段成紅

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

美姑河干流水電開發(fā)，采用“一庫五級”的開發(fā)方案，梯級電站分別為牛牛壩、瓦洛、瓦吉吉、柳洪、坪頭，其中柳洪電站于2006年建成發(fā)電，坪頭電站于2011年5月建成發(fā)電。

為便于對流域內(nèi)各梯級電站進(jìn)行統(tǒng)一管理，在業(yè)主管理營地內(nèi)設(shè)置流域集中控制管理中心。該集中控制管理中心于2006年與柳洪電站同步建成。

以下對美姑河流域梯級光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作一簡要介紹。

2 流域梯級通信方式的選擇

從目前的各種通信方式來看，可供選擇的通信方式有光纖通信方式、數(shù)字微波通信方式和電力線載波通信方式。

美姑河流域各梯級電站相距較近，集中在50km范圍內(nèi)，各個梯級電站間、各梯級電站與閘首間的距離均在10～15km范圍內(nèi)，且電站廠房均分布于美姑河流域河谷地帶。

美姑河流域梯級通信要求實(shí)施全流域的綜合自動化，除計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)利用光纜單獨(dú)組網(wǎng)外，工業(yè)電視系統(tǒng)、門禁及安防系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、企業(yè)管理信息(MIS)系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度和行政通信系統(tǒng)、水情測報(bào)系統(tǒng)等都將采用綜合組網(wǎng)方案，因此要求梯級流域通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量好、容量大、可靠性高。

就目前通信技術(shù)，梯級內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)可采用光纖、微波、衛(wèi)星及電力線載波等通信方式，但衛(wèi)星與電力線載波傳輸速率較低，不能滿足梯級流域綜合傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求；微波通信須建多個微波中繼站，存在中繼站位置選擇較困難、通信電源難以解決、投資較大、今后運(yùn)行維護(hù)困難等缺點(diǎn)，目前已很少采用；光纖通信方式具有容量大、傳輸質(zhì)量高、投資省、建設(shè)快的特點(diǎn)，特別是在電力系統(tǒng)建設(shè)光纖通信系統(tǒng)，可以利用電力桿路架設(shè)特種光纜，在減少了投資的同時(shí)也增加了光纜線路的安全性，因此光纖通信系統(tǒng)較微波通信系統(tǒng)具有更大的傳輸容量和更高的可靠性。結(jié)合施工期通信、運(yùn)行維護(hù)等因素綜合考慮，并借鑒寶興河、南椏河、火溪河等類似流域的成功經(jīng)驗(yàn)，美姑河流域梯調(diào)內(nèi)部通信系統(tǒng)采用光纖通信系統(tǒng)。

3 光纖通信系統(tǒng)傳輸平臺的選擇

3.1 SDH傳輸平臺

SDH是20世紀(jì)80年代末取代準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)的同步數(shù)字系列傳輸體制，在通信標(biāo)準(zhǔn)的7層協(xié)議中位于最底層，是基于物理層的基礎(chǔ)傳輸技術(shù)。SDH采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，提供2M、34M、155M、622M固定的接口，為用戶提供點(diǎn)到點(diǎn)專線業(yè)務(wù)。

(1)SDH的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

技術(shù)成熟，具有完整的系列和國際標(biāo)準(zhǔn),在電力系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛；

面向連接，具有服務(wù)質(zhì)量(QOS)保證；

具有完善的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制，自愈時(shí)間短(標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間50ms)，具有高的可靠性和實(shí)時(shí)性。

(2)SDH的不足主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

占用固定的帶寬，最小的顆粒度為2M，且為獨(dú)占方式，網(wǎng)絡(luò)帶寬資源浪費(fèi)；

側(cè)重于語音和TDM專線服務(wù)，對于其他業(yè)務(wù)，須配置接入設(shè)備，不能在SDH的光口或電口上直接實(shí)現(xiàn)，多業(yè)務(wù)性方面較差；

系統(tǒng)擴(kuò)展性差，只能在帶寬上增加；

只能提供點(diǎn)到點(diǎn)的連接，不能提供點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)。

3.2 多業(yè)務(wù)傳輸平臺(MSTP)

MSTP是在SDH設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)慕涌?，將以太網(wǎng)口的信號直接映射到SDH的虛容器中，通過SDH網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)業(yè)務(wù)傳輸，從而使網(wǎng)絡(luò)在支持語音和TDM專線服務(wù)的同時(shí)，承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、VoIP、視頻業(yè)務(wù)、各種虛擬專線服務(wù)等多種業(yè)務(wù)，可為用戶提供10/100/1000M以太端口、ATM端口和2M端口。

MSTP的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

面向連接，具有服務(wù)質(zhì)量(QOS)保證；

具有SDH傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制；

應(yīng)用數(shù)據(jù)封裝、虛級聯(lián)數(shù)據(jù)映射、統(tǒng)計(jì)復(fù)用等技術(shù)，有效利用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源；

系統(tǒng)開放性較好，支持多種國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，能與其他SDH和IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

3.3 以太網(wǎng)(TP)

以太網(wǎng)技術(shù)是計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的主流技術(shù)之一，遵從IEEE802工作組的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，基于CSMA/CD技術(shù)，前幾年主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸。近年來隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可以支持COS、劃分優(yōu)先級、帶寬預(yù)留等技術(shù)，以太網(wǎng)已成為同時(shí)支持話音、數(shù)據(jù)、圖像等多媒體傳輸?shù)钠脚_。

采用以太網(wǎng)組網(wǎng)有兩種方式：一種是純IP方式，網(wǎng)絡(luò)的連接采用交換機(jī)的接口模塊直接連接；另一種是IP承載在SDH上。在電力系統(tǒng)中，采用純IP方式傳輸生產(chǎn)調(diào)度和行政管理通信、工業(yè)電視系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、水情測報(bào)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)的純IP網(wǎng)絡(luò)還沒有先例。采用IP承載在SDH上的方式，雖然可以利用SDH完善的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制，但增加了傳輸層的設(shè)備，系統(tǒng)的投資較大。

對于生產(chǎn)調(diào)度和行政管理通信，特別是生產(chǎn)調(diào)度通信，在電站的安裝、調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)中對通信的可靠性、實(shí)時(shí)性和調(diào)度功能都有較高的要求，純IP網(wǎng)絡(luò)的VoIP話音解決方案不能滿足要求。

首先，VoIP話音可靠性和實(shí)時(shí)性不能滿足要求：一方面是由于IP網(wǎng)絡(luò)沒有端到端服務(wù)質(zhì)量(QOS)保證。雖然IP網(wǎng)絡(luò)采用擁塞管理、流量控制、以太網(wǎng)802.1p協(xié)議(優(yōu)先級)等技術(shù)來保證服務(wù)質(zhì)量，但I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)不是面向連接，不能提供點(diǎn)到點(diǎn)的固定帶寬服務(wù)，所有信號以競爭方式占用帶寬，VoIP話音可能與數(shù)據(jù)、圖像以及其他業(yè)務(wù)發(fā)生沖突，造成VoIP語音包的丟失、延時(shí)以及延時(shí)抖動，生產(chǎn)調(diào)度通信的通話質(zhì)量和實(shí)時(shí)性得不到保證。另一方面當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞或路由器、交換機(jī)遭受攻擊時(shí)，可能造成網(wǎng)絡(luò)的癱瘓和崩潰，從而造成生產(chǎn)調(diào)度通信的中斷，這在電站運(yùn)行、檢修中是不允許的。

其次，是VoIP話音的功能不能滿足電力系統(tǒng)調(diào)度通信的要求。電站的生產(chǎn)調(diào)度電話應(yīng)具有多種調(diào)度功能，其中包括強(qiáng)插、強(qiáng)拆、直達(dá)熱線、一鍵到位、指揮調(diào)度群設(shè)置、指揮調(diào)度臺可編程、直達(dá)路由自動選擇等上百種調(diào)度功能，這些調(diào)度功能用VoIP是不能夠完成的。

如果采用IP承載在SDH的通信方式，生產(chǎn)調(diào)度和行政管理通信、工業(yè)電視系統(tǒng)采用SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸，MIS系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、水情測報(bào)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)采用IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，這樣組網(wǎng)方式網(wǎng)路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能形成統(tǒng)一的多業(yè)務(wù)交換平臺，工業(yè)電視系統(tǒng)不能與MIS系統(tǒng)接口，網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、維護(hù)困難，且須配置多個系統(tǒng)的備品備件。

3.4 光纖通信系統(tǒng)傳輸平臺的確定

根據(jù)工程對梯級通信系統(tǒng)多業(yè)務(wù)要求以及以上各種傳輸平臺的技術(shù)比較，IP網(wǎng)絡(luò)不能滿足梯級通信系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性的要求，不能作為梯級通信系統(tǒng)的傳輸方式；SDH可以滿足梯級通信系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性的要求，但在多業(yè)務(wù)性方面較差，在技術(shù)上不具有先進(jìn)性，不能滿足今后流域內(nèi)多業(yè)務(wù)的要求。故美姑河流域梯級通信系統(tǒng)采用MSTP方式組網(wǎng)，既滿足系統(tǒng)高可靠性和實(shí)時(shí)性的要求，又具有先進(jìn)性。

4 梯級通信系統(tǒng)方案

根據(jù)美姑河流域梯級電站的地理位置分布，為滿足電站及電站閘首之間的通信需要，采用光纖通信環(huán)網(wǎng)組建流域內(nèi)的梯級通信系統(tǒng)。

該光纖通信環(huán)網(wǎng)由集控中心、牛牛壩電站、瓦洛電站、瓦吉吉電站、柳洪電站、坪頭電站及各電站的閘首組成，全網(wǎng)絡(luò)共10個通信節(jié)點(diǎn)。其中，集控中心、牛牛壩電站、瓦洛電站、瓦吉吉電站、柳洪電站、坪頭電站為整個網(wǎng)絡(luò)的一級節(jié)點(diǎn)，分別配置2.5G帶寬的MSTP設(shè)備，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的2.5G主環(huán)網(wǎng)；瓦洛電站閘首、瓦吉吉電站閘首、柳洪電站閘首、坪頭電站閘首由于信息點(diǎn)和信息量都較少，為二級通信節(jié)點(diǎn)，分別配置傳輸數(shù)率為155.520Mbit/s的SDH接入設(shè)備。環(huán)網(wǎng)上的各梯級電站通信節(jié)點(diǎn)與它們的閘首構(gòu)成155.520Mbit/的小環(huán)網(wǎng)，利用美姑河梯級電站集控中心至各梯級電站固定VC通道與所有的閘首構(gòu)成一個大的155.520Mbit/的環(huán)網(wǎng)，用于數(shù)據(jù)、圖像的傳輸。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)湟妶D1。

各梯級電站、集控中心通過光纖通信環(huán)網(wǎng)，經(jīng)集控中心通信節(jié)點(diǎn)，由聯(lián)合開關(guān)站溝通梯級電站至四川省電力調(diào)度中心的系統(tǒng)通道。

圖1 光纖通信系統(tǒng)拓?fù)?/p>

5 已建成的流域梯級光纖通信系統(tǒng)

目前，柳洪電站、坪頭電站均已建成發(fā)電，集控中心已于2006年建成并投入運(yùn)行，流域內(nèi)已建成了集控中心、柳洪電站、坪頭電站光纖通信系統(tǒng)。

已建成的光纖通信系統(tǒng)通信節(jié)點(diǎn)包括集控中心、柳洪電站、坪頭電站、柳洪電站閘首、坪頭電站閘首。其中，集控中心、柳洪電站、坪頭電站采用STM-16光纖通信環(huán)網(wǎng)，柳洪電站閘首、坪頭電站閘首采用STM-1環(huán)網(wǎng)；柳洪電站閘首利用集控中心至柳洪電站的STM-1環(huán)網(wǎng)中固定的VC通道構(gòu)成一個155.520Mbit/的環(huán)網(wǎng)；坪頭電站閘首至坪頭電站采用1+1鏈路。光傳輸設(shè)備采用中興通信的Unitrans ZXMP-S360、S380/S320設(shè)備，PCM終端中興通信的Unitrans ZXMP 310設(shè)備。

6 通信系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)

6.1 統(tǒng)一規(guī)劃、分布實(shí)施

根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工程進(jìn)度安排和業(yè)主要求，在柳洪電站建設(shè)初期，提出了美姑河流域集中控制的建設(shè)方案，為今后各梯級電站的通信設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。在隨后的柳洪、坪頭電站的設(shè)計(jì)中，按照梯級流域通信系統(tǒng)的整體規(guī)劃，進(jìn)行設(shè)備配置，在設(shè)備配置上充分考慮環(huán)網(wǎng)的需求，做到統(tǒng)一規(guī)劃、分布實(shí)施，并隨著流域各梯級電站的建成逐步完善。

6.2 高可靠性

該光纖通信系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備配置、光纜路由的選擇上充分考慮系統(tǒng)的可靠性。

(1)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，采用光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、二纖通道保護(hù)，可實(shí)現(xiàn)ITU-T建議中的環(huán)網(wǎng)自愈保護(hù)方式。單一光纖環(huán)網(wǎng)可提供“一點(diǎn)保護(hù)”，即當(dāng)某段光纜線路出現(xiàn)斷纜或某通信節(jié)點(diǎn)一側(cè)線路設(shè)備故障時(shí)，每個通信節(jié)點(diǎn)的通信不會中斷；當(dāng)某個通信節(jié)點(diǎn)的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，不會影響其他通信節(jié)點(diǎn)的通信，不會出現(xiàn)通信中斷，確保梯級內(nèi)部可靠的通信。

(2)在設(shè)備配置上，主環(huán)上各通信節(jié)點(diǎn)采用MSTP 2.5G設(shè)備，155.520Mbit/的小環(huán)網(wǎng)上采用SDH155設(shè)備，其主控、交叉連接單元、時(shí)鐘單元以及電源模塊等核心部分采用1+1冗余保護(hù)配置，可充分保證設(shè)備的可靠。

(3)在光纜路由的選擇上，采用沿220kV輸電線路敷設(shè)OPGW光纜，形成光纖通信網(wǎng)絡(luò)上半環(huán)，沿35kV或10kV輸電線路敷設(shè)ADSS光纜和少量的普通架空光纜形成光纖通信網(wǎng)絡(luò)下半環(huán)，構(gòu)成梯級內(nèi)部光纜環(huán)網(wǎng)。ADSS光纜、OPGW光纜的采用，提高了梯級通信系統(tǒng)的可靠性，為流域內(nèi)梯級電站通信系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保證。

6.3 MSTP設(shè)備的采用

在設(shè)備選型上，采用MSTP設(shè)備，增加數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)慕涌?，不僅滿足了梯級通信系統(tǒng)可靠性和實(shí)時(shí)性的要求，還可支持話音、數(shù)據(jù)和圖像等多媒體業(yè)務(wù)的傳輸需求，可傳送大量不同的業(yè)務(wù)和協(xié)議，如ATM、IP、SDH、快速以太網(wǎng)和GE信號；同時(shí)該系統(tǒng)具有完善的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制，既具有SDH網(wǎng)絡(luò)的多種倒換功能和自愈功能，又具有網(wǎng)絡(luò)級鏈路層保護(hù)ATM VP環(huán)保護(hù)和以太網(wǎng)STP保護(hù)，使得流域梯級通信系統(tǒng)的可靠性大為提高。

6.4 永臨結(jié)合

2003年，在進(jìn)行柳洪電站施工通信設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行了自建內(nèi)部交換網(wǎng)、租用電信公網(wǎng)等多種通信方案的技經(jīng)比較，并提出了自建流域內(nèi)部交換網(wǎng)和光纜線路方案。在柳洪電站、坪頭電站建設(shè)期，先行架設(shè)流域內(nèi)拉瑪鄉(xiāng)—柳洪廠區(qū)12芯ADSS光纜和柳洪35kV變電站—坪頭35kV變電站—樂約鄉(xiāng)生活營地的20芯ADSS光纜線路，既解決了電站施工期的大量對內(nèi)、對外通信，同時(shí)又將該光纜線路保留到永久梯級通信系統(tǒng)中，做到永臨結(jié)合，節(jié)省投資。

7 存在的不足

在柳洪電站施工期進(jìn)行拉瑪鄉(xiāng)—柳洪廠區(qū)ADSS光纜設(shè)計(jì)時(shí)，由于當(dāng)時(shí)光纜價(jià)格較高，本著經(jīng)濟(jì)合理的原則，選用12芯光纜(話音6芯、計(jì)算機(jī)監(jiān)控2芯、備用2芯，預(yù)留2芯)，能滿足當(dāng)時(shí)的通信需求。后應(yīng)當(dāng)?shù)卣?，為支持?dāng)?shù)仉娦艠I(yè)發(fā)展，提供4芯光纖給當(dāng)?shù)仉娦挪块T使用，以解決拉瑪鄉(xiāng)、樂約鄉(xiāng)的通信問題；同時(shí)，隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)監(jiān)控、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)等對通信要求的不斷提高，對纖芯數(shù)量的要求增加，使柳洪電站投產(chǎn)時(shí)，該段光纜芯數(shù)完全用滿沒有備用芯。為確保整個流域梯級通信的穩(wěn)定可靠，在坪頭電站發(fā)電時(shí)，重新架設(shè)了一條拉瑪鄉(xiāng)—柳洪廠區(qū)的20芯ADSS光纜。

在今后進(jìn)行類似工程設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備配置、光纜芯數(shù)的設(shè)計(jì)均應(yīng)充分考慮設(shè)備余量。

8 結(jié)束語

光纖通信方式作為一種先進(jìn)的通信方式，具有容量大、傳輸質(zhì)量高、投資省、建設(shè)快的特點(diǎn)，是現(xiàn)代通信的首選方式。特別是在電力系統(tǒng)建設(shè)光纖通信系統(tǒng)，可以利用電力桿路架設(shè)特種光纜，在減少了投資的同時(shí)也增加了光纜線路的安全性，具有更大的優(yōu)越性，在電力系統(tǒng)中已得到廣泛采用。

本文對目前幾種通信方式、傳輸平臺進(jìn)行了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，針對工程的具體要求，結(jié)合各電站的地理分布、流域內(nèi)輸電線路路徑，確定了適合于美姑河流域綜合自動化的通信系統(tǒng)方案，并對該通信方案進(jìn)行了簡要介紹，同時(shí)對該系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)、存在的不足進(jìn)行了歸納總結(jié)，有助于通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高。

目前，正在進(jìn)行美姑河流域成都集控中心的設(shè)計(jì)。今后，拉瑪鄉(xiāng)集控中心的信息將送至成都集控中心，實(shí)現(xiàn)成都集控中心對美姑河流域各梯級電站的遠(yuǎn)程控制。

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