国家电力公司电力自动化研究院　汤效军

　　随着我国电力系统的迅速发展，农村电网也正在经历着建设、发展和改造的过程。在这种形势下，农网对与其相适应的通信信道的要求也在不断地提高。近年来，电力通信技术得到了迅猛地发展，新的通信方式相继应用到电力通信领域中来，为农网信道的建设提供了较好的条件和较大的选择灵活性。农网通信系统处于电力系统通信网的边缘，属于支线通信网。其网络布局多呈“面”状分布，比较分散。组建这样一个支线网要解决的主要问题是根据当地的实际情况，合理地选择适当的通信方式和设备，实现通信网的覆盖范围、传输容量、信息路由、可靠性及经济指标在满足电力系统通信要求基础上的统一。因此，建设一个合理的农网通信系统，我们需要首先了解农网通信系统的发展现状、一些适用于农网的通信方式以及组建一个农网通信系统时需要考虑的问题。

农网通信系统的发展现状

　　以前的农网由于经济发展的原因，一个县级电网仅含几个35kV变电站，不含或者仅有一个110kV变电站，供电量较小，还没有迫切地实现电力系统调度自动化的要求，农网通信多以电力线载波为主要通信方式，即以调度所为中心，沿着输电线的走向沟通同各变电站的通信联系。而在输电线路检修及电力线载波机故障时，则以特高频通信为辅助的备用通信手段。具有这种特点的农网通信系统在电网规模不大，通信网的传输业务仅限为调度电话时，还是能够适应当时电力系统调度通信要求的。

　　80年代末期，随着农村电网规模的不断扩大，县级电网的变电站数量明显增多，供电量也逐年增大。这时仍然采用电话调度的方式已不能满足电力系统生产运行的需要，因此，实现农网电力调度自动化的要求也越来越迫切。这一需求给农网通信系统带来了增加远动通道的课题。利用电力线载波机的上音频频带能够可靠地传输远动信号，而特高频电台由于抗干扰性能差，信号传输不稳定，不适用于远动信号的传输。不同通信方式的差异在这里开始体现出来。

　　90年代期间，一些新的通信方式开始逐步应用到农网通信中。一点多址微波通信、集群通信、扩频通信及光纤通信等多种形式的通信方式为农网通信系统的改造和信道的建设提供了新的通信手段。同时，随着农网结构的日趋复杂和对电力调度自动化要求的不断提高，许多农网调度所根据自己的经济条件不仅实现了电力调度自动化，也正在着手组建较为现代化的通信网。一般在调度所以电力调度程控交换机为中心，通过少量的有线或无线信道形成电力调度通信网。有的地区还对原有的电力线载波通信网进行了改造，增加了扩频或一点多址通信。有的地方还实现了短距离的光纤通信，组建了集群移动通信网。在目前情况下，农网通信系统不仅需要传输调度电话，还要传输远动、数据、图文及计算机信息。随着电力调度程控交换网、通信网监测系统、MIS信息管理系统、会议电视系统、配电网自动化发展的需要，将来还要将传输信息进一步扩展到监测数据、交换机中继信令、视频图象及配电网自动化数据等内容。因此，建立一个与当前农网实际要求相适应的、并且满足将来若干年发展需求的现代化农网通信系统已是迫在眉睫的任务了。

适用于农网的通信方式及设备

电力线载波通信

　　电力线载波(PLC)是电力系统特有的、基本的通信方式。由于电力线载波使用坚固可靠的高压电力线作为载波信号的传输媒介，是唯一的不需要线路投资的有线通信方式。再加上电力线载波信息传输稳定可靠，路由合理以及能够同时复用远动信号等特点，因此具有可靠性高、经济性好、随新建工程开通快、维护管理方便等优点，在我国农网电力通信中得到了大量应用。根据国际大电网会议80年代发表的30个国家应用电力线载波通道的统计，虽然随着各种新的通信方式的出现，各类通信线路所占的比例各有所变化，但电力线载波通信在较发达国家的比例却一直保持在12%左右，而在发展中国家则高达30%。

电力线载波通信技术的发展概况

　　在国外，一些公司一直积极进行电力线载波机的研制开发。就技术上说，挪威NERA公司的A.C.E.32全数字电力线栽波机及德国西门子的ESB-2000准数字电力线载波机代表了目前国际上电力线载波机技术发展的水平。我国从５０年代开始研制电力线载波机起，到８０年代发展到全盛时期。９０年代初期以后，电力线载波机的需求随着我国经济的发展进一步扩大，采用多种新技术开发的电力线载波机纷纷面世。其中最具有代表性的是在电力线载波机中采用了微机控制，专用集成电路及数字化设计新技术。这三项技术的采用为电力线载波机的智能化，小型化、高可靠性及今后的数字化发展方向奠定了基础。

电力线载波机制式分类

　　从传输的信号类型上来说，电力线载波机可分为模拟和数字两种制式。其中模拟载波机在调制次数上又可分为一次调制、二次调制和三次调制三种制式。一次调制的载波机采用移相法抵消无用边带，电路简单，成本较低，多用于３５ｋＶ线路，属于简单类型的电力线载波机；采用二次调制的载波机是标准的传统制式载波机，能够实现频率的最终同步，具有较高的技术指标，是电力系统广泛采用的载波机制式；采用三次调制制式的载波机能够较容易地实现现场载波频率调整，而不用更换复杂笨重的高频带通滤波器及方向滤波器，这是在二次调制基础上的发展。数字电力线载波机分为准数字和全数字两种。其中准数字载波机在中频调制以下采用高速数字信号处理器（DSP）将音频及中频调制部分进行数字处理，实现了压扩器、均衡器、限幅器、调制器及滤波器的数字化，还可实现大范围的自动增益调整（一般可达６０ｄＢ以上）和远动信号的自动增益调整。在高频部分，这种制式的载波机仍然传输模拟信号，因此同广泛使用的模拟载波机有较好的兼容性，我国已有同类产品问世。全数字电力线载波机（DPLC）是电力线载波通信方式的一次革命，采用了标准数字接口、数字压缩及先进的数字调制方式，在电力线上传输的信号为数字信号。这种类型的载波机一般可实现多路话音及远动信号的传输，可复用保护信号，与其它数字通信设备接口方便，是电力线载波通信发展的主要方向。另外还有一种采用扩频通信技术的载波机，能够在噪声大于信号的恶劣情况下可靠地通信。由于这种载波机占用整个载波频带，因此主要使用于１０ｋＶ配电线路传输配电网自动化信号。

适用于农网使用的电力线载波机性能要求

　　大家已经知道，农网通信有它自身的特点和要求，因此，在组建农网通信系统时，选择具有何种功能要求的电力线载波设备是一项至关重要的工作，下面提出几条意见供参考。

宽范围的自动电平调整功能

　　由于农网输电线路分支线多，结合加工设备安装不规范以及输电线路的运行方式常常变化等因素，带来了载波通道衰耗大、不稳定的问题。农电载波机的自动增益调整（AGC）电路应能够适应这种情况，才能保证载波机工作于最佳状态。在目前的技术水平下，已可将自动电平调整范围做到６０ｄＢ，这将大大改善载波机的运行状态，保证调度电话的清晰和远动信号的正确传输，尤其在线路检修接地时多数情况下仍能保持电话通信（杂音有所增大）。

电话用户内部交换功能

　　在一些变电站或水电站，工作区和生活区均在同一个院子里，或者变电站与水坝相距有一段距离，为了工作的方便，要求载波机具有内部交换功能，适当增加电话用户的数量（一般希望能够做到8用户）。

调度电话优先功能

　　为了保证调度电话的使用优先权，在多用户载波机中应当具有调度电话的优先功能。在紧急情况下，调度用户能够采用协商或命令的方式强占载波通道，保证调度电话的优先级。

远方电平遥测功能

　　目前，电力线载波通信的远方站大多数实际上都是无人值守站。如果不能掌握远方站载波设备的运行情况，是不利于载波通道的维护管理的。因此，要求农网载波机具备远方电平遥测功能。该功能包括遥测远方站收发信电平及遥控远方站送停８００Ｈｚ测试信号。

具有多种用户接口

　　为了便于组网运行，农网载波机应当具有齐全的接口，如交换机接口，音频转接接口，远动接口等。其中交换机接口除了二线和四线Ｅ＆Ｍ接口之外，较为灵活的一种方式是载波机与交换机之间的用户线接口，俗称“小号”口。这一接口方式只需占用交换机的一对用户线，因而具有较强的适应性。

较宽的电源电压适应范围

　　大家知道，农网载波机的运行环境是较为苛刻的。电源电压的变化范围比较大，并且不稳定，这就对农网载波机提出了能够适应较大的电源电压变化范围的要求。一般来说，使用开关电源的载波设备较能够满足电源电压的要求。

　　将上述几条综合起来，实际上就是农网载波机应具有的 “免维护”的性能要求，也就是目前国内常常提到的“傻瓜”电力线载波机的概念。

特高频通信及集群通信系统

　　模拟特高频通信采用150～400 MHz频段，输出功率5W左右，覆盖半径30km，天线高度15～30m，可实现1对1及1对N的异频双工通信，适用于平原和丘陵地区。特高频通信具有投资省、不受线路检修影响和安装维护方便的优点。在许多采用电力线载波作为主要通信方式的农网中，大多使用特高频通信作为备用的通信方式。但是，特高频通信性能不甚稳定、抗干扰性及话音质量差，尤其在传输远动信号时更不理想。

　　数字特高频系统采用150～600 MHz工作频段，传输容量4～16路。设备采用了先进的频率合成技术及ADPCM语音压缩技术。具有自检、自测及远端设备监视、告警功能。可组成小容量的数字无线接力通信系统，适用于传输话音、数据等信息，组网灵活、使用方便。

　　集群通信系统（TS）采用150～800MHz频段，是一种组网型的无线通信系统。基站信道容量可达32个，系统容量可达900用户。通信范围：手机30km，车载及固定台50km。具有数字中继及环路中继接口。集群通信系统可提供电话网式的服务（市话、长话、自动计费），同时又具有生产管理，调度指挥功能（内部电话、选呼、组呼、电话会议），因此性能价格比高，是一种较先进的特高频无线通信方式。

小容量数字微波及一点多址数字微波通信

　　小容量数字微波采用2.4～5.8 GHz频段，具有30路的通信容量，单跳通信距离一般小于50km。各种接口齐全，如：二线用户接口，交换机E&M中继、环启中继、脉冲中继。小容量数字微波具有体积小，安装方便，抗自然、人为破坏能力强，高抗干扰能力，保密性好的特点。可应用于农网中的集中信道上。

　　一点多址（PMPS）数字微波是一种具有较宽通信覆盖面的通信系统，由中心站、中继站及外围站组成。中心站通过集线器与调度交换机相连，每一外围站用户数为6～64个。我国无线电管理委员会规定一点多址系统使用1.5 GHz频段通信。一点多址系统一般采用时分多址（TDMA）方式，只使用一对收发频率工作，因而占用频段窄，不存在交调干扰。通常一个系统具有15～60个通信信道，可分配给94～1024个用户使用。信道的分配方式有预分配和按需分配两种。预分配信道用于传输实时性较强的数据信号，而按需分配信道则用于传输调度电话信息，这种信道分配方式既满足了电力通信的需要，又提高了信道的利用率。中心站和中继站使用全向天线，可覆盖较大范围的外围站，使得外围站的用户不仅能够与中心站通话，也能够与不同的外围站用户通话。并可在1+1热备份状态下工作，在故障时能够自动切换。一点多址系统收信灵敏度高，抗干扰能力强，具有较完善的信道监视和系统管理功能，各种接口使用灵活方便，运行稳定可靠，在平原和丘陵地区是一种值得推荐使用的通信方式。

无线扩频通信

　　扩频通信（SSC）多数采用直接序列扩频（DSS）技术，其原理是先将待传送的信息通过伪随机码序列调制，实现频谱扩展后再传输，接收端则采用相同的编码序列进行解调及相关处理，恢复原始信息。扩频通信的这一特点使得这种通信方式具有很强的抗噪声性能，在信号完全被噪声淹没的情况下仍能可靠工作。扩频通信使用的频率是一个频带，由于发信功率很低，不会干扰其它通信。而且多种扩频信号亦能公用同一频带。扩频通信还具有较强的抗干扰、抗多径衰落性能，可穿越一定的障碍，并能够应用于较复杂的电磁环境之中。

　　扩频通信系统采用码分多址（CDMA）技术实现点对点，点对多点(可多达60个外围站)的话音、数据、图象的信息传输。整个系统由多对扩频信道机和数字复接设备组成，具有透明的传输协议和话音压缩性能。一对扩频设备的通信容量一般为二路话音，二路数据，支持同步及异步数据传输，最大传输速率可达2Mbps。在64kbps速率下接收灵敏度为-98dBm，误码率低于10-10。单跳通信距离一般在40～50km以内。交直流电源双备份、自动切换，多种数据接口，防雷电过压保护，用计算机实现系统状态设置。扩频通信系统具有先进的网络监测和管理功能，含有误码报警及多种状态显示，可对系统的接收信号强度及误码率进行实时监测，亦能够自动迂回路由，提高了网络的可靠性。另外，扩频通信系统的工程价格大大低于微波系统，具有很好的经济性。

光纤通信

　　光纤通信的原理是利用经过信息调制的光载波在光导纤维中的不断反射到达对方，再解调出原始信息实现信息传输的。其主要特点是传输容量大、高速率、传输距离长、抗干扰性强、绝缘性能好等。尤其是抗电磁干扰和绝缘性能好这两大特点，可应用于变电所、高压线路等高电压、强电磁干扰环境,是目前电力系统通信中正在逐步广泛应用的通信方式。

　　光纤通信信道由光缆、光端机及数字终端机组成。光缆有非金属自承式(ADSS)、地线缠绕式（GWWOP）和架空地线复合(OPGW)光缆，具有大跨距（1800m），耐高压（500kV以内），高强度（强度高达13500kg），长寿命（40年以上），温度特性好，防水，抗电蚀，不受强电干扰的特点。光电端机传输容量为30～480路。含有数字公务电话，数据通道，可用硬件实现对端监控。光纤通信方式十分适用于农网中通信容量较集中的干线通信。

　　光纤通信还能连接同步数字体系（SDH）设备，这是近年来国际上新发展的一个有关数字通信体系接口、传输速率和格式的国际标准。SDH针对已广泛使用的准同步数字体系（PDH）的一些弱点，实现了PDH体系中1.5Mb/s和2 Mb/s两个标准在SDH基本模块上的统一。SDH设备的出现，使得数字链路中的上下话路变得十分灵活方便，可一次性从高速数字信号流中取出低速基群信号，也可直接由低速信号复用至高速信号流。这样就克服了PDH必须逐级复用或解复用的繁琐。SDH可以同宽带综合业务数据网（B-ISDN）兼容，还具有较强的网络管理能力，使得在信道故障情况下实现自愈。

电力调度程控交换机

　　电力调度程控交换机在通信系统中总是担任极为重要的角色，是系统的核心或网络的重要节点。模拟制式的程控调度机目前已在农网中获得广泛使用，基本取代了纵横制交换机；数字程控调度机几年来显示了其优越的技术性能，其售价也在不断趋于合理，因此许多农网调度所正在逐步采用。根据调度机的性能及价格，按照农网通信的要求可将其大致分为适用于调度所的机型和适用于变电站组网的机型两种。前者容量较大（一般128～256门用户），功能强，价格高；后者容量较小（一般24～80门用户），功能适中，价格低。

　　电力调度程控交换机由主机、调度台、维护终端和其它外设组成。外接设备常包括：录音设备、扩音设备、话筒、电脑话务台、触摸屏等。

　　调度机的信令方式一般有双音多频（DTMF），多频互控(MFC)和No.7信令。局间信号有双音多频（DTMF）和E&M信令。各种接口包括：四线E&M、二线E&M、环路中继、数字中继、载波音转等。电力调度程控交换机的关键设备如中央控制单元、时钟单元、电源等采用双重备份，整机可靠性高。网内可采用封闭式统一编号方案，按需要可组成长市合一的自动交换网。采用标准接口，有多种信令方式和转发号码方法，中继线连选，路由再选，方向迂回，并能自动消除电路阻塞。此外，还具有多级优先，紧急呼叫，电话会议，缩位拨号，调度热线以及数据交换，故障自诊，人机通信，计费管理，集中维护及远端维护等功能。

农网通信系统的组织

　　前面已经提到，组建一个农网通信系统要解决的主要问题是根据当地的实际情况，合理地选择适当的通信方式和设备，实现通信网的覆盖范围、传输容量、信息路由、可靠性及经济指标在满足电力系统通信要求基础上的统一。要达到这一目的，就需要我们先来分析一下农网通信系统的主要特点和要求，然后才能着手进行通信网的规划和组织。

农网通信系统的特点

通信容量

　　农网通信系统的通信容量一般不大，由调度所通往枢纽变电站的电路一般小于20路，通往一般变电站的电路为2～4路左右。在现阶段，农网的信道数量普遍不足是首要问题。

网络结构

　　农网通信系统的网络结构目前多为星形网，以调度所为中心呈放射状分布。同时在某一条支线上又沿输电线呈链状分布。这种网络结构是由于早先使用电力线载波通信的原因形成的。其特点是经济实用，今后的通信网络结构可在此基础上进行改造。

信道环境

　　对于电力线载波来说，农网输电线路存在较多的分支线，造成过多的高频桥路；结合加工设备的使用不规范，如参数选择不当及使用一些其它导线（如铝包钢绞线）来代替高频电缆，因而常存在阻抗不匹配的问题。另外，由于某些电力线载波通道在35kV和110kV的输电线路之间搭接高频桥路，使得电力线载波频率分配混乱，造成了载波设备之间的串扰，甚至影响到载波频率资源的利用，无法增加新的载波通道。

　　对于无线通信来说，在平原地区可能因为无线电频率的同频干扰较大，降低了通信质量；而在多山地区，又由于障碍阻挡或多径干扰，难以建立无线通信。

地理条件

　　由于农网多地处边远地区，往往存在复杂的地形条件，如高山、湖泊，交通不便等因素。

　　这些问题在农网信道改造时应当有所考虑。

电源环境

　　在地理位置上农网处于电力网的末端，供电电压不太稳定，并且常常停电。一般的变电站220V电压均偏高，然而在有些含小水电的山区平时供电电压偏低，设备工作于欠压状态；而在丰水季节，一旦小水电投入发电，电压又反过来偏高，设备工作于过压状态。这一特点要求变电站通信设备具有较宽的电源电压适应范围，同时要求配备后备电源。

安全防雷

　　农网不少地区雷电活动十分频繁，常常会对通信设备造成较大的危害。因此，应当重视通信设备的防雷保护，积极采取有效措施，做到防患于未然。

维护管理

　　农网通信技术人员较少，技术水平普遍较低。必须大力开展通信技术培训，努力提高通信管理人员的技术素质。

农网通信系统的要求

电力通信规程的要求

　　根据电力通信设计规程，为了保证电力调度通信的可靠性，每一变电站的调度通信信道必须由两种以上的不同通信方式组成。

话务量的“突发”性要求

　　农网通信作为电力专用通信网的一部分，其调度电话的话务量具有“突发”性。即平时话务量不大，而在发生事故时话务量则陡然剧增。因此，农网通信系统的结构和信道的配置应能够承受这种冲击。

传输信道容量的要求

　　应能满足调度通信和其它非话业务传输总容量的要求，包括各种备用、迂回信道及将来发展的考虑。

传输信号种类的要求

　　应能够满足当前的需要（如话音、远动数据、图文传真、计算机信号）及适当考虑今后的发展要求（调度机组网信令、通信网监测数据、配电网自动化数据、MIS系统数据、视频信号等）。

调度电话的直通及优先权要求

　　为了保证电力调度电话在紧急情况下能够及时传达调度命令，应努力实现调度电话的直通及强插、强拆优先权。尽量避免二次拨号和人工选择迂回路由。

接口的要求

　　由于农网通信系统使用多种通信方式组网，各种通信设备之间的接口尤为重要，应采用符合有关标准的接口，以便于设备的互连。

信道质量的要求

　　农网通信系统的建设一定要有信道传输质量的要求，不能简单地认为能打通电话，能进行数据传输就万事大吉了。对于模拟通信要考虑信噪比，而对于数字通信则要考虑误码率。这一要求往往与网络规划和信道设计有很大的关系，需要进行统筹考虑，必要时还需进行实地测量。

通信可靠性的要求

　　电力系统法规规定了运行可靠率应达到99.95%以上。这一要求包括了通信网络的可靠性和通信设备的可靠性两个方面。应当通过合理的网络结构设计来加强网络的可靠性，而通信设备的可靠性应通过选用由国家质量技术监督局认可的检测中心检验合格的产品来保证。

兼容性、灵活性的要求

　　农网通信系统是在原有通信网的基础上改造发展起来的，并且还将随着电网的发展而不断地变化，因此要足够地考虑到与原有网络设备的兼容性以及适应网络结构变化的灵活性要求。

农网通信系统的组织

　　农网通信系统的建设是一个系统工程，决不是简单地多建立几条通信信道所包括的内容。所以，应当从整个通信网络的规划和设计的角度出发，在能够达到的经济条件下，因地制宜地运用各种通信方式和手段来满足农网调度通信的通信容量、功能及可靠性等要求。在规划设计阶段，应认真进行统一规划，统筹安排，要充分考虑到原有的系统和设备以及新系统应实现的功能和要求，切勿一味地追求先进的通信方式而忽视了组网目的。而在具体实施时，应遵循分步实施，综合利用的原则，按照通信网规划设计的规范，逐步进行组网建设，不能一哄而上。最后还要注意加强技术培训，提高通信管理人员的技术水平，这样才能不仅建好网，也能管好网。

　　前面曾提到过，农网通信系统目前多数是以调度所为中心的星形网络结构，在一些经济较发达地区，已建立了通信枢纽站对远方站（常位于通信网的末端）的辐射状网络结构，但在多数地区，由于经济发展条件的限制，还未真正形成通信枢纽站，由调度所到所有变电站的通信全部采用点对点的电力线载波直通的通信方式。又由于农村电力网的结构往往较为复杂，有的呈现为长条形状，有的分为许多片，各片之间互不连接。在这种情况下，起码造成了两点问题。第一是一大片电网的通信路由常常通过狭窄的电力线载波路径汇接到调度所，这种状况既不能满足调度通信多种业务功能的需求，也不利于通信容量的扩充。第二是在通信网络角度上来看，整个通信系统的可靠性十分脆弱，一旦发生紧急情况无法保证调度通信信息的可靠传输。

　　针对这种情况，建议各地结合经济发展的条件，在调度所建立电力调度通信网的中心站，其主要组成部分为电力调度数字程控交换机。在一些重要的变电站建立通信枢纽站，作为农网通信系统的节点站。而其它地处边远地区的变电站则作为末端站。

　　从中心站到枢纽站以及一些单独的重要变电站的通信方式可以采用小容量数字微波、扩频、光纤，电力线载波。从枢纽站到末端站的通信方式可以采用电力线载波、扩频，特高频。在多个枢纽站之间，应尽量建立呈环状的通信信道，选择适当的接口，以便实现通信迂回路由。这一工作最好能够结合在各枢纽站设立组网型调度交换机进行（需要考虑适当的组网信令标准），从而真正实现统一编号、自动路由迂回、中继线连选等功能，最后做到调度员下达调度命令能够无阻塞“一键到位”；在通信系统发生故障时，通信网络能够实现“自愈”。在非话业务的传输上，应注意传输容量、设备接口、标准规范、信道质量等问题。

　　在有条件的地方可以建立一点多址数字微波通信系统，大面积地覆盖枢纽站和末端站。利用集群通信可以建立移动通信系统。这两种通信方式均十分适用于农网通信系统，能够实现电话及其它各种非话信息的传输。只要经济及地理条件允许，可考虑其应用。

　　总之，组建一个逐步趋向于现代化的农网通信系统是我国电力事业发展和农网体制改革的需要，也是为了保证农村电力网生产和运行的自动化和高可靠性而提出来的必然要求。在许多地方，农网通信管理人员对于通信网的概念还比较模糊，更不能完成网络的规划和设计，因此需要得到上级电力管理部门、设计单位、电力研究院所及设备生产厂家的支持和帮助。道及将来发展的考虑。