试论配电自动化系统光传输装置

摘　要：介绍了日本中部电力公司开发的配电自动化系统光传输装置的结构；探讨了配电线路开关的监控、查表、负荷测量、用户管理的自动化。该光传输装置1997年开始试制，已于1998年在日本中部电力公司各个区的作业中得到了应用。
关键词：配电自动化； 控制； 系统
分类号： TM 764

FIBER NETWORK UNIT (FNU) FOR DISTRIBUTION AUTOMATION SYSTEM

Guo Shiyi
(Houma Communication Cable Factory, Houma 043015, China)

Abstract：The structure of distribution automation optic fiber transmission system, which is developed by Nippon Chubu Electric Power Company, Japan, is introduced. Then the paper makes a further discussion on the monitoring and control of switches for distribution lines, automatic metering, load survey and demand side management (DSM). The unit has been trial-produced since 1997 and is in real operation in Japan now.
Keywords：distribution automation; control; system▲

0　引言

　　配电自动化系统一般指包括配电线路开关的监控、自动查表、负荷测量、用户管理等的自动化系统。日本中部电力公司为了对配电网开关进行监控，开发了配电自动化系统光传输装置(fiber network unit,缩写为FNU)。本文系统介绍这一典型的FNU装置^［1］。

1　系统构成

　　图1为配电自动化系统的总布局。各开关与子系统连接，8个子系统一组由4条通信线路通过混合变压器(HYB)连到配电遥控中心。配电遥控中心使用移频键控信号(frequency shift keying,缩写为FSK)通过线路对各子系统进行监控。

图1　配电自动化系统现状
Fig.1　Outline of distribution automation system

　　图2为FNU的系统构成。在配电遥控中心一方设置FNU—ID(FNU室内部分)；在子系统一方设置FNU—OD(FNU室外部分)，由光纤耦合器构成的多点线路连接。一般每个FNU—ID连接4个～8个FNU—OD，信号传送距离为15 km，1台FNU—OD可与2台子系统连接。

图2　光传输系统基本构成
Fig.2　Constitution of fiber network unit (FNU)

　　FNU装置是把移频键控信号变换为光信号进行传输，因此，现在常规的配电遥控中心和子系统可以逐步试用。

2　FNU装置介绍

　　表1所列为FNU装置的接口要求。

表1　FNU装置接口要求
Table 1　Specification of optical interface 项　目要　求 光纤入射电平-10 dBm typ 最大接收光电平-7 dBm 以上 最小接收光电平-39 dBm 以下 不失真范围26 dB 以上 适用光纤SM10/125光纤 适用连接器SC型连接器 发光元件LD (λ=1.31 μm) 受光元件PIN-PD
　　使用光纤耦合器连接的多点线路，可以确保26 dB以上的信号不失真范围。接口设计中也考虑了传输距离短、信号无衰减、接收电平高的情况。
　　若干个子系统由多点线路连接而成。为了根据特定数据对应传送，电光转换电路(E/O)需要有对应的脉冲传送。为此，该装置采用了鉴别力为1 bit且与输入信号波形相同的光电转换电路。
　　表2所列为FNU装置的传输方式。

表2　传输方式
Table 2　Specification of transmission method 项　目内　容 复用方式时分复用 传输速率1.544 Mbit/s(NRZ) 符号化方式CMI符号 帧193 bit FSK信号处理由PCM转换为8 bit数据
　　若将FSK信号通过光纤传送，可有多种方法进行信号的转换。该装置从信号的品质和复用的方便程度出发，采用了脉冲编码调制编码/译码的转换数字信号方式。表3所列为FSK信号的要求。表3　FSK信号要求
Table 3　Specification of FSK signal interface 项　目要　求 传输速率上行：600 bit/s
下行：600 bit/s
　　　　 或1200 bit/s 输入输出
信号电平下行： 输入-21 dBm～-25dBm
输出 输入信号
电平+12 dB
上行： 输入-13 dBm～-17dBm
输出 输入信号
电平+12 dB 输出电平偏差±1dB
　　配电遥控中心和子系统之间的信息传输要满足FSK信号的品质要求，为此，在FNU的装置中的FSK信号传输速率为1　　200 bit/s和600 bit/s。
　　这个系统是若干个FNU—OD连接在多点线路上，因此，传输子系统向配电遥控中心方向上行传输时，传输光信号的FNU—OD在传输线上，必须是1台。为此，做上行信号的载波检测。从检测开始到判定信号有效这段时间，FSK信号不能传送而消失，考虑到这点，检测判定的时间设计得很短。3　FNU装置的室外部分

　　图3所示为FNU—OD的方框图。从子系统上行的信号经由保安器，再由可变衰减器进行电平调整，经脉冲编码调制变换成数字信号，变换成的数字信号与FNU装置的专用不停电供电电源(PS)的信息接点复用，构成所规定的帧后，转换成解码符号，经E/O变换后传送，这个信号是有效的。上行信号的有效与否由载波检测电路来判断。

图3　FNU-OD装置方框图
Fig.3　Block diagram of FNU-OD

　　另一方面，信号经O/E转换，从解码电路过渡到隔离电路。隔离电路是把接收帧处理数据的FSK信号经编码译码，向应用检测符的误差检测电路过渡，FSK信号经编码译码过程转换成模拟信号，放大到所规定的电平后，经由保安器变成下行信号输出。另外，误差检测电路把循环冗余校验结果、光信号的接收状态作为接点信息输出。表4为装置概要。

表4　FNU-OD装置概要
Table 4　Parameters of FNU-OD 项　目内　容 尺寸310 mm×210 mm×125 mm 重量10 kg以下 电源电压DC 12 V 耗电7 W以下 温度范围性能保证： -20 ℃～50 ℃
动作保证： -30 ℃～60 ℃ 箱体气密性JIS C0920 保护等级4
　　结构按日本相关标准，框体采用铝合金型材，为适应室外的恶劣环境，采用耐候性涂复。由于FNU—OD安装在电杆上，和外部的连接使用防水的电缆和接插件，框体结构也按日本相关标准，具有标准中4级以上的密闭性。图4所示为实际安装情况。

图4　FNU-OD装置安装示意图
Fig.4　Schematic diagram of FNU-OD installation

　　FNU—OD和专用的不停电供电电源(PS)一起用固定卡装在电杆上。
　　考虑FNU装置的维修，设计了以下功能：① FNU装置不停电供电电源(PS)的故障信息传送；②保险熔断接点输出；③光信号接收状态的接点输出；④移频键控信号FSK输入电平调整功能。

4　FNU装置的室内部分

　　FNU—ID由8个回路单元和电源单元组成，装在标准的壳体内。电源单元可按装置的需要提供直流110 V，48 V，24 V三组电源。
　　FNU—ID基本情况如表5所列。其环境条件是满足一般室内装置的要求。

表5　FNU-ID装置概要
Table 5　Parameters of FNU-ID 项　目内　容 尺寸480 mm×299 mm×297 mm 重量　 10 kg以下 电源电压　 DC 24 V，DC 48 V，DC 110 V 耗电　 90 W以下 温度范围　 性能保证： 0 ℃～40 ℃
　 动作保证： -10 ℃～50 ℃ 实装数　 最大8台
　　考虑到装置维修，设计有如下功能：① FNU专用不停电电源故障信息接点输出的时间传感功能；②综合故障接点输出；③光信号接收发送状态的电子显示；④ FSK信号输出电平的调整功能。

5　结语

　　本文介绍的配电自动化系统光传输装置，1997年夏天开始试制，已于1998年在日本中部电力公司各个区的作业中得到了应用。■

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