太古長輸供熱工程高可靠通訊方案配置及優化

齊衛雪 馮關儒 荊 劍 岳 斌

(太原市熱力集團有限責任公司，山西 太原 030000)

1 項目概況

太古長輸供熱工程以古交興能電廠為熱源，敷設4根DN1 400管線，設置兩套系統。管線長度37.8 km，包括穿山隧道15.7 km、野外架空2.0 km，中間設置3座中繼泵站和1座事故補水站，6級熱網循環泵逐級加壓。目前項目已安全平穩運行四個采暖季，最大供熱面積達7 120萬m2。

該工程供熱半徑70 km，遠遠超過了20 km的行業共識。長輸熱網口徑大、輸送距離長、供水溫度高(設計130 ℃)、運行壓力高(實際運行2.3 MPa)，電廠至中繼能源站直連高差180 m，要保證所有工況不超壓、不汽化，需要實現對整個系統的控制與調節，實時監測重點設備運行參數，以往的集中供熱工程，以數據監測和平衡調整為主要目標，而長輸供熱工程必須首先保證系統的安全，才能保證市區7 000多萬平方米穩定供熱。穩定可靠的通訊系統是系統安全平穩運行的基礎。

2 通訊系統

該工程在古交興能電廠設置供熱首站，由于管線距離長，沿途設置3座中繼泵站，1座事故補水站，1座中繼能源站，泵站設置計較分散。為了保證調度指令能夠及時準確到達各個分控中心，運行參數實時回傳，各泵站分控中心與中繼能源站核心機房(太古調度中心)的通信系統至關重要。

2.1 通訊方案介紹

為保證數據傳輸可靠，該工程采用有線與無線兩種通訊方式，以各個泵站均以有線通訊為主，無線通訊方式作為備用，同時作為沿線數據采集設備的通訊方式。

2.2 有線通訊方式

有線通信使用兩條路由，采用環網設置，具體方式如下：

1)將1號泵站、2號泵站、3號泵站、主管線監測點(過汾河地溝、輸煤棧橋)、興能熱力廠通過租用運營商光纜與相應的基站連接，在基站至中繼能源站機房之間新建光纜傳輸數據。中繼能源站生產車間與調度中心距離較近，直接利用光纜傳輸數據，不使用運營商的網絡。

2)1號泵站與2號泵站位于古交側，3號泵站與中繼能源站和調度中心都位于太原側，在2號泵站與3號泵站之間為15.7 km的隧道，管線為架空敷設。在兩個泵站之間敷設專用光纜，為數據通訊增加一層保障。

3)通過運營商匯聚機房將本公司的核心站點實現光纜雙路由及設備雙節點成環。保障在本公司的核心站點一端因為特殊原因造成的開環情況下，不影響業務。環網路由圖見圖1。

2.3 無線通訊方式

無線通信主要有兩方面作用，一是供熱管線沿線RTU監測點運行參數的傳輸，二是有線通訊的備用通信，當有線通訊方式不能正常使用時，自動跳轉至無線通信系統，對通信系統進行冗余設置，保證數據傳輸的高可靠，為系統的調節控制、故障處理以及應急提供基礎保障。

無線通訊采用VPDN方式接入，每個無線接入點分配一批CDMA UIM卡(CDMA用戶卡)，UIM卡插入CDMA路由器設備內置的CDMA通信模塊中即可使用。

CDMA無線路由器通過PPP撥號方式由CDMA無線網接入，連接到CDMA PDSN設備，由CDMA AAA認證服務器提供接入認證，判斷卡號和VPDN的對應關系。通過驗證后，CDMA PDSN將與電信運營商的LNS路由器之間建立起L2TP專用隧道，將用戶名和密碼由運營商的AAA認證服務器驗證用戶的合法性，并分配內網IP地址。

電信運營商的LNS路由器與太古項目路由器(或交換機)之間通過MPLS VPN連接，采用100 M光纖接入，利用光電轉換器，與路由器或交換機采用以太網100 M電接口連接。

當CDMA路由器通過接入認證、獲得IP地址后，與太古項目的防火墻之間的數據傳輸將通過IPSec進行加密數據傳輸，從而進一步保證數據傳輸的安全性。

2.4 自動切換

通訊系統需要有線和無線兩種通訊方式，同時有線中斷后要自動切換至無線，故需在中繼能源站機房及每個節點配置路由器，并在路由器上配置實現該功能的參數。

以中繼能源站機房(太古調度中心)為核心節點，其他各節點數據均匯集至能源站機房。工作人員定期對無線通訊進行檢查試用，確保無線通訊系統正常，在監控站點有線通訊中斷后(雙路由全部中斷的情況下)，能正常切換傳輸數據。

中繼能源站機房核心節點路由器支持L2TP協議，同時連接一條物理線路與運營商LAC設備連通，并配置L2TP協議與運營商LAC可建立L2TP隧道。各節點路由器需將無線撥號的參數配置到路由器中。VPDN業務需要在路由器中配置APN，用戶名、密碼等參數。在中繼能源站機房核心路由器與各節點路由器上起動態路由協議，如OSPF等，用以實現有線中斷、無線自動切換的功能。自動切換方式如圖2所示。

3 實際運行難題

在工程投運初期，供熱隧道仍有部分工程正在施工，隧道內光纜還未敷設完成。中繼能源站廠區及周邊道路施工，有線系統與無線系統從運營商匯聚機房或基站的中繼能源站機房的通訊專線均從周邊道路與能源站廠區經過，因此，專用電路被挖斷后，有線通訊與無線通訊中斷，各站點及首站數據將無法傳輸至中繼能源站機房。針對在投運初期通訊中斷的情況，需要對上述通訊方案進行補充完善，以此保證在極端的情況下各個站點與中繼能源站機房仍能維持正常通信，確保調度指令與運行數據的穩定傳輸，保證系統安全平穩運行。

3.1 解決方案

針對上述難題，有線通訊方式必須有物理線路的鏈接，改進空間不大，因此，考慮對無線通訊方式進行改進。在電信運營商IDC機房獨立放置一臺LNS設備。在兩條有線通訊線路中斷后，利用LNS設備通過無線備用網絡與電信運營商核心網絡聯通，保證無線通訊業務能夠正常使用，從而實現與各節點之間的通信。

優化后拓撲圖如圖3所示。

3.2 優化效果

運行初期，無線通訊方式未經過電信運營商IDC機房，無線信號匯聚后直接由MSTP電路接入中繼能源站機房，由機房內核心路由器作為LNS使用，在MSTP電路被挖斷后，無線傳輸功能失效；優化后，在運營商機房增設LNS路由器，無線數據匯聚后首先傳入運營商機房，在MSTP電路正常情況下通過電路傳輸，在電路故障時，通過無線路由器傳輸至中繼能源站機房。

4 結論與建議

太古長輸供熱管線是長輸供熱項目的里程碑工程，項目投運后，全國各地的電廠以及供熱單位均來參觀交流，北方比如石家莊、銀川等多個城市均有實施長輸供熱項目。長輸供熱是山西碧水藍天的重要組成部分。

本文主要介紹了太古長輸項目的通訊系統，是對實際運行經驗教訓的總結。項目雖然有設置雙有線+無線的通訊方式，但是由于線路選擇的路由一樣，在遇到施工被挖斷的極端情況時，此種備用方式相當于一種通訊方式，因此建議通訊線路應選擇不同的通訊路由；中繼能源站車間與機房距離較近，采用光纜直接連接的方式進行通訊，在設計時未接入無線通訊，但在實際運行時偶爾會遇到數據丟失的情況，因此建議可以增加無線通訊方式；優化通訊方式后，從未出現有線與無線通訊同時中斷的情況，建議通訊方式要采用冗余設置，保證數據傳輸的可靠穩定。通過對通信系統四年使用經驗教訓的總結，為其他長輸管線工程通訊系統設置提供參考。