成，实现自动化信息的接入。通信设备屏主要由光端机和PCM等组成，主要实现变电站之间的光纤通信连接和电话通信等功能。调度数据网络中的路由器通过一路E1同轴电缆连接到光端机，光端机再跳接至架空光缆，与对侧变电站实现光通信连接，从而实现数据信息的远程传输，如图1所示。

图1 变电站自动化信息接入系统的现状

由于这些变电站数据通信网设备的已运行多年，与电力公司新近下达的规范要求相比，已有许多不相符的地方，主要问题如下：（1）这些变电站都采用单平面调度数据网实现信息接入，网络设备没有双平面冗余设计；（2）调度数据网络中没有安装或者只安装了1台纵向IP加密认证网关，而且该装置旁路运行，没有实际投入运行；（3）早期装备的远动终端（Remote Terminal Unit, RTU）没有网络接口，没有接入网络，而是采用PCM的异步串口接入；（4）部分网络设备已停产，需要替换新的设备。

2.变电站调度数据通信网络规划

随着电力调度自动化通信技术的发展，厂站端的自动化信息要统一采用网络方式接入系统。电力调度数据网络建设的总原则是“网络专用，安全分区，横向隔离，纵向加密”十六字方针[2-3]。同时，为了提高网络通信的可靠性，网络设备和通信接口都尽量采用双冗余配置，一旦其中一个平面的设备存在问题，则自动切换到另一平面的网络上运行[4-5]。为此，这些变电站的电力调度数据网络SPDnet要新增第2平面网络设备，同时更换远动通信单元，使其具备双平面调度数据网的接入能力。新规划的变电站数据通信子系统如图2所示。

图2 变电站调度数据通信网规划

由图2可见，新规划的调度数据通信网有如下几个方面的特点：（1）调度数据网设备由两套完全独立功能相同的网络接入设备组成，实现了网络接入的冗余配置，进一步提高网络通信的可靠性；（2）远动通信管理机和电能量远方终端（energy Remote Terminal Unit, eRTU）都采用双网络接入调度数据网；（3）PCM专职变电站电话通信，不再使用其异步串口实现RTU接入。这种方式存在串口通信线长，数据通信压接在音频配线架，容易产生掉线故障；（4）第1、2平面的路由器采用双E1接口与光端机连接，增强E1连接的可靠性；（5）改造后的调度数据网络配齐的纵向IP加密认证网关；（6）增加DDF数字配线架和ODF光纤配线架，方便信号检测和联调测试；（7）新增双冗余的逆变电源，分别给2个平面的数据网设备供电。同时增加了AC 220V备自投装置，实现逆变电源的交流输出给自动化和电能量远方终端供电，提高这些设备的电源可靠性。

因此，新规划的网络通信子系统普遍采用了双冗余设计，具有更高的可靠性，符合有关文件的要求。

3.工程实施方案

在完成变电站通信网络子系统规划设计之后，参照现有设计[6]，进一步采用AutoCAD软件绘制设计了工程实施方案的图纸。原有变电站的网络通信子系统由2面屏体组成，分别是光纤通信设备屏和数据网接入设备屏。在扩展1个平面的调度数据网络设备之后，网络接入设备屏的设备过多，其逆变电源和备自投装置移至通信设备屏内安装，因此对两面屏体进行了重新的布局设计。

3.1 增加DDF和ODF配线架

原有的光纤通信电路没有安装数字配线架和光纤配线架，通信闭环检测和光信号衰减测试都不方便。根据要求，本期改造增加了DDF32数字配线架和 ODF24光纤配线架，2个配线架都安装在通信设备屏。使用配线架进行通信信号转接后，增加了信号缆的标识，规整了通信连接，提高了通信检测的方便性。

3.2 双冗余电源系统

双冗余电源系统安装在通信设备屏的下端，给通信屏和数据网屏的电源供电，如图3所示。图3中，设备的供电电源分别来自直流电源分配屏和交流电源分配屏。2个逆变电源有各自的交直流空开，一旦逆变电源故障，可以分别切除其电源供电。逆变电源的输出连接到屏内端子上转接，2个逆变电源分别独立给数据网屏中2个平面的网络设备供电，同时逆变电源的2路输出又连接到交流电源备自投装置的输入。备自投的输出分为两类，一类是给屏内的-48V通信电源，该电源给光端机供电；另一类是给自动化终端供电，通过屏内接线端子外引。根据网络和自动化终端设备的的容量需求，每台逆变电源的容量选择3kW的功率。

3.3 调度数据网设备的连接关系

图3 冗余电源施工方案

调度数据网设备由两个互为备用、功能相同的网络节点组成。每个网络节点目前实现了Ⅰ区和Ⅱ区终端设备的接入。每个区的接入设备都是24口网络交换机，交换机出口报文经过加密认证处理后接入路由器，路由器有两个快速以太网接口FE0和FE1分别用于Ⅰ区和Ⅱ区信息的接入。这里以第1平面网络节点为例，连接方式如图4所示。

图4 数据网设备屏内连接方式

为了实现Ⅰ区和Ⅱ区信息的安全隔离，路由器采用了VPN虚拟网络专线方法实现信息传输的复用。