水電站集中控制中心通信系統(tǒng)建設(shè)探討

王安榮，孫克飛

(四川久隆水電開發(fā)有限公司，四川甘孜 626200)

長期以來，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)的愈來愈多，為加強(qiáng)多電站水能綜合利用、降低運(yùn)營成本、提高發(fā)電效益，各水電開發(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支流，按“一庫五級”的方案實(shí)施梯級開發(fā)，九龍河集控中心位于第三級開發(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、聯(lián)通及電信均有接入設(shè)備布置于集控中心通信室，對外通信十分方便。

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)度語音通訊系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)及水情測報(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)對光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)進(jìn)行集中管理、維護(hù)。站級節(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SDH平臺提供的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)，通信信令為七號信令。系統(tǒng)具備分組、優(yōu)先、強(qiáng)拆、強(qiáng)插、會議、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)啟動自交換功能，提供最基本的呼叫業(yè)務(wù)，使站級用戶內(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)可通過自動檢測振鈴電壓、摘掛機(jī)等信號進(jìn)行錄音的啟停控制，可同時(shí)對16通道進(jìn)行自動錄音和監(jiān)聽，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PCM分別放有4路小號至各電站主控室及閘首做為語音通訊備用通道。

(3)圖像數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

集控后，電站現(xiàn)場按“無人值班(少人值守)”方式運(yùn)行。為便于對遠(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ZXR三層交換機(jī)為中心節(jié)點(diǎn)，通過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)，流域水情自動測報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)是十分必要的。九龍河流域水情測報(bào)系統(tǒng)包括2個(gè)水文站和12個(gè)雨量站，各遙測站點(diǎn)分布廣、地域條件復(fù)雜，常規(guī)的有線及無線通信方式無法滿足數(shù)據(jù)傳輸需求。經(jīng)綜合比較后，選取了北斗衛(wèi)星通信作為水情測報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式，該系統(tǒng)在每個(gè)遙測點(diǎn)配置有一套北斗星通信終端，遙測數(shù)據(jù)變化時(shí)通信終端自動將水情信息發(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)器通過串口與衛(wèi)星接收終端連接，實(shí)現(xiàn)遙測數(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。

對于部分有移動網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的遙測點(diǎn)還可配置基于GSM的傳輸設(shè)備，做為遙測數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫溆猛ǖ?，以確保水情測報(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高頻開關(guān)電源外，還配置有一臺柴油發(fā)電機(jī)作為遠(yuǎn)后備電源。

3 結(jié)語

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電站接入后，集控中心集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度的優(yōu)勢將更加突出。

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

(1)自“5.12”汶川地震后，針對極端自然災(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。