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        水電站集中控制中心通信系統(tǒng)建設(shè)探討

        2011-08-15 00:47:59王安榮孫克飛
        四川水力發(fā)電 2011年5期
        關(guān)鍵詞:水情九龍交換機(jī)

        王安榮,孫克飛

        (四川久隆水電開(kāi)發(fā)有限公司,四川甘孜 626200)

        長(zhǎng)期以來(lái),大多數(shù)水電站均采用以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主的綜合自動(dòng)化系統(tǒng),實(shí)行現(xiàn)地集中控制。隨著“十一五”期間四川水電建設(shè)的快速發(fā)展,同一業(yè)主運(yùn)行管理著多座水電站,或同一流域多座電站聯(lián)合運(yùn)行的情況出現(xiàn)的愈來(lái)愈多,為加強(qiáng)多電站水能綜合利用、降低運(yùn)營(yíng)成本、提高發(fā)電效益,各水電開(kāi)發(fā)公司紛紛建設(shè)了遠(yuǎn)方集中控制中心,向集約化管理方式轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)多電站分層分布的遠(yuǎn)方集中控制管理模式。

        集控中心是現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,通信系統(tǒng)是集控中心不可缺少的重要組成部分,是集控中心實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理的基礎(chǔ),是確保集控中心安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)手段。

        1 工程概況

        九龍河是雅礱江下游左岸的一級(jí)支流,按“一庫(kù)五級(jí)”的方案實(shí)施梯級(jí)開(kāi)發(fā),九龍河集控中心位于第三級(jí)開(kāi)發(fā)的沙坪電站副廠房,計(jì)劃將6座水電站納入集控中心集中監(jiān)控,可控發(fā)電容量為950 MW,被控電站分別位于九龍河主源及其支流踏卡河和鐵廠河上,集控中心距電站最遠(yuǎn)距離為32 km,集控中心與各電站間分別建設(shè)有兩條獨(dú)立路徑的OPGW光纜。移動(dòng)、聯(lián)通及電信均有接入設(shè)備布置于集控中心通信室,對(duì)外通信十分方便。

        集控中心通信系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)集控中心至各電站及電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)間的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)及圖像業(yè)務(wù)傳輸。根據(jù)九龍河集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、設(shè)備巡視系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)、調(diào)度語(yǔ)音通訊系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)及水情測(cè)報(bào)等系統(tǒng)的業(yè)務(wù)傳輸需求,通信系統(tǒng)建設(shè)主要分為光纖數(shù)字傳輸、程控?cái)?shù)字交換、圖像數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信、調(diào)度通信系統(tǒng)接入及通信電源系統(tǒng)六部分。以下分別對(duì)六個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

        2 水電站集中控制中心通信系統(tǒng)

        (1)光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)。

        光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)是通信系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn),主要承擔(dān)集控中心各業(yè)務(wù)系統(tǒng)至受控電站間的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。九龍河集控光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)采用基于SDH+PCM的綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)模式。

        集控中心與各電站通信主干網(wǎng)為星型鏈路結(jié)構(gòu),以集控為中心節(jié)點(diǎn),至各電站采用兩對(duì)不同路由的光芯按“1+1”冗余進(jìn)行鏈路保護(hù)。中心節(jié)點(diǎn)為一套SDH 10G設(shè)備,交叉連接單元、時(shí)鐘單元及電源模塊等核心部分也采用“1+1”冗余保護(hù),并配置有12個(gè)光方向的STM-4光接口板分別與各電站相連,同時(shí)提供28路以太網(wǎng)及63路E1接口分別用于集控中心至各電站的消防監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備巡視系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)IEC 104規(guī)約通信、調(diào)度語(yǔ)音通訊系統(tǒng)及PCM設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸。集控中心設(shè)有一套網(wǎng)管終端,負(fù)責(zé)對(duì)光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)進(jìn)行集中管理、維護(hù)。站級(jí)節(jié)點(diǎn)各配置有一套SDH 2.5 G設(shè)備,每套設(shè)備均配置有2個(gè)STM-4和1個(gè)STM-1光方向接口板分別用于電站至集控及電站至閘首的光連接,同時(shí)提供4路以太網(wǎng)及21路E1接口供數(shù)據(jù)傳輸用。根據(jù)閘首數(shù)據(jù)傳輸需要,各電站閘首均配置有一套SDH 155 M設(shè)備,主要用于站級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與閘首LCU間的連接及閘首工業(yè)圖像監(jiān)控系統(tǒng)和PCM設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。

        集控中心還配置有一套具備智能交叉連接功能的PCM,通過(guò)SDH平臺(tái)提供的E1電路接口,與各電站及閘首PCM設(shè)備按“集控~電站~閘首”鏈路形成輻射狀星形連接,PCM網(wǎng)絡(luò)主要用于集控與各電站(包括閘首)間的語(yǔ)音通訊和各電站與集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)IEC8705-101通信規(guī)約的數(shù)據(jù)傳輸。

        為確保集控中心監(jiān)控系統(tǒng)與各電站間數(shù)據(jù)的可靠交換,九龍河集控中心還利用三層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)在集控中心與各電站之間建立了一套獨(dú)立的光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng),用于集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與各電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)間的IEC8705-104規(guī)約通信,集控中心監(jiān)控系統(tǒng)通信通道的優(yōu)先選擇順序依次為交換機(jī)104通道、SDH設(shè)備提供的104通道及經(jīng)PCM傳輸?shù)?01通道。根據(jù)二次安全防護(hù)要求,各站與集控中心間還分別布置有縱向加密認(rèn)證裝置。

        (2)程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)。

        語(yǔ)音通訊是值班人員進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度聯(lián)系的基本手段,是生產(chǎn)指揮、協(xié)調(diào)的重要保證。九龍河集控中心利用程控?cái)?shù)字交換技術(shù)建立了一套獨(dú)立的生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng),該系統(tǒng)由一套900型程控?cái)?shù)字交換機(jī)和五套128型遠(yuǎn)端模塊組成,主交換機(jī)布置于集控中心通信室,通過(guò)E1電路與各電站遠(yuǎn)端模塊連接,采用數(shù)據(jù)中繼以局端形式分別接入當(dāng)?shù)仉娦藕吐?lián)通網(wǎng)絡(luò),通信信令為七號(hào)信令。系統(tǒng)具備分組、優(yōu)先、強(qiáng)拆、強(qiáng)插、會(huì)議、保持等業(yè)務(wù)功能。

        站端配置的遠(yuǎn)端模塊是主交換機(jī)的一種延伸方式,完全受控于主交換機(jī),可實(shí)現(xiàn)主交換機(jī)的用戶功能和呼叫路由等管理,無(wú)阻塞交換。特別是遠(yuǎn)端模塊具備的自交換功能,能在與集控中心連接的E1通道出現(xiàn)故障時(shí)啟動(dòng)自交換功能,提供最基本的呼叫業(yè)務(wù),使站級(jí)用戶內(nèi)部通話不受影響。各站閘首電話在遠(yuǎn)端模塊上放出后,以PCM為傳輸通道,為閘首提供語(yǔ)音通訊。

        錄音系統(tǒng)是交換機(jī)的必配設(shè)備,是生產(chǎn)運(yùn)行人員下達(dá)指令、處理分析事故不可缺少的輔助手段。集控中心配置的16通道數(shù)字錄音系統(tǒng)可通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)振鈴電壓、摘掛機(jī)等信號(hào)進(jìn)行錄音的啟停控制,可同時(shí)對(duì)16通道進(jìn)行自動(dòng)錄音和監(jiān)聽(tīng),并提供按錄音時(shí)間、席位等多種手段進(jìn)行的錄音檢索、導(dǎo)出功能。

        為避免站級(jí)遠(yuǎn)端模塊故障導(dǎo)致通訊中斷現(xiàn)象的發(fā)生,集控中心的交換機(jī)通過(guò)PCM分別放有4路小號(hào)至各電站主控室及閘首做為語(yǔ)音通訊備用通道。

        (3)圖像數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

        集控后,電站現(xiàn)場(chǎng)按“無(wú)人值班(少人值守)”方式運(yùn)行。為便于對(duì)遠(yuǎn)方設(shè)備及環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控,集控中心亟需建設(shè)工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。圖像數(shù)據(jù)傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高,九龍河集控中心利用中興ZXR系列三層交換機(jī)組建了工業(yè)電視專用圖像數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),該系統(tǒng)以一臺(tái)ZXR三層交換機(jī)為中心節(jié)點(diǎn),通過(guò)1000光電轉(zhuǎn)換模塊與各電站工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)主交換機(jī)(ZXR)組成星形網(wǎng)絡(luò)。各電站前端視頻信號(hào)經(jīng)站端服務(wù)器集中處理后再轉(zhuǎn)發(fā)至集控中心,集控中心與站端通信中斷后,站端工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

        (4)衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

        為了實(shí)時(shí)收集流域內(nèi)水雨情信息,及時(shí)、可靠地提供水情預(yù)報(bào),為集控中心安全度汛、合理調(diào)度提供科學(xué)依據(jù),流域水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)是十分必要的。九龍河流域水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)包括2個(gè)水文站和12個(gè)雨量站,各遙測(cè)站點(diǎn)分布廣、地域條件復(fù)雜,常規(guī)的有線及無(wú)線通信方式無(wú)法滿足數(shù)據(jù)傳輸需求。經(jīng)綜合比較后,選取了北斗衛(wèi)星通信作為水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式,該系統(tǒng)在每個(gè)遙測(cè)點(diǎn)配置有一套北斗星通信終端,遙測(cè)數(shù)據(jù)變化時(shí)通信終端自動(dòng)將水情信息發(fā)射到北斗星,再經(jīng)北斗星轉(zhuǎn)發(fā)到地面網(wǎng)管中心審核后返回,最后由北斗星再轉(zhuǎn)發(fā)至集控中心的衛(wèi)星接收終端上,水情服務(wù)器通過(guò)串口與衛(wèi)星接收終端連接,實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)的采集及處理。北斗星通信具有傳輸距離遠(yuǎn),組網(wǎng)機(jī)動(dòng)靈活,不受地理?xiàng)l件限制等特點(diǎn),為水情系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集提供了可靠保證。

        對(duì)于部分有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的遙測(cè)點(diǎn)還可配置基于GSM的傳輸設(shè)備,做為遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫溆猛ǖ?,以確保水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

        (5)調(diào)度通信系統(tǒng)接入。

        九龍河集控中心利用一套中興ZXMP S330 SDH設(shè)備在500 kV九龍變接入四川電力的川南光環(huán)網(wǎng)。通過(guò)該設(shè)備的E1接口分別接入調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)設(shè)備、程控調(diào)度交換機(jī)及PCM,實(shí)現(xiàn)集控中心至電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)動(dòng)和水調(diào)數(shù)據(jù)及調(diào)度電話的傳輸。

        (6)通信電源系統(tǒng)。

        通信電源是通信系統(tǒng)的“心臟”,直接關(guān)系到整個(gè)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。集控中心及各電站通信室均配置有兩組-48 V高頻開(kāi)關(guān)電源,每組電源充電裝置均采用N+1模塊并聯(lián)組合供電。根據(jù)電力系統(tǒng)“反措”要求,電池全選用單體電壓為2 V的鉛封免維護(hù)蓄電池。各電站閘首除有一套-48 V高頻開(kāi)關(guān)電源外,還配置有一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)作為遠(yuǎn)后備電源。

        3 結(jié)語(yǔ)

        九龍河流域前期投運(yùn)的4座電站已全部順利接入集控中心統(tǒng)一調(diào)度,在水能調(diào)度及發(fā)電效益方面取得了明顯效果。待后期兩座龍頭水庫(kù)電站接入后,集控中心集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度的優(yōu)勢(shì)將更加突出。

        經(jīng)過(guò)近一年多時(shí)間的運(yùn)行探索,發(fā)現(xiàn)集控中心通信系統(tǒng)還存在較多問(wèn)題亟待完善:

        (1)自“5.12”汶川地震后,針對(duì)極端自然災(zāi)害的應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)尤顯重要。九龍河流域地質(zhì)條件復(fù)雜,環(huán)境惡劣,亟須配置一套基于衛(wèi)星通訊的應(yīng)急通訊系統(tǒng)以用于保障集控中心的應(yīng)急調(diào)度處置。

        (2)部分通信電源的運(yùn)行狀況及報(bào)警信號(hào)未上送集控,不便于運(yùn)行監(jiān)視。應(yīng)采用通信或硬節(jié)點(diǎn)方式將數(shù)據(jù)組織至現(xiàn)地LCU上送集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

        (3)根據(jù)電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定,應(yīng)明確集控中心各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全區(qū)域劃分,按“橫向隔離、縱向認(rèn)證”的原則采取必要的安全隔離和防護(hù),以確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。

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