变电场景一体化通信技术方案

变电场景一体化通信技术方案2023年5月一、现状及发展趋势 （一）变电业务系统架构 （二）变电业务概述 （三）变电业务发展趋势 二、业务需求分析 （一）生产控制类 （二）运行监测类 （三）远程巡视类 （四）运维管理类 （五）指挥联络类 （六）小结 三、通信技术概述 （一）有线通信技术 （二）宽带无线通信技术 （三）窄带无线通信技术 四、技术适配分析 （一）技术性适配分析 （二）安全性适配分析 （三）经济性适配分析 （四）各类终端通信承载建议 五、一体化通信网方案 （一）总体架构 （二）建设思路 （三）技术原则 （四）建设方案 （五）主要结论 随着新型电力系统建设和公司数字化转型的不断深入，电网运行保障、设备安全运维的挑战和压力不断增加，变电站（换流站）智能化运维、精益化管理要求持续提升，亟需深化有线、无接入灵活、经济适用”的一体化通信网络，以满足现代设备管理发展的新趋势，匹配变电站、换流站各专业业务（以下简称变电一、现状及发展趋势（一）变电业务系统架构力监控系统安全防护规定》要求，划分为控制区（安全Ⅰ区）、非控制区（安全Ⅱ区）及管理信息大区（安全Ⅳ区）。实时网关机等装置和系统。安全Ⅱ区主要包含一次设备在线监测、二次设备在线监测、消防、安防、动环等运行监测类业务，部署综合应用主机、服务网关机、消防信息传输单元、电子围栏、微气象、水浸等装置和安全Ⅳ区主要包含运行监测类（无线）业务、远程巡视类、所有站内业务通过相应安全区接入调度控制、集控站设备监控、远程智能巡视集中监控及PMS3.0等系统。（二）变电业务概述变电站作为电网重要的能源传输节点之一，承担了电网生产运行和控制等功能。按照各业务系统部署区域和终端接入需求，变电业务分为生产控制、运行监测、远程巡视、运维管理、指挥联络共五类。生产控制类业务包括继电保护、安自装置、五防装置、PMU、快速动作、采取有效预防性控制措施，保持电网稳定运行和电网的正常供电。传输数据主要是遥信、遥测、遥调、遥控等信号。该类型业务对速动性、灵敏性和可靠性要求较高，应满足电网及设备安全运行的技术要求。2.运行监测类运行监测类业务包括电能计量采集、故障录波、油色谱监测、SF6气体监测、消防监测等，应用系统部署在安全Ⅱ区，主要用于站内运行的一、二次设备数据和站内辅控系统的重要数据采集、传输以及辅助设备控制。运行监测类业务分为一般类和涉控涉敏类业务，传输数据主要是遥信、遥测、遥控信号，该类型业务主要特点是终端数量庞大，安装位置较为分散。远程巡视类业务包括巡检机器人、工业视频摄像头等，部署在安全Ⅳ区，主要用于站内的设备巡视、安全监控、人员监控，传输数据主要是实时音视频、静态图像等。该类型业务特点是终端实时运动，对网络传输带宽和实时性要求较高。4.运维管理类运维管理类业务包括手持终端、布控球、仪器仪表、智能安全帽等，应用系统部署在安全Ⅳ区，主要用于支撑现场人员各类该类型业务特点与远程巡视类业务基本一致。指挥联络类业务包括调度电话、行政电话、视频会议等，主要用于支撑现场与远程人员各类语音、视频的双向沟通，传输的数据主要包含实时音视频类数据。该类型业务特点是终端大部分为固定使用场景，对网络传输带宽和实时性要求较高。（三）变电业务发展趋势随着智能电网建设和数字化转型的不断推进，变电业务对数集控站规模化建设，智能监控、智能巡检加快应用，电网、设备状态的动态采集、在线监测，对变电站本地通信网的承载能力提业务终端一体化接入：变电站海量智能终端大范围接入，控制类、监测类、传感类数据的通信需求快速增长，在降低终端建设和运维成本的同时，还需统筹考虑终端的接入方式、通道性能和安全要求，实现各类型业务终端的一体化接入。通信网络一体化管理：在技术选择方面，需统一技术体制，充分考虑变电业务的复用性需求。在安全性方面，需统筹构建一体化网络安全防护体系，保障网络分区和业务应用安全。在自主性方面，应满足技术及硬件的自主可控，奠定产业链和供应链的安全基础。线+无线”的变电场景一体化通信技术方案，是解决变电业务入网“最后一百米”难题的迫切需求。二、业务需求分析（一）生产控制类生产控制类业务遵循DL/T634、DL/T860规范，系统架构分为站控层、间隔层和过程层。部署于过程层的合并单元、智能终端或采集执行单元等设备采集一次电流、电压等电气量数据并上送；部署于间隔层的测控、保护和稳控等设备接收过程层上送数据，处理后转发至站控层；站控层的数据通信网关机采集间隔层装置数据，通过调度数据网上送至调度主站和集控主站。生产控制类业务系统架构如图2-1所示。生产控制类业务通过调度数据网专线，由变电站网关机传输至调度主站和集控主站，包括远动、保信、精切、同步相量等业务参数。远动业务参数主要采用DL/T634.5101、DL/T634.5104、DL/T476等协议与主站交互数据，远传通道带宽为2M，传送方式为周期上送和变化上送。数据类型包括遥信、遥测、遥控、遥调、告警直传和远程浏览等，具体参量为电压、电流、功率等量测量，开关位置、机构状态、一二次设备告警等状态量，开关、刀闸遥控、变压器分接头调节等控制指令，故障分析报告等文件以及告警直传、远程浏览等数据。保信业务参数采用DL/T634.5103等协议上送数据，远传通道带宽为2M，传送方式为周期上送、变化上送以及召唤上送。数据类型包括保护事件、动作信息、定值等，具体参数为保护动作、设备状态等告警和保护定值等配置信息。精切业务参数采用DL/T634.5104协议与主站交互数据，远传通道带宽为2M，传送方式为周期上送和变化上送。数据类型包括遥信、遥测、遥控等，具体参量为电压、电流等量测量，开关位置、直流控制模式等状态量，开关、刀闸遥控等控制指令。同步相量业务参数采用Q/GDW10131协议上送相量数据，远传通道带宽为2M，传送方式采用每秒25、50帧等速率传输。数据类型包括电流、电压、有功等相量数据。网安业务参数采用DL/T634.5104协议上送数据，远传通道带宽为2M，传送方式为变化上送。数据类型包括网络安全监测事件、入侵告警等数据。网安五类信息，具体通信指标详见表2-1。表2-1生产控制类业务通信指标需求数据类数据项数据要求业务规模（每站）本地单位带宽要求本地总带宽要求远程带宽要求采集周期通信时延远动实时数据变化/周期上送100-1000100k-1M告警直传变化上送60k远程浏览请求/响应5s（远程）1//保信保护信息变化/周期上送60k定值参数请求/响应6min（远程）//录波文件请求/响应6min（远程）//相量相量数据20ms秒级精切实时数据（三遥）变化/周期上送1//入侵监测事件变化上送秒级1//（二）运行监测类运行监测类业务依托于变电站自动化系统和智能辅助监控系统，实现主、辅设备的各类数据采集、传送。通过网关机经调电能计量、辅助设备（含消防、安防、动环等子系统）监控的数据上送至调度主站和集控主站。运行监测类业务系统架构图如图1)一次设备在线监测参量一次设备监测类业务参数主要包括变电站内一次设备的运行数据和告警数据，站内通信主要采用DL/T860协议，变电站和主站间通信主要采用DL/T634.5104协议。设备运行数据主要包括反映避雷器、油色谱、局放、SF6等运行工况量测数据，数据通过网关机经由调度数据网上送至主站，远传通道带宽为2M，数据传送方式为周期上送和变化上送。设备告警数据主要包括一次设备的故障和异常信息，数据通过网关机经由调度数据网上送至主站，远传通道带宽为2M，数据传送方式为变化上送。2)二次设备在线监测（含故障录波）参量二次设备在线监测类业务参数主要包括变电站内二次设备变电站二次系统通信报文（CMS）协议，变电站和主站间通信主要采用DL/T634.5104、CMS协议。设备运行数据主要包括反映保护、测控装置等二次设备配置数据、运行量测数据、状态数据和网络分析数据，数据通过网关机经由调度数据网上送至主站，远传通道带宽为2M，数据传送方式为周期上送和变化上送。设备动作数据主要包括变电站内继电保护、安全自动装置等设备或间隔的动作信号及相关故障录波（报告）信息，数据通过网关机经由调度数据网上送至主站，远传通道带宽为2M，数据传送方式为周期上送、变化上送和召唤上送。设备告警数据主要包括二次设备的故障和异常信息，数据通过网关机经由调度数据网上送至主站，远传通道带宽为2M，数据传送方式为变化上送。3)辅助设备监测参量目前辅助设备监测类业务数据通过网关机采集后上传集控站，上送的数据主要包括火灾消防、安全防卫、动环系统等辅助设备运行工况的量测数据和位置状态等运行数据、动作信息、告警数据和控制指令。站内通信主要采用DL/T860、CMS等协议，变电站和主站间通信主要采用DL/T634.5104、CMS等协议。量测数据主要包括火灾消防、安全防卫、动环系统等辅助设备运行工况的量测信息，运行通道的带宽2M，传送方式为周期上送。运行数据主要包括反映辅助设备运行位置状态信息，运行通道的带宽2M，传送方式为周期上送和变化上送。动作信息主要包括火灾报警探测器、手动报警按钮、消防设备（设施）的启动和反馈，门禁、电子钥匙的开关动作，空调、风机、水泵、除湿机、照明的启动/停止等，远传通道的带宽2M，传送方式为变化上送。告警信息主要包括安防、消防、锁控、在线监测等设备的故障和异常信息，远传通道的带宽2M，告警信息传送方式为变化控制命令包括灭火系统应急远程启动，周界安防布防，门禁控制，风机、水泵、空调、除湿机启停等辅助设备的操作命令，远传通道带宽为2M。电能量计量业务数据采用DL/T634.5102协议，通过网关机采集后，经调度数据网上传调控中心电能量计量主站，远传通道带宽为2M，传送方式为15分钟周期上送。数据类型包括遥信、电量等，具体参量为电表底码值、分时费率、电压、电流、功率因数等量测量，告警事件、时间信息、档案信息等状态量。1)一次设备在线监测业务一次设备在线监测业务数据主要为数据信息，具体通信指标详见表2-2。表2-2一次设备在线监测通信指标需求数据项数据要求业务规模（每站）本地本地总带宽要求远程带宽采集周期通信时延数据信息运行数据变化/周期上送200ms（本地）50-10050k-100k告警信息变化上送200ms（本地）30k2)二次设备在线监测业务二次设备在线监测业务数据主要分为数据和文件信息，具体通信指标详见表2-3。表2-3二次设备在线监测通信指标需求业务类型数据项数据要求业务规模（每站）本地单位带宽要求本地总带宽要求远程带宽要求采集周期通信时延数据信息运行数据变化/周期上送200ms（本地）50-10050k-100k动作信息变化上送200ms（本地）30k告警信息变化上送200ms（本地）30k文件信息定值参数请求/响应6min（远程）//录波文件请求/响应6min（远程）//模型文件请求/响应根据文件大小确定//记录文件请求/响应根据文件大小确定//其他请求/响应根据文件大小确定///3)辅助设备监测业务辅助设备监测业务数据主要分为监测类、传感类数据，具体通信指标详见表2-4。表2-4辅助设备监测通信指标需求业务类型数据项数据要求业务规模（每站）本地单位带宽要求本地总带宽远程带宽采集周期通信时延（本地）监测类数据消防告警变化上送<1s64k在线监测变化上送小时级2560k动环数据变化上送安防响应按需下发164k锁控响应按需下发640k传感类数据风速传感5分钟可设定-1风向传感5分钟可设定1水浸传感5分钟可设定500k水位传感5分钟可设定2温湿度传感1分钟-24小时姿态传感实时上送1电能量计量业务数据主要分为量测类、状态类数据，具体通信指标详见表2-5。表2-5电能量计量通信指标需求数据项数据要求业务规模（每站）本地单位带宽要求本地总带宽远程带宽采集周期通信时延（本地）数据信息量测量15分钟周期上送分钟级20-4064k状态量15分钟周期上送分钟级20-40（三）远程巡视类远程巡视类业务包括智能巡视系统和视频监控系统两类，如智能巡视系统：该系统部署于安全Ⅳ区，变电站侧部署的摄像头、室内轨道巡检机器人等终端通过有线方式接入巡视主机，轮式巡检机器人等终端通过无线方式接入巡视主机。运维人员可通过智能巡视系统对业务终端进行远程控制和智能巡视。视频监控系统：变电站侧业务终端为工业视频摄像头，采用有线方式接入站端NVR设备，通过地市公司安全Ⅳ区接入省公司应实现网络双设备、通道双路由。远程巡视类业务的数据采集量包括巡视数据及状态数据。巡视数据通过巡检机器人、无人机、工业视频摄像头等业务终端采集，主要包括视频、图像及音频等；状态数据通过工业视频摄像头、巡检机器人等采集并处理，主要包括设备的工况信息、运行信息、工作状态和异常告警信息等。远程巡视类业务主要分为音频、图像、视频、数据四类信息的通信需求。考虑事故应急处置时变电站视频同时多路远程调阅并发需求，按500千伏及以上变电站25路、220（330）千伏变电站16路、110千伏及以下变电站9路同时调阅，视频清晰度1080P计算并发带宽。具体通信指标详见表2-6。表2-6远程巡视类业务通信指标需求数据项数据要求业务规模（每站）本地单位带宽要求本地总带宽要求远程总带宽要求采集周期通信时延（本地）巡视数据100-25010M-25M100-250100M-250M视频（500千伏及以上）2504.5M112.5M视频（220/330千伏）4.5M及以下）4.5M40.5M状态数据巡视设备状态数据100-25010M-25M（四）运维管理类运维管理类业务终端多采用无线虚拟专网方式接入省市公司侧各类业务系统。运维管理类业务系统架构如图2-4所示。运维管理类业务的数据采集量主要包括图片、视频、应用数据及语音等数据类型。图片及视频类数据主要涉及运维人员现场作业时使用移动手持终端所拍摄的图片、视频。应用数据主要涉及移动手持终端与变电运维中心所交互的应用数据，如巡检工单数据、巡视人员上报文字等。音频数据主要涉及运维人员与中心所交互的语音数据。运维管理类业务主要分为音频、图像、视频、数据四类信息的通信需求，业务规模视现场作业情况，单位带宽具体通信指标详见表2-7。表2-7运维管理类业务通信指标需求业务类型数据项数据要求远程带宽要求采集周期通信时延（本地）巡视业务移动巡视应用数据图像、视频检修业务移动检修应用数据交互音频图像、视频（五）指挥联络类指挥联络类业务包括交换系统和视频会议系统两类，系统均部署于安全Ⅳ区。调度电话、行政电话等终端通过有线方式接入交换系统，视频会议终端通过有线方式接入会议系统。指挥联络类业务系统架构如图2-5所示。指挥联络类业务的数据采集量主要包括音视频、语音等数据类型。音视频数据主要涉及指挥人员在使用会议终端进行会商指挥时传送的实时画面、声音等数据，如接收和发送视频流等。语音数据主要涉及指挥人员在使用电话终端进行会商指挥时传送的同步语音数据。指挥联络类业务主要分为音频、交互音视频两类信息的通信需求，具体通信指标详见表2-8。表2-8指挥联络类业务通信指标需求业务类型数据项数据要求远程带宽要求采集周期通信时延电话交换交互音频400mS视频会议交互音视频综上所述，为满足变电站内各类业务接入需求，考虑最大并宽，500千伏及以上变电站不宜低于4Mbps，330千伏及以下变电站不宜低于2Mbps；承载监测类业务的调度数据网（安全Ⅱ区）接入带宽，各电压等级变电站不宜低于10Mbps；承载远程巡视类、运维管理类及指挥联络类业务的数据通信网（安全Ⅳ区）接入带宽，500千伏及以上变电站不宜低于155Mbps（具备条件的110千伏及以下变电站不宜低于50Mbps。具体通信带宽需求详表2-9各电压等级变电站通信带宽需求安全分区安全Ⅱ区安全Ⅳ区500千伏及以上220（330）千伏110千伏及以下三、通信技术概述（一）有线通信技术GPON等，是由光线路终端（OLT）、光分配网（ODN）、光网络系统可组成星型、树型、总线型、环型和双上联型等网络架构。xPON系统光信号在封闭介质内传输，辐射性较小，泄露及侦听难度极大，安全性较高。各个ONU与OLT设备之间通过无源分光器采用并联方式组网，一个或多个ONU故障或掉电不会影响OLT和其他ONU的正常运行。EPON单PON口提供上下行对称的1.25Gbps传输速率，GPON单PON口提供下行2.5Gbps，上行1.25Gbps传输速率。xPON系统最大传输距离可达20千米。工业以太网是面向工业控制应用的一种新型以太网技术，与IEEE802.3标准兼容。主要由工业以太网三层交换机、二层交换机等组成，多采用以环形结构为主的网络组网方式。设备符合工可以在运行条件恶劣和电磁环境复杂的场合使用。工业以太网光信号在封闭介质内传输，辐射性较小，泄露及侦听难度极大，安全性较高。单个端口带宽为100/1000M，采用光纤方式最大传输距离可达20千米，双绞线方式小于100米。RS485是用于串口通信的接口标准，属于物理层的协议标准。RS485采用两条差分电压信号线进行信号传输，由主机、从机和连接电缆组成，发送端将串行口的TTL电两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原为TTL电平信号。RS485可采用点对点、线型、总线型组网方式。RS485使用双绞线进行高电压差分平衡传输，具有良好的抗噪声干扰性。数据最高传输速率为10Mbps，最大传输距离可达1.2千米，节点接入数量最高为32个。（二）宽带无线通信技术4G无线虚拟专网基于电信运营商4G网络，采用APN、VPN等技术，在电力系统终端、主站侧部署安全防护措施，构建面向电力行业的无线通信网络。电力终端采用专用SIM卡接入该网络，网络侧仅能实现逻辑隔离，无法满足业务物理隔离要求，安全性4G无线虚拟专网覆盖范围广、组网灵活、带宽高，但易受性能受网络负荷影响，速率波动较大。峰值下行速率100Mbps、上行速率50Mbps，平均速率可达5～10Mbps，端到端传输延时小2.4G（TD-LTE）无线专网223.025MHz-235.00MHz（中间7MHz），1800MHz无线专网工作频率为1785MHz-1805MHz。4G（TD-LTE）无线专网包括核心网、基站、通信终端等，基站按蜂窝组网。230MHz无线专网上行峰值速率可达14.4Mbps，下行峰值速率为7Mbps，平均速率为500kbps-1Mbps，传输时延（无线终端至核心网）约为100ms-300ms。单基站覆盖范围市区内约3千米1800MHz无线专网上行峰值速率可达14.76Mbps，下行峰值速率为23.04Mbps，平均速率约为5Mbps-10Mbps，传输时延（无线终端至核心网）约为30ms-100ms。单基站覆盖范围市区内约1千米-3千米，农村地区约5千米-10千米。5G软切片通过租用电信运营商5G无线网络，采用SDN技术构建基于DNN+QoS的虚拟通道，实现虚拟专网的逻辑分离。5G软切片网络上行速率可达150Mbps-300Mbps，下行速率可达1Gbps-2.5Gbps，传输时延小于50ms。单基站覆盖半径约为300米-800米，理论连接能力为100万终端片安全性、可靠性与4G无线虚拟专网类似。5G硬切片通过租用电信运营商5G无线网络，采用硬切片技术实现RB（资源块）资源预留，达到时频资源完全独享，近似物理隔离，能更好保证通信通道可靠性。下行速率可达5Mbps-20Mbps，传输时延小于50ms。5G单基站覆盖半径和理论连接能力与5G软切片相同。5G硬切片技术近似专网专用，基本能够保障切片内业务不受其他业务影响。Wi-Fi底层执行IEEE802.11标准规范，采用上下行对称调制方式，工作频段为2.4GHz（2.4G（5.15GHz-5.25GHz，5.725-5.85GHz可组成星形、网状网络。Wi-Fi设备发射功率不大于50mW，接收机灵敏度约为-80d单跳通信距离小于100米，Wi-Fi6网络理论峰值速率可达9.6Gbps。Wi-Fi由于协议开放、加密方式简单且采用二元非对称认证，其安全性相对较差。WAPI（WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure）802.11系列无线协议集，工作频段、发送功率、接收机灵敏度、单跳通信距离、峰值速率与Wi-Fi相同。（TePA-EA在网络架构上引入在线可信第三方（AS鉴权服务器有效解决网络安全中普遍存在的访问控制和安全接入问题，实现了用户、接入点、网络三者之间真正的双向身份鉴别，在防范非法接入、中间人攻击、假热点及伪基站等方面具有明显的优势，可有效弥补Wi-Fi在网络架构和协议设计方面的缺陷和漏洞，安全性较高。LTE-U（LTEinUnlicensedspectrum）即非授权频谱的LTE。该技术将LTE部署到13.56M、2.4G和5.8G等非授权频谱，并采用标准LTE空口协议。LTE-U网络包括核心网、基站、通信终端等，基站按蜂窝组网。LTE-U峰值速率可达2Gbps，传输时延小于5ms，支持接入的终端数达到百万级，城区最大覆盖范围可达1千米，郊区可达2千米。LTE-U与Wi-Fi及WAPI网络工作在同一个频段，相互干扰较为严重。NR-U（5GNRinUnlicensedSpectrum）即非授权频谱的5GNR。NR-U工作于免许可频段的5G空中接口，具有与5G网络相同的超高带宽、超低时延和超大容量等性能优势。NR-U网络包括核心网、基站、通信终端等，基站按蜂窝组网。NR-U峰值速率可达20Gbps，时延小于10ms，端数达到百万级，城区最大覆盖范围可达0.8千米，郊区可达2千米。NR-U能够在公共频段上建立5G本地私有网，提升网络的容量和可靠性，但是存在与Wi-Fi、WAPI网络互相干扰的风险，且因工作在免许可频段，需要政府制定相应的频谱监管规则。（三）窄带无线通信技术LoRa是由美国Semtech公司推出，是一种基于扩频技术的低功耗窄带远距离通信技术，主要用于物联网终端的接入。LoRa通信技术可遵循LoRaWAN协议、CLAA协议、LoRa私有网络协议和LoRa数据透传协议。LoRa网络工作于非授权频段，支持433/470/490MHz及2.4GHz等非授权频段。LoRa网络带宽峰值速率为37.5kbps，体验速率10kbps。终端到网关时延小于300ms，端到端时延为秒级。城区最大覆盖范该技术满足公司输变电设备物联网微功率无线网通信协议中CSS物理层的要求，但应充分考虑LoRa物理层技术由美国公司掌握，存在技术自主性风险。ZigBee由国际ZigBee技术联盟推出，是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术。ZigBee底层采用IEEE802.15.4标由一个主节点管理若干子节点，一个主节点最多可管理254个子-101dBm，单跳通信距离小于100米。ZigBee采用空闲信道评估等技术提高抗同频干扰能力。通过周期性监听和定时唤醒的方式实现低功耗，同时也导致时延长达秒级。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单（ACL）防止非法获取数据以及采用高级加密标准（AES-128）的对称密码。该技术满足公司输变电设备物联网微功率无线网通信协议中IEEE802.15.4物理层的要求。DL-IoT技术是一种自主可控的窄带低功耗物联网无线通信技术，工作在230MHz频段和470MHz频段。电力专用230MHz授权频段干扰小，不受470MHz频段50mW发射功率限制，且可使用更宽的频谱，可提供较高的通信带宽和较好的网络覆盖。DL-IoT采用MFSK-OFDM调制解调方式，支持多跳中继，终端带宽可达16Kbps，AP侧8信道并发可达128Kbps。城区复杂量化加密算法及网元鉴权机制。HRF（HighspeedRadioFrequency）技术是一种自主可控的窄带低功耗物联网无线通信技术，工作在470MHz-510MHz频段。HRF由主节点CCO（中央协调器）、代理节点PCO（代理协调器）和从节点STA（站点）构成。HRF主节点CCO设备最大支持1000个连接，最大通信速率持动态路由切换，支持树形多跳组网，点对点单跳通信距离可达300米，组网可达2千米。四、技术适配分析（一）技术性适配分析GPON单PON口提供下行2.5Gb/s，上行1.25Gb/s传输速率。RS485：最高传输速率为10Mbps。4G无线虚拟专网：峰值速率为10-100Mbps。4G（TD-LTE）无线专网：230MHz无线专网上行峰值速率可达14.4Mbps，下行峰值速率为7Mbps。1800MHz专网上行峰值速率为14.76Mbps，下行峰值速率为23.04Mbps。无线虚拟专网（5G软切片）、无线虚拟专网（5G硬切片）：软切片提供上行150-300Mbps，下行1-2.5Gbps；硬切片带宽取下行5-20Mbps。Wi-Fi：IEEE802.11.ax峰值速率为9.6Gbps。WAPI：IEEE802.11.ax峰值速率为9.6Gbps。LTE-U：峰值速率达到2Gbps。NR-U：峰值速率可达20Gbps。LoRa：峰值速率为37.5kbps。ZigBee：峰值速率为250kbps。DL-IoT：单终端带宽可达16Kbps，AP侧8信道并发可达HRF：最大通信速率不低于156kbps。xPON：单PON口最大传输距离支持20千米。工业以太网：与工业以太网交换机光器件性能相关，单以太RS485：大面积长距离传输超过1.2千米。4G无线虚拟专网：4G单基站覆盖半径约为1千米，平均连接能力与无线专网相同。4G（TD-LTE）无线专网：230MHz无线专网覆盖范围市区内约3-5千米，农村地区约15-20千米。1800MHz专网覆盖范围市区内约1-3千米，农村地区约5～10千米。无线虚拟专网（5G软切片）、无线虚拟专网（5G硬切片5G单基站覆盖半径约为300米-800米，理论连接能力为100万前尚无相关实际测试数据。Wi-Fi：单跳通信距离小于100米。WAPI：单跳通信距离小于100米。LTE-U：城区最大覆盖范围1千米，郊区NR-U：城区最大覆盖范围0.8千米，郊区ZigBee：单跳通信距离小于100米。DL-IoT：城区复杂情况下覆盖1-2千米。HRF：点对点单跳300m，组网2千米。3.传输时延xPON：传输平均时延为每千米5ms，业务端到端传输时延与光缆传输距离成正比，时延均小于10ms。工业以太网：传输平均时延为每千米5μs，业务端到端传输时延与光缆传输距离成正比，时延均小于10ms。RS485：按特定串行波特率进行数据，双绞线信号传输时延4G无线虚拟专网：传输时延约为100ms-1s（无安全装置串联接入了具有纵密及认证功能的装置及安全接入区，端到端相比4G无线公网有所增加。4G（TD-LTE）无线专网：230MHz无线专网传输时延（无线终端至核心网）约为100-300ms。1800MHz专网传输时延（无线终端至核心网）约为30-100ms。无线虚拟专网（5G软切片）、无线虚拟专网（5G硬切片）：传输时延小于50ms，串联接入具有纵密认证功能、安全接入区等安全装置后，端到端时延将进一步增加。LTE-U：传输时延约100-200ms。NR-U：传输时延约10-30ms。LoRa：终端到网关时延小于300ms，端到端时延为秒级。ZigBee：端到端时延为秒级。DL-IoT：端到端单跳时延50ms。HRF：端到端网络时延小于100ms。xPON：物理层，光纤不受电磁干扰和雷电影响，可以在自然条件恶劣的地区和电磁环境复杂的场合使用。网络层，光纤网络与配电网拓扑结构紧耦合并形成环状网络，具备N-1保护能力，但同时也易受线路迁改影响。工业以太网：物理层，光纤不受电磁干扰和雷电影响，可以在自然条件恶劣的地区和电磁环境复杂的场合使用。网络层，光纤网络与配电网拓扑结构紧耦合并形成环状网络，具备N-1保护能力，但同时也易受线路迁改影响。RS485：使用双绞线进行高电压差分平衡传输，具有良好的抗噪声干扰性。4G无线虚拟专网：无线信道易受人为、自然界的电磁频率干扰。信道共享，易出现流量拥塞，导致终端与系统间传输数据丢包、误码，对系统可用性造成一定影响。4G（TD-LTE）无线专网：无线信道易受人为、自然界的电磁频率干扰，降低了无线传输的可靠性。无线虚拟专网（5G软切片）、无线虚拟专网（5G硬切片无线信道易受人为、自然界的电磁频率干扰。软切片可靠性与4G无线虚拟专网类似，5G硬切片技术近似专网专用，能够保障系统可用性得到有效保证。Wi-Fi：采用非授权频段，无线信道易受同频段通信网络、人为、自然界的电磁频率干扰，降低了无线传输的可靠性。WAPI：采用非授权频段，无线信道易受同频段通信网络、人为、自然界的电磁频率干扰，降低了无线传输的可靠性。LTE-U：采用非授权频段，无线信道易受同频段通信网络、人为、自然界的电磁频率干扰，降低了无线传输的可靠性。NR-U：采用非授权频段，无线信道易受同频段通信网络、人为、自然界的电磁频率干扰，降低了无线传输的可靠性。LoRa：采用433/470/490MHz及2.4GHz等非授权频段。无线信道易受同频段通信网络、人为、自然界的电磁频率干扰，降低了无线传输的可靠性。ZigBee：采用非授权频段，无线信道易受同频段通信网络、人为、自然界的电磁频率干扰，降低了无线传输的可靠性。DL-IoT：无线信道易受同频段通信网络、人为、自然界的电磁频率干扰，降低了无线传输的可靠性。HRF：无线信道易受同频段通信网络、人为、自然界的电磁频率干扰，降低了无线传输的可靠性。综上所述，在有线通信技术方面，xPON及工业以太网技术性能上能满足生产控制业务终端的接入需求，支持有线连接的运行监测类、远程巡视类及指挥联络类业务终端接入，RS485满足带宽及传输距离要求不高的运行监测类业务终端接入。在宽带无线通信技术方面，WAPI、Wi-Fi、LTE-U、NR-U技术满足变电站各类业务带宽需求。在窄带无线通信技术方面，受带宽限制，仅支持运行监测类传感传输。针对各业务终端的通信技术性适配如表4-1针对业务终端的技术性适配序号业务终业务需求有线通信宽带无线通信窄带无线通信xPONRS485拟专（TD-LTE）无线专网软切切片Wi-Fi/WAPILTE-U/ZigBe1生产控制类单个通道带宽2Mbps适用适用用----------时延≤200ms可靠性≥99.9%2运行监测类单个传感带宽：≤10kbps，汇聚带宽：≤2Mbps节点适用节点适用适用用不适用用用适用适用待验证传感适用传感适用传感适用实时数据时延≤200ms，文件信息时延：分钟级可靠性≥99.9%3远程巡视类音频带宽≤64kbps部分适用（移动不适用）部分适用（移动不适用）用用不适用用用适用适用用用用用时延≤≤300ms可靠性≥99.9%4运维管理类音频带宽≤64kbps---适用适用适用适用适用适用用用用用时延≤≤300ms可靠性≥99.9%5指挥联络类音频带宽≤64kbps图像、视频≤20Mbps适用适用-用不适用适用适用适用适用用用用用（二）安全性适配分析遵照《国家电网有限公司关于印发智慧物联体系安全防护方案的通知》（国家电网互联〔2021〕24号）等相关文件要求，业务终端通过无线网络（除WAPI网络外）接入安全Ⅳ区主站业务时应配置安全接入网关（高端型）和信息安全隔离装置（网闸型站端业务装置接入安全Ⅳ区时应配置安全接入网关（低端型，融合网闸功能）。涉控、涉敏类终端接入时，需采用硬件国产密码算法实现数据加密。边缘物联代理、传感终端等各类感知层终端应遵循专网专用原则，避免两大区共用APN专网或单一终端跨接两大区而造成大区间隔离体系被破坏。使用WAPI技术的场景无需通过安全接入网关接入，避免重复加密对业务数据传输性能的影响。2.光纤网络与无线网络对比分析光纤网络隔离性强，安全边界明确，安全性高。无线网络安全边界模糊，安全性偏低。下面从非法入侵防范、信息抗干扰、数据防泄漏和篡改等方面开展分析。业务和通信终端主要部署在变电站各区域，涉及室内及室外环境，光纤网络和无线网络均存在通过物理破坏非法接入的风险。无线网络还存在通过侧信道攻击，复制USIM卡进而非法接入的光纤通信因光纤材料特性，对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。无线网络易受电磁干扰影响，攻击者可通过无线发射器等手段干扰无线工作频段，导致通信中断，业务终端“致盲”，脱离管控。针对无线信号干扰暂无有效的防护措施，但干扰一般只能影响个别终端或基站，对整个网络影响较小。3)数据防泄漏和篡改光纤网络存在通过光纤微弯被“窃听”的风险，但攻击难度和成本较大；无线网络终端与基站间为无线通道（称为“空中接口”可通过无线网络嗅探和伪基站技术，非法截获无线信号，导致业务数据泄露或控制指令被篡改，安全性较低。3.无线专网与无线虚拟专网对比分析无线虚拟专网（4G、5G软切片、5G硬切片）从基站设备到核心网设备的建设和运维全部由运营商控制，且核心网与互联网连接，行业用户安全性难以保障。同时其终端接入、密钥管理的安全资源均部署在非电网可控公共环境中，受攻击的风险较大。无线专网通过相互独立的空口物理资源（频率隔离）、基站传输板/端口、核心网/板卡和SDH通道（或综合数据网）为不同安全大区的业务提供物理隔离的通信服务，通过APN/VPN实现不同大区内业务之间的逻辑隔离。无线虚拟专网和无线专网隔离性区别体现在无线网、承载网、核心网等层面，无线专网隔离安全性明显高于无线虚拟专网。无线网隔离性方面。无线虚拟专网的频谱切片方式可满足物理隔离要求，RB资源预留接近物理隔离，QoS优先级调度为逻辑隔离；无线专网建设独立基站，完全满足物理隔离要求。承载网隔离性方面。无线虚拟专网承载网如采用设备间分组转发（二层、三层）的方案，仅实现逻辑隔离。无线虚拟专网全域FlexE时隙交叉的方案，可实现类似SDH的物理隔离强度；无线专网承载网为自建部署，满足物理隔离要求。核心网隔离性方面。无线虚拟专网AMF、NSSF、NRF、UDM等网元运营商暂不开放行业专用，只有独立部署电网专用的AMF、SMF、UPF网元，才能实现部分控制面数据隔离和全部的用户面数据隔离，仅单独部署完整的核心网才有可能完全满足物理隔离要求；无线专网全部核心网网元都署在电力自有机房中，生产控制大区和安全Ⅳ区分别部署一套，完全满足物理隔离要求。无线虚拟专网频谱资源、基站数量远多于专网，单基站故障情况下，终端可迅速转连至附近基站，网络可靠性优于专网，但是无线虚拟专网资源共享，运维检修计划无法与电网业务协调，当无线公网重载或有升级检修时，无法保障电网业务。3)应用安全分析无线虚拟专网和无线专网应用安全主要体现在身份认证、安全访问、审计和监控等方面，采用基本相同的防护措施。一是身份认证方面，无线虚拟专网构建电信运营商网络和终端之间双向身份认证机制；无线专网采用更完善的用户身份认证措施，除双向认证机制外，增加了用户配置管理授权、用户角色多级管理等措施。二是安全访问方面，无线虚拟专网采用端口访问控制、物理地址过滤等技术措施实现访问控制；无线专网除上述措施外，支持HTTPS安全访问和SSL安全协议。三是审计和监控方面，无线虚拟专网日常审计，运营商仅能提供SIM卡少量运行信息和网络运行统计信息；无线专网可构建统一的审计和监控系统，能够监控异常操作、用户行为等信息，能有效保障无线接入网的可靠性和高效性，安全性更高。4.主要技术安全分析xPON/工业以太网：为电力通信专网，可以实现严格的物理隔离，安全可靠性高。RS485：可以实现严格的物理隔离，安全可靠性高。4G（TD-LTE）无线专网：信道的开放性使其安全性有所降低，与4G公网相比，实现了网络的独立专用，但在协议层面临的安全风险相同。无线虚拟专网（4G、5G软切片、5G硬切片）：在网络侧采用双向鉴权、空口加密、信令面完整性保护、IPsec传输加密、APN隔离等措施；在电力系统终端、主站侧采用双向认证、机卡绑定、MAC地址绑定等安全防护措施，网络安全性有所提升。LTE-U、NR-U：工作在免授权频段，安全性较差，且频段拥挤，抗干扰能力较差，在网络侧采用双向鉴权、空口加密、信令面完整性保护、IPsec传输加密、APN隔离等措施，网络安全性有所提升。Wi-Fi、WAPI：Wi-Fi由于协议开放、加密方式简单，且采用网络安全技术架构，有效弥补Wi-Fi在网络架构和协议设计方面的缺陷和漏洞，安全性相对Wi-Fi较高。LoRa、ZigBee、DL-IoT、HRF：微功率无线普遍工作在免授权频段，安全性较差，且频段拥挤，抗干扰能力较差，可靠性较低。DL-IoT、HRF技术在变电场景应用较少，安全性能待验证。综上，xPON及工业以太网等有线通信技术安全性高，能够满足各类业务的安全性要求。当采用无线通信技术时，需按照公司网络安全相关文件要求，解决数据传输和完整性风险。4G技术标准已冻结，新增安全漏洞无法通过标准协议升级进行修复，存在一定安全风险。4G无线虚拟专网、5G软切片、5G硬切片承载运行监测类和远程巡视类涉控涉敏业务终端安全性待验证。针对各业务终端的通信安全性适配如表4-2。表4-2针对业务终端的安全性适配序号终端有线通信宽带无线通信窄带无线通信xPON工业以太网RS485线虚拟专网（TD-线专网切片切片Wi-FiWAPILTE-U/ZigBeeDL-IoT1控制类适用适用不适用-----------2运行监测类高高高待验证中待验证待验证中高高低低待验证待验证3远程巡视类高高高待验证中待验证待验证中高高低低待验证待验证4运维类---中中中高中高高低低待验证待验证5指挥联络类高高-中中中高中高高----（三）经济性适配分析光纤专网：设备造价方面，光纤网络配套设备单价按1万元/台考虑，OLT单价约为15万元/套，ONU单价约为0.5万元/套；工业以太网交换机价格约为2万元/套。4G（TD-LTE）无线专网：经济测算主要考虑建设成本、安全接入成本及终端成本三部分。建设成本方面，每座基站综合造价115万元。安全接入成本方面，接入管理信息大区时，统一配置接入网关和隔离装置，约60万元。每个终端不单独计列安全加密装置费用。终端成本方面，每台接入终端按0.1万元/台计算。4G无线虚拟专网、无线虚拟专网（5G软切片）：经济测算主要考虑流量服务费、终端模块费用、安全接入费用三部分。流量服务费方面，运营商流量服务约100元/年。终端成本方面，终端通信单元模块一次性投资，每个终端单价约0.1万元。安全共约60万元；接入生产控制大区时，统一配置汇聚侧纵向加密装置，共约4万元。每个终端不单独计列安全加密装置费用。无线虚拟专网（5G硬切片）：经济测算主要考虑UPF租费、RB资源预留租费、终端5G通信单元模块费用、安全接入费用四部分。UPF租费方面，租用专用UPF下沉至地市，1套租费约为21.6万元/年。RB资源预留方面，硬切片按照单个基站1%RB通道预留，租费约为0.6万元/年。终端成本方面，终端通信单元模块一次性投资，每个终端单价约0.1万元。安全接入方面，接入管理大区时，统一配置接入网关和隔离装置，共约60万元；接每个终端不单独计列安全加密装置费用。线接入设备约6万元/套。安全接入成本方面，接入管理大区时，配置低端型安全接入网关，共约15万元。WAPI：建设成本方面，WAPI由核心层和接入层组成，其中核心层包括AS（鉴权服务器）、AC（接入控制器），接入层包括按照20元/每套证书进行测算，AC（最多管理2048个AP）约为13万元/个，AP单价约为0.2万元/个，终端单价约为0.1万元/个。随着WAPI规模化应用，相关设备及模块价格将会随之降低。Wi-Fi：相比较WAPI，不需要AS，其他设备单价类似。安全接入成本方面，接入管理大区时，配置低端型安全接入网关，共约15万元。考虑终端安全加密装置费用，每台接入终端按0.1万元/台计算。LTE-U：经济测算主要考虑建设成本、安全接入成本及终端成本三部分。建设成本方面，每座基站综合造价46万元。安全接入成本方面，接入管理大区时，配置低端型安全接入网关，共约15万元。每个终端不单独计列安全加密装置费用。终端成本方面，每台接入终端按0.1万元/台计算。NR-U：经济测算主要考虑建设成本、安全接入成本及终端成本三部分。建设成本方面，每座基站综合造价70万元。安全接入成本方面，接入管理大区时，配置低端型安全接入网关，共约15万元。每个终端不单独计列安全加密装置费用。终端成本方面，每台接入终端按0.1万元/台计算。2.单变电电站经济性测算以一座典型500千伏变电站为例，各类业务接入终端数量约200台，视频监控类终端约为100个，其他采集类终端约为100ZigBee、DL-IoT、HRF等窄带从网络建设成本、终端建设成本和网络使用成本三个方向开展费用测算。光纤专网：单变电站配置1套OLT，配置10套ONU，或配置10套工业以太网交换机，网络建设成本均约20万元。4G（TD-LTE）无线专网：单变电站配置1套基站，网络建设成本约115万元（不考虑核心网建设），终端建设成本约20万元。4G无线虚拟专网、无线虚拟专网（5G软切片）：参考通信传输设备使用寿命，终端寿命周期按10年计算，内部收益率按8%计算。网络使用成本约为47万元，终端建设成本约20万元。（不考虑安全接入成本）无线虚拟专网（5G硬切片）：参考通信传输设备使用寿命，终端寿命周期按10年计算，内部收益率按8%计算，基站RB资源预留按1%计算。网络使用成本约81.8万元，终端建设成本约20万元。（不考虑安全接入成本）LoRa、ZigBee、DL-IoT、HRF：网络建设成本约33万元，终万元，终端建设成本约20万元。（不考虑省集中部署的AS建设成本）Wi-Fi：单变电站配置1套AC、75套AP、1套安全接入网关，网络建设成本约68万元，终端建设成本约20万元。终端建设成本约20万元。（不考虑核心网建设成本）终端建设成本约20万元。（不考虑核心网建设成本）综上所述，有线通信主要为设备及线缆投资，RS485无设备投资，成本最低；xPON和工业以太网增加了设备投资，成本较低，但有线通信建设运维难度大，人力资源投入多。宽带无线通信中，4G无线虚拟专网、无线虚拟专网（5G软切片）主要为流量费用，成本中等；无线虚拟专网（5G硬切片）技术中需租用专用UPF设备及预留RB资源，现阶段费用较高，不适宜在采集类终端中大规模应用，但随着技术发展以及商业模式逐渐成熟，成本有望进一步降低；4G（TD-LTE）无线专网、LTE-U、NR-U等专网需要自建基站及核心设备，前期建设成本较高；Wi-Fi、WAPI需要建设AP、AC设备，相比较专网的基站及核心设备，成本较低；Wi-Fi需要配置安全接入网关，网络建设成本高于WAPI。窄带无线通信主要包括网关、模组等小型设备，产业链成熟，成本较低。针对各业务终端的通信经济性适配如表4-3。表4-3针对业务终端的经济性适配序号终端有线通信宽带无线通信窄带无线通信xPON工业以太网RS485线虚拟专网（TD-LTE）无线专切片切片Wi-Fi/WAPILTE-UZigBeeDL-Io1控制类低低------------2运行监测类低低-中高中高中中高低低低低3远程巡视类低低-中高中高中中高----4运维类---中高中高中中高----5指挥联络类低低-中高中高中中高----（四）各类终端通信承载建议综合考虑各类技术体制的技术性能、安全性及经济性的对比分析结论，依据变电业务实际需求，对各类型业务终端给出通信承载建议。生产控制类：采用工业以太网方式承载。运行监测类：对于有线接入终端，可采用工业以太网及xPON有线通信网络承载。对于无线接入终端，可采用符合输变电设备物联网微功率无线网通信协议要求的窄带通信网络承载，或采用WAPI、Wi-Fi等宽带通信网络承载。远程巡视类：对于有线接入终端，可采用工业以太网及xPON有线通信网络承载。对于无线接入终端，可采用WAPI、Wi-Fi等宽带通信网络承载。运维管理类：可采用WAPI、Wi-Fi等宽带通信网络承载。指挥联络类：可采用工业以太网及xPON有线通信网络承载。在不具备有线接入条件时，可采用WAPI、Wi-Fi等宽带通信网络五、一体化通信网方案（一）总体架构变电站通信系统架构如图5-1所示。主站系统主要是部署于省、市公司及各等级集控站的业务系统，分为生产控制大区业务系统和管理信息大区业务系统，两个大区间通过正反向隔离装置实现数据互通。为实现从终端到主站系统的通信，一体化通信网络的整体架构可分为光纤传输网、通信接入网和业务终端层共3个部分。分为公司省际光纤传输网、省级光纤传输网和地市光纤传输网，用于支撑各电压等级变电站到业务主站的数据传输。光纤传输网主要采用SDH及OTN等光纤传输技术。分为数据通信骨干网及数据通信接入网两级网络。数据通信骨干网分为省际网和省内网两级网络，省际网覆盖总部、三地数据中心、分部、省公司、省公司第二汇聚点以及总部直属单位，省内网覆盖省公司、省公司第二汇聚点、地市公司、地市公司第二汇聚点及直属单位。数据通信接入网覆盖范围包括各级行政单包含路由器及交换机等设备。3.通信接入网包含变电站内部署的通信网络、无线专网网络及4G/5G虚拟专网网络，主要实现变电站内各业务终端的安全可靠汇聚及传输。通信接入网分为远程通信部分和本地通信部分。远程通信：包含站内数据通信网核心设备、无线专网网络及4G/5G虚拟专网网络，用于实现各电压等级变电站到业务主站的数据汇聚，主要采用工业以太网等数据通信技术。本地通信：包含站内有线通信网和无线通信网，用于实现各业务终端的网络接入和数据交换。有线通信网承载以有线方式接入的业务终端及无线通信网设备，主要采用工业以太网交换机、xPON等有线通信技术，并包含必要的网络安全设备。无线通信NR-U等宽带无线通信技术以及符合输变电设备物联网微功率无线网通信协议要求的窄带无线通信技术。主要指变电站需要采用有线方式或无线方式接入的各业务终端，包含生产控制类、运行监测类、远程巡视类、运维管理类及指挥联络类业务。（二）建设思路带+窄带”的通信一体化技术方案，实现变电站通信接入网全覆盖。以“需求与现状适配、改造与建设衔接”为原则，新增站点及业务，选用适配的通信接入方案，实现变电业务“一站式”接入；存量站点和业务，在保持原有接入模式的基础上，结合站内业务系统改造逐步调整通信接入方式，有序提升变电业务智能化水平。2.技术先进、适度超前综合考虑变电业务与通信技术适配性，在现有通信系统基础上，依托新一代通信技术，建设满足当前业务需求、适度预留容量的光纤传输网和通信接入网，保障传统业务、赋能新兴业务，支撑新型电力系统背景下变电业务数字化转型。3.依法合规、安全可靠严格落实国家法律、法规和公司网络安全防护相关要求，坚持“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”总体原则。有序推进通信接入网建设，积极开展新技术应用安全性论证，实现变电业务终端安全接入，助力新型电力系统背景下各专业运行、建设和发展。（三）技术原则1.保障生产控制业务安全稳定接入对于远动、保信、同步相量、网安等重要生产控制类业务场景应保持有线方式接入。2.发挥站内现有变电站通信接入网作用继承现有变电站通信接入网基础，充分发挥其资产价值，支撑变电业务场景接入。对存在安全隐患的技术体制，在满足安全可靠、经济适用的前提下，开展现有通信网络改造或新建站内通信接入网。3.推动变电站无线网络高质量建设满足变电数字化转型需求，推动变电站建设安全可靠的无线网络，实现全站无线信号覆盖，覆盖范围应包括变电站室内外场所、空中、地面，以及地下电缆沟等区域。4.同步规划建设变电站通信接入网对于新建变电站，坚持变电站通信接入网与光纤传