黑水河流域梯級通信系統(tǒng)設(shè)計

曾紅兵

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072)

1 前 言

隨著國家電力體制改革的深入，對流域梯級電站的運行和管理提出了新要求，在廠網(wǎng)分開的新形勢下，建設(shè)流域梯級集控中心，運用先進的技術(shù)手段對流域梯級電站進行管理，實現(xiàn)流域梯級電站發(fā)電和防洪的聯(lián)合調(diào)度，是流域梯級電站運營和管理的一個發(fā)展方向。黑水河流域毛爾蓋、色爾古、柳坪三個電站由中國水電建設(shè)集團四川電力開發(fā)有限公司開發(fā)，擬建流域梯級集控中心實行集中控制和聯(lián)合調(diào)度，實現(xiàn)流域梯級綜合自動化，建設(shè)可靠性較高的梯級通信系統(tǒng)則是實現(xiàn)流域綜合自動化的堅實基礎(chǔ)。

2 工程概況

黑水河系岷江上游的一級支流，發(fā)源于羊拱山東麓。主源奶子溝，自西北向東南流，于馬橋接納由北向南流的打古溝后始稱黑水河。黑水河自西北向東南流經(jīng)黑水縣城后折向東流，至西爾下游與左岸大支流毛爾蓋河和小黑水河相匯后再轉(zhuǎn)向東南，至色爾古下游右納赤不蘇溝后，于沙壩鄉(xiāng)下游的兩河口匯入岷江。黑水河全長180km，流域面積7 240km2。地理位置界于東經(jīng) 102°30＇～103°45＇、北緯 31°45＇～33°00＇之間。

黑水河干流開發(fā)方案為“二庫五級”開發(fā)，依次為二道橋、馬橋(水庫)、毛爾蓋(水庫)、色爾古、柳坪。其中，毛爾蓋(420MW)、色爾古(150MW)、柳坪(120MW)為中國水電建設(shè)集團四川電力開發(fā)有限公司開發(fā)，根據(jù)流域梯級規(guī)劃，在三個梯級電站中間位置色爾古附近建設(shè)黑水河流域梯級集控中心，對毛爾蓋、色爾古、柳坪三電站進行集中控制，實現(xiàn)流域梯級綜合自動化。

黑水河流域干流梯級開發(fā)示意圖見圖1。

黑水河流域梯級通信系統(tǒng)由光傳輸分系統(tǒng)、程控交換分系統(tǒng)及通信電源和配線分系統(tǒng)組成。光傳輸分系統(tǒng)由一個核心環(huán)網(wǎng)和部分支線鏈路組成，滿足保護信息管理、消防監(jiān)控、管理信息(MIS)、大壩監(jiān)測、程控交換系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、工業(yè)電視等對傳輸通道的需要;程控交換分系統(tǒng)由調(diào)度交換網(wǎng)絡(luò)和行政交換網(wǎng)絡(luò)組成，滿足流域集控中心對各梯級電站生產(chǎn)調(diào)度和行政管理通信的需要;通信電源和配線分系統(tǒng)則為通信設(shè)備提供通信電源保障和通信系統(tǒng)的配線、測試和設(shè)備保安。

3 光傳輸分系統(tǒng)

3.1 光纜線路

根據(jù)黑水河流域毛爾蓋、色爾古、柳坪電站三個梯級電站互聯(lián)及接入系統(tǒng)設(shè)計方案，柳坪水電站出二回220kV線路，一回接茂縣變電站，另一回接上游的色爾古水電站;色爾古電站出一回220kV線路接至色爾古500kV變電站;毛爾蓋水電站出一回500kV線路接色爾古500kV變電站。

黑水河干流梯級電站互聯(lián)及接入系統(tǒng)方案見圖2。

圖1 黑水河干流梯級開發(fā)示意

圖2 黑水河干流梯級電站互聯(lián)及接入系統(tǒng)方案

為充分利用輸電線路桿塔資源，降低架設(shè)光纜的成本，提高通信光纜線路的可靠性，流域內(nèi)通信光纜大部份加掛在輸電線路上，在無輸電線路的地方架設(shè)少量普通光纜，形成流域物理意義上的光纖環(huán)網(wǎng)，光纜線路總長度約為93.5km，其中ADSS光纜線路長度約58km，架設(shè)在流域各梯級電站至閘首(大壩)的10kV/35kV廠用電輸電線路上;OPGW光纜線路長度約31.5km，架設(shè)在220kV/500kV送出輸電線路上;普通架空光纜線路長度約4km。考慮通信組網(wǎng)和計算機監(jiān)控對纖芯的需要，并適當預(yù)留余量，光纜芯數(shù)按24芯考慮，光纖選用G．652非色散位移光纖(NDSF)。光纜線路見圖3。

3.2 光傳輸網(wǎng)絡(luò)

3.2.1 通信方式

毛爾蓋電站、色爾古電站、柳坪電站和黑水河流域梯級集控中心采用“擴大廠站”模式設(shè)計，為保證流域梯級電站綜合自動化的實現(xiàn)，作為支撐網(wǎng)絡(luò)的梯級通信系統(tǒng)必須具有傳輸質(zhì)量好、傳輸容量大和可靠性高等優(yōu)點。電力系統(tǒng)常用的通信方式有微波通信、光纖通信和電力線載波通信。電力線載波通信傳輸容量小且完全依托輸電線路，不適合用于流域梯級組網(wǎng);微波通信具有傳輸質(zhì)量好、傳輸容量較大等優(yōu)點，但微波系統(tǒng)易受干擾，且目前在公網(wǎng)和電力專網(wǎng)中微波均已不用于建設(shè)骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，而作為終端接入的一種通信手段，建設(shè)和運行維護的成本較高;光纖通信不僅具有傳輸質(zhì)量好、容量大及具有多種保護方式等優(yōu)點，而且隨著電力通信專網(wǎng)的發(fā)展，SDH光傳輸網(wǎng)絡(luò)已成為電力通信專網(wǎng)的骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)和運行維護成本較低。經(jīng)比較，流域梯級傳輸網(wǎng)絡(luò)的通信方式采用光纖通信。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖3 黑水河流域梯級光纜線路路由示意

按中華人民共和國電力行業(yè)標準(DL/T 5345－2006)《梯級水電廠集中監(jiān)控工程設(shè)計規(guī)范》的要求，流域內(nèi)部各電站至集控中心的通信通道應(yīng)不少于2個，黑水河流域梯級光纖通信網(wǎng)絡(luò)采用光纖環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)ITU－T建議中的環(huán)網(wǎng)自愈保護方式，提供“一點保護”，即當某段光纜線路出現(xiàn)斷纜或某通信節(jié)點一側(cè)線路設(shè)備出現(xiàn)故障時，環(huán)網(wǎng)上各通信節(jié)點的通信不會中斷，當某個通信節(jié)點的設(shè)備出現(xiàn)故障時，不會影響其他通信節(jié)點的通信，提高了傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性，滿足流域內(nèi)部各電站至流域梯級集控中心雙通信通道的要求。

黑水河梯級集控中心、色爾古電站、柳坪電站、毛爾蓋電站四個通信節(jié)點為一級節(jié)點，構(gòu)成2.5G核心環(huán)網(wǎng)，采用二纖雙向復(fù)用段保護;毛爾蓋大壩、色爾古閘首、柳坪閘首為二級通信節(jié)點，以支線方式接入核心環(huán)網(wǎng)，采用鏈路1+1或1+0保護配置。

網(wǎng)絡(luò)拓撲見圖4。

3.2.3 設(shè)備配置

多業(yè)務(wù)傳輸平臺(Multi－Service Transport Platform)是在SDH基礎(chǔ)上形成的能傳輸多業(yè)務(wù)的傳輸平臺，能實現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入、處理和傳送，具有多種通信接口，較適合用于流域梯級組網(wǎng)。在黑水河流域梯級核心環(huán)網(wǎng)4個一級通信節(jié)點分別配置一套MSTP 2.5G光傳輸設(shè)備;在各電站的閘首(大壩)配置一套SDH155光傳輸設(shè)備，同時在各通信節(jié)點配置PCM設(shè)備。滿足流域梯級內(nèi)部工業(yè)電視、消防監(jiān)控、保護信息管理、程控交換聯(lián)網(wǎng)等對通信通道的需求。

圖4 黑水河流域梯級通信網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

在梯級集控中心配置一套網(wǎng)元級的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，對各通信節(jié)點的通信設(shè)備完成標準管理信息的交換及安全管理、配置管理、故障管理和性能管理，管理對象包括SDH以及PCM設(shè)備，管理內(nèi)容包括告警管理、性能管理、配置管理、接口能力和安全管理。

4 程控交換分系統(tǒng)

黑水河梯級通信系統(tǒng)程控交換網(wǎng)絡(luò)由調(diào)度交換網(wǎng)和行政交換網(wǎng)絡(luò)組成。

4.1 調(diào)度交換網(wǎng)絡(luò)

在梯級集控中心和各梯級電站分別配置一套程控調(diào)度交換機，容量均為512端口，集控中心程控調(diào)度交換機作為匯接交換機，與各梯級電站程控調(diào)度交換機采用2M接口連接，信令采用Q信令，匯接交換機通過2M中繼接入四川電力調(diào)度專網(wǎng)，滿足四川省調(diào)與集控中心、各梯級電站以及集控中心與各梯級電站之間調(diào)度通信的需要。各電站的閘首(大壩)由于用戶數(shù)量較少，采用Nx64K延長線的方式實現(xiàn)調(diào)度通信，由各電站調(diào)度交換機實現(xiàn)。

4.2 行政交換網(wǎng)絡(luò)

在梯級集控中心配置一套行政用程控交換機，容量為512端口，各梯級電站分別配置一套遠端交換模塊，容量為256端口，遠端交換模塊以2M接口和集控中心程控交換機相連，溝通流域梯級集控中心和梯級電站以及梯級電站相互之間的行政通信。流域集控中心程控交換通過2M中繼接入電信公網(wǎng)，信令采用中國7號信令，滿足集控中心、梯級電站對外通信的需要。在梯級集控中心配置一套計費系統(tǒng)，對行政交換系統(tǒng)和調(diào)度交換系統(tǒng)內(nèi)電話分機出中繼進行計費。

電站的閘首(大壩)由于用戶數(shù)量較少，采用Nx64K延長線的方式實現(xiàn)行政管理通信，由梯級電站遠端交換模塊實現(xiàn)。

4.3 調(diào)度和行政交換網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)

梯級集控中心的調(diào)度匯接交換機和行政交換機以2M數(shù)字接口連接，為保證調(diào)度交換網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性，采用單向中繼方式聯(lián)網(wǎng)，即只允許調(diào)度交換網(wǎng)用戶出中繼進入行政交換網(wǎng)，不允許行政交換網(wǎng)用戶出中繼進入調(diào)度交換網(wǎng)。梯級內(nèi)部所有電話分機進行統(tǒng)一編號，實行等位撥號。程控交換組網(wǎng)見圖5。

圖5 程控交換系統(tǒng)組網(wǎng)示意

5 通信電源和配線分系統(tǒng)

5.1 通信電源

通信設(shè)備供電電源要求穩(wěn)定、可靠，尤其是在全廠交流電源中斷時，通信電源不得中斷。為確保流域各通信節(jié)點通信設(shè)備的正常工作，在黑水河流域各通信節(jié)點配置通信電源系統(tǒng)，其中流域梯級集控中心和毛爾蓋電站二個重要通信節(jié)點的通信電源按雙重化進行配置，即配置二套高頻開關(guān)電源和二組閥控式密封鉛酸蓄電池，其余通信節(jié)點按單電源配置。

5.2 配線設(shè)備

黑水河流域各梯級電站廠房和梯級集控中心的音頻配線設(shè)備采用保安配線柜，所有通信電纜和電話線必須通過保安配線柜至通信設(shè)備，光纖配線和數(shù)字配線采用綜合配線柜，作為光纖和數(shù)字電路的配線、測試和設(shè)備保安用;電站閘首(大壩)的配線設(shè)備采用綜合配線柜，所有通信電纜(線)必須通過綜合配線柜至通信設(shè)備。

6 結(jié)束語

黑水河流域梯級通信系統(tǒng)的建設(shè)，為流域梯級綜合自動化奠定了堅實的基礎(chǔ)，在黑水河流域?qū)崿F(xiàn)了梯級集控中心對各梯級電站的集中控制以及流域梯級電站防洪、發(fā)電的聯(lián)合調(diào)度，增加了梯級電站的發(fā)電效益，減少了各梯級電站的運行值班人員，提高了勞動生產(chǎn)效率，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。