宗和剛，張永懿，趙頻嫣，沈唯羽，安美惠，王 偉

（華能瀾滄江水電股份有限公司烏弄龍·里底水電廠，云南 迪慶 674606）

0 引言

水電站調(diào)度通信系統(tǒng)是指用于水電站調(diào)度管理的通信系統(tǒng)，其重要性體現(xiàn)在以下幾個方面：①實時監(jiān)控與控制：水電站調(diào)度通信系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測水電站各個設(shè)備的運行狀態(tài)，包括水位、流量、發(fā)電機運行狀態(tài)等，以便及時調(diào)整和控制水電站的運行情況，確保其穩(wěn)定運行和最大發(fā)電效率運行[1]；②數(shù)據(jù)傳輸與處理：水電站調(diào)度通信系統(tǒng)能夠傳輸和處理大量的實時數(shù)據(jù)，包括水電站設(shè)備運行數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)對于水電站的調(diào)度決策和運行管理至關(guān)重要[2]；③調(diào)度決策支持：水電站調(diào)度通信系統(tǒng)能夠根據(jù)實時數(shù)據(jù)和預(yù)測模型，提供給調(diào)度員決策支持，幫助其制定合理的水電站調(diào)度方案，以最大程度地滿足電力需求和水資源利用的平衡[3]；④故障診斷與維護：水電站調(diào)度通信系統(tǒng)能夠?qū)λ娬驹O(shè)備進行故障診斷，及時發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)備故障，提高水電站的可靠性和運行效率。同時，它也能夠提供設(shè)備維護管理功能，對設(shè)備進行定期巡檢和維護，延長設(shè)備壽命。

然而，水電站調(diào)度通信系統(tǒng)也面臨一些挑戰(zhàn)：①大數(shù)據(jù)處理：它需要處理大量的實時數(shù)據(jù)，包括多種類型的數(shù)據(jù)和復雜的數(shù)據(jù)分析模型，對系統(tǒng)的計算能力和存儲能力提出了較高的要求。②數(shù)據(jù)安全與保護：由于它涉及到大量的敏感數(shù)據(jù)，包括水電站運行數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)等，因此需要確保數(shù)據(jù)的安全性，采取保護措施，防止數(shù)據(jù)泄露和惡意攻擊。③通信可靠性：水電站調(diào)度通信系統(tǒng)需要保證通信的可靠性和穩(wěn)定性，以確保實時數(shù)據(jù)的傳輸和調(diào)度指令的準確傳達，降低通信故障對水電站運行的影響；④多方協(xié)同與互聯(lián)互通：它需要與多個相關(guān)部門和機構(gòu)進行協(xié)同工作，包括集控、地調(diào)、省調(diào)、總調(diào)以及其他相關(guān)部門等，需要實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，確保信息的及時共享和協(xié)同決策的實現(xiàn)。

綜上所述，水電站調(diào)度通信系統(tǒng)在水電站的運行管理和調(diào)度決策中起著至關(guān)重要的作用，同時也面臨著數(shù)據(jù)處理、安全性、可靠性和協(xié)同等方面的挑戰(zhàn)[4]。

1 某水電站調(diào)度通信業(yè)務(wù)概述

某電站地面中控室的通信業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，包括：集控電能量系統(tǒng)、總調(diào)OMS 系統(tǒng)、調(diào)度交互系統(tǒng)、集控交互系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、廠內(nèi)保信子站系統(tǒng)、調(diào)度電話系統(tǒng)、行政電話系統(tǒng)、集控衛(wèi)星電話系統(tǒng)、值守樓卡點電話系統(tǒng)等；以上業(yè)務(wù)中集控電能量系統(tǒng)、總調(diào)OMS 系統(tǒng)、調(diào)度交互系統(tǒng)、集控交互系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、廠內(nèi)保信子站系統(tǒng)使用的是普通光電轉(zhuǎn)換器進行業(yè)務(wù)中轉(zhuǎn)，而調(diào)度電話系統(tǒng)、行政電話系統(tǒng)、集控衛(wèi)星電話系統(tǒng)、值守樓卡點電話系統(tǒng)使用的是專用的電話語音光端機進行業(yè)務(wù)中轉(zhuǎn)。

圖1 改造前地面中控室通信業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)圖

光電轉(zhuǎn)換器和電話語音光端機都是單電源，并且都是成對使用，一個布置在地下廠房通信機房的電信傳輸設(shè)備柜，另一個布置在地面中控室的一鍵落門控制柜。由于業(yè)務(wù)系統(tǒng)較多，需要大量使用光電轉(zhuǎn)換器和電話語音光端機，每個光電轉(zhuǎn)換器上都插著一對光纖，結(jié)果就造成了電信傳輸設(shè)備柜和一鍵落門控制柜內(nèi)設(shè)備雜亂；另一方面，由于這些光電轉(zhuǎn)換器和電話語音光端機都是單電源，在廠內(nèi)開展倒閘操作的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)由于失電導致業(yè)務(wù)中斷的情況；在去年無人值班現(xiàn)場查評時專家提出：電站地下廠房與地面中控室業(yè)務(wù)通道采用光纖通信，使用的光纖收發(fā)器均為單電源設(shè)備，不滿足重要設(shè)備工作電源冗余配置的要求，需要進行整改。最重要的是這些設(shè)備被放置在中控室一鍵落門控制柜內(nèi)，對電站機組的穩(wěn)定運行也是一個極大的隱患。因此，計劃開展電站中控室通信業(yè)務(wù)可靠性的完善。

2 某水電站調(diào)度通信業(yè)務(wù)改造實踐

大部分水電站調(diào)度通信業(yè)務(wù)使用的都是點對點的通信方式，一個業(yè)務(wù)占用一對光纖，大量使用光纖，一旦其中一根光纖損壞，業(yè)務(wù)就會受到影響。

目前光傳輸技術(shù)中，有兩種比較常見的技術(shù)；其一是波分技術(shù)（Wavelength Division Multiplexing，WDM），它是利用光纖傳輸?shù)牟煌ㄩL來復用不同數(shù)據(jù)信號的技術(shù)。通過將不同波長的光信號混合在一起傳輸，實現(xiàn)多路復用。在接收端，使用光電轉(zhuǎn)換器將不同波長的光信號分離出來，再進行解調(diào)和解碼，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分離。波分技術(shù)可實現(xiàn)多達數(shù)百個波長的復用，大大提高了光纖傳輸?shù)娜萘亢托蔥5]。其二是時分技術(shù)（Time Division Multiplexing，TDM），它是利用時間分割的方式將多個信號串行傳輸在同一條線路上。多個信號以不同的時間片輪流傳輸，接收端按照預(yù)定的時間間隔來識別和分離各個信號。

時分技術(shù)可以支持多個信號同時在同一線路上傳輸，但傳輸速率有限。波分技術(shù)和時分技術(shù)的區(qū)別在于復用方式不同，波分技術(shù)利用不同波長實現(xiàn)多路復用，而時分技術(shù)利用時間分割實現(xiàn)多路復用。波分技術(shù)具有高容量、高效率的特點，而時分技術(shù)則適用于低速率、低容量的傳輸。為了滿足電站調(diào)度業(yè)務(wù)實時性要求，計劃使用波分復用技術(shù)來改善電站的調(diào)度業(yè)務(wù)穩(wěn)定性[6]。

2.1 波分復用技術(shù)的原理

隨著電站通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，服務(wù)受眾群體不斷擴大，對于網(wǎng)絡(luò)通信性能、穩(wěn)定性、可靠性、安全性提出了更高的要求。在這種情況下，波分技術(shù)成為了一種優(yōu)選的高效通信技術(shù)。

波分技術(shù)又稱為“波分復用技術(shù)”，它是一種在光纖通信系統(tǒng)中使用的技術(shù)。波分復用是將兩種或多種不同波長的光載波信號（攜帶各種信息）在發(fā)送端經(jīng)復用器(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸?shù)募夹g(shù)；在接收端，經(jīng)解復用器(亦稱分波器或稱去復用器，Demultiplexer)將各種波長的光載波分離，然后由光接收機作進一步處理以恢復原信號。這種在同一根光纖中同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術(shù)，稱為波分復用。

簡單來說，也可以把WDM 看作是一條公路，如圖2 所示，不同類型的車輛涌入這條公路，到了目的地之后再各走各的。

圖2 波分復用示意圖

利用不同波長的光信號在同一光纖中傳輸時，通過調(diào)整波長將它們分隔開來。在一根光纖中，通過分配不同的波長可以將多個信息流進行分離，實現(xiàn)了多路信號在同一光纖上同時傳輸。波分技術(shù)的實現(xiàn)需要兩個主要部分：光源和分波器。光源可以產(chǎn)生多個波長的光信號，一般是使用激光器生成不同的波長光。分波器是用來將這些不同的波長光信號進行分離，在這方面，最常用的是光柵分波器和星型分波器。

2.2 某電站中控室通信業(yè)務(wù)可靠性完善的具體解決方案

經(jīng)過調(diào)研某公司生產(chǎn)的雙電源光傳輸設(shè)備ITN8600，就是基于波分復用技術(shù)的光傳輸設(shè)備。該設(shè)備在幾大運營商都有使用，但是在水電站很少有使用。另外，該設(shè)備搭配了數(shù)量較多的RJ45 接口（以太網(wǎng)接口）和RJ11 接口（電話和調(diào)制解調(diào)器接口）；因此可以將目前大量使用的單電源電話語音光端機和光電轉(zhuǎn)換器進行替換。

光傳輸設(shè)備ITN8600 成對使用，由于地面中控室和二次盤室僅有50 m 的距離，考慮到光傳輸設(shè)備放在中控室的一鍵落門控制柜隱患較大，計劃將一臺光傳輸設(shè)備放在二次盤室內(nèi)的內(nèi)外網(wǎng)交換機柜，另一臺，還是放置在地下廠房通信機房的電信傳輸設(shè)備柜。

由于原來從地面的二次盤室到地下廠房通信機房的電信傳輸設(shè)備柜就敷設(shè)過一根48 芯光纜，現(xiàn)在使用這套光傳輸設(shè)備，只需要使用其中2 對光纖即可，一對主用，一對備用，可以節(jié)省多對光纖的使用。

雙電源方面，放置在地面的二次盤室內(nèi)外網(wǎng)交換機柜內(nèi)的光傳輸設(shè)備的雙電源取自旁邊的地面值守樓UPS 電源柜電源K7 和K8 兩路。放置在地下廠房通信機房的電信傳輸設(shè)備柜的光傳輸設(shè)備的雙電源一路取自旁邊的1 號高頻開關(guān)電源分配屏的TK42；另一路取自旁邊的2 號高頻開關(guān)電源分配屏的TK42；設(shè)備調(diào)試時，先將兩個光傳輸設(shè)備調(diào)試通，所帶的網(wǎng)口、電話接口調(diào)試通，再上架安裝，這樣可以縮短調(diào)試時間，進而縮短業(yè)務(wù)中斷時間。設(shè)備調(diào)試好之后，從地面值守樓二次盤室內(nèi)外網(wǎng)交換機柜敷設(shè)網(wǎng)線到中控室各個終端，再插上相應(yīng)的網(wǎng)線，測試業(yè)務(wù)是否正常。

改造后，中控室通信業(yè)務(wù)拓撲圖如圖3 所示。

圖3 改造后的通信業(yè)務(wù)系統(tǒng)拓撲圖

ITN8600 光傳輸設(shè)備由光傳輸設(shè)備主機、協(xié)議轉(zhuǎn)換器和語音交換機3 部分構(gòu)成，如圖4 所示。光傳輸設(shè)備主機主要由網(wǎng)絡(luò)交換單板、OTN 業(yè)務(wù)單板、8 波合分波板、光線路保護板、備用空板和電源單板構(gòu)成。電源單板電源1 和電源2 都是AC 220 V，取自不同電源點；光線路保護板起到冗余備份的作用，始終處于熱備狀態(tài)，主用的一對光纖故障，就立刻切到備用的一對光纖，期間業(yè)務(wù)不會中斷；主光口和備光口的光信號進來之后，由合光口往外送出，送到8 波合分波板的分光口；8 波合分波板波長為1 471 nm 的光口將光信號送到OTN 業(yè)務(wù)單板的L1 光口，然后OTN 業(yè)務(wù)單板上的電口1~電口8 就可以承載電口業(yè)務(wù)；8 波合分波板波長為1 491 nm的光口將光信號送到協(xié)議轉(zhuǎn)換器的EAST 光口，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)化將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，再通過同軸電纜送到語音交換機上，最終語音交換機的語音口1~語音口3 就可以承載電話語音業(yè)務(wù)，這里一個語音口可以承載4 部電話業(yè)務(wù)。

圖4 光傳輸設(shè)備接線原理圖

2.3 網(wǎng)管系統(tǒng)

由于光傳輸設(shè)備配置了帶NEG 口的網(wǎng)管交換機單板，因此可以通過在專用的維護電腦上安裝網(wǎng)管平臺（NView NNM），實現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)管，及時接收告警，快捷定位故障，迅速開通業(yè)務(wù)。支持的故障類型包括設(shè)備電源故障、光功率故障、環(huán)回檢測故障等。

網(wǎng)管系統(tǒng)的安裝目的在于解決網(wǎng)絡(luò)維護難的問題，該系統(tǒng)功能完備，界面美觀大方，且操作簡單易用，能夠滿足日常維護的需求，網(wǎng)管界面如圖5 所示。

圖5 網(wǎng)管系統(tǒng)界面

該平臺能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理，具備強大的網(wǎng)元級管理與子網(wǎng)級管理功能，北向提供CORBA、SNMP、JDBC、SOCKET 等多種接口方式用于與業(yè)務(wù)運營支撐系統(tǒng)集成，南向采用SNMP 協(xié)議與網(wǎng)元層設(shè)備進行互管。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計理念，支持靈活的部署方式，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況，按需部署。

網(wǎng)管軟件提供可視化操作界面，拓撲結(jié)構(gòu)清晰、功能豐富，除了能提供完整的設(shè)備管理維護能力之外還能提供多樣化的圖形報表。

（1）圖形化的設(shè)備界面，網(wǎng)管圖形化設(shè)備界面及告警指示燈和設(shè)備實際狀態(tài)一致?？梢酝ㄟ^網(wǎng)管面板直接讀取設(shè)備告警狀態(tài)、端口使用情況及端口通斷狀態(tài)，無需復雜的網(wǎng)管操作。

（2）豐富的設(shè)備運行狀態(tài)讀取，除了常規(guī)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)讀取外，還提供外部環(huán)境讀取，如溫度、電源狀態(tài)讀取。

（3）網(wǎng)管平臺還提供設(shè)備告警，告警窗口提供維護者排障建議，降低維護難度。

（4）除此之外，網(wǎng)管平臺還具有網(wǎng)管報表功能；提供詳細的網(wǎng)管操作和故障處理幫助文檔。

3 總結(jié)

在本次改造過程中，使用的波分復用光傳輸設(shè)備以點對點的組網(wǎng)方式進行通信，組網(wǎng)簡單清晰；機框采用雙電源供電；波分功能模塊分離式設(shè)計，即業(yè)務(wù)復用、波長轉(zhuǎn)換、合分波由不同板卡完成，互不影響；各模塊間通過物理連接，無需邏輯交叉配置，開通簡單，清晰明了，易于開通和維護。另外可擴容性方面，每臺波分設(shè)備有不少于6 個業(yè)務(wù)槽位。業(yè)務(wù)板卡、管理板卡和純光板卡可靈活混插。搭載了網(wǎng)管板卡，只要安裝網(wǎng)管系統(tǒng)，就能通過網(wǎng)管實時監(jiān)控，實現(xiàn)界面化監(jiān)控和操作；網(wǎng)管系統(tǒng)支持光纜故障自動定位、故障信息以郵件或短信方式自動通知；網(wǎng)管支持地圖方式顯示節(jié)點位置。

在水電站通信系統(tǒng)中，使用波分復用技術(shù)來取代單電源的光電轉(zhuǎn)換器、交換機和其他通信設(shè)備。波分復用技術(shù)通過光纖進行傳輸，支持不同協(xié)議和通信業(yè)務(wù)的同時傳輸，提高了通信的靈活性和多樣性。并且實現(xiàn)分散設(shè)備的集中管理，提高通信效率和可靠性，這是波分復用技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴展；這種技術(shù)主要有以下一些優(yōu)點：

（1）提高通信效率：設(shè)備搭載了波分復用技術(shù)，可以在一根光纖上實現(xiàn)多路信號傳輸，大大提高了通信效率，使得水電站調(diào)度通信更加及時、準確、穩(wěn)定。

（2）降低通信成本：設(shè)備使用的雙電源光傳輸技術(shù)，可以通過一條光纖傳輸多路信號，節(jié)省了光纖的使用成本，降低了通信成本。

（3）提高通信安全性：設(shè)備使用光傳輸技術(shù)，光纖通信不易被竊聽、干擾，從而保證了通信的安全性。

（4）提高工作效率：設(shè)備配備了大量的RJ45 和RJ11 接口，可以將大量的單電源電話語音光端機和光電轉(zhuǎn)換器進行替換，大大提高了工作效率。

綜上所述，該技術(shù)在水電站調(diào)度通信業(yè)務(wù)中的使用，可以提高通信效率、降低通信成本、提高通信安全性和工作效率，進而提升水電站的運營效率和服務(wù)質(zhì)量，為電站帶來積極的經(jīng)濟和社會效益[7]。