電力骨干SDH通信網可靠運行評價指標體系研究與應用

劉軍 王穎 張書林

摘 ?要： 本文從電力骨干SDH通信網的網絡架構、網絡資源、承載業(yè)務三個方面開展了網絡可靠運行指標研究工作，形成三大類12個指標;同時初步選用國家電網公司一級骨干通信網某地區(qū)網絡對指標進行了計算，根據計算結果對該地區(qū)網絡開展了優(yōu)化改造工作，有效提升了該地區(qū)網絡的安全運行水平。

關鍵詞： 電力通信網;可靠性;指標體系

中圖分類號： TN914 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.01.061

本文著錄格式：劉軍，王穎，張書林，等. 電力骨干SDH通信網可靠運行評價指標體系研究與應用[J]. 軟件，2019，41（01）：283289

【Abstract】： This paper proposes twelve reliability evaluation indexes focus on the network structure， network resource and carrying traffic of the power SDH communication network. Then a regional network of the first-level backbone communication network of the State Grid Corporation is selected to calculate the index. According to the calculation results， the network in this area has been optimized and reformed， which effectively improves the security level of the network.

【Key words】： Power bone communication network; Reliability; Index system

0 ?引言

電力通信網依托于電網，服務于電網安全生產及公司企業(yè)經營，是電力系統(tǒng)的重要基礎設施，是電網生產經營業(yè)務的物理承載網絡，是確保電網安全、穩(wěn)定、經濟運行的重要保障。電力骨干通信網主要包括兩部分，一是由物理光纜組成的光纜網絡，二是在光纜網絡基礎上，由傳輸設備互聯(lián)形成的傳輸網絡[1]。

近年來，以“西電東送，南北互供”的特高壓為代表的電網建設加快推進，電力骨干通信網絡的規(guī)模隨之不斷擴大，拓撲結構日益復雜，新型電網生產業(yè)務數量快速增長。2016年，國家電網安質部印發(fā)了新版《國家電網公司安全事故規(guī)程》（國家電網安質（2016）1033號），對通信等級事件的部分內容進行了修訂，對通信運行的保障提出了更高的要求。新形勢對電力通信網的安全可靠運行提出了更高的要求，因此，建立科學、合理、完整的電力通信網可靠性運行評價指標[2-6]，從而提升通信網及電網的安全運行水平、并為未來規(guī)劃設計提供科學依據，是十分重要且必要的。

在電力骨干通信網可靠性運行指標研究方面，之前有代表性的研究工作主要從安全性、資源容量、性能、隱患幾個主要維度開展對傳輸網絡、通信光纜和網絡結構進行分析，最終形成各類可靠性運行指標體系。但已有的研究未對對“光纜重載”及“設備重載”程度進行分析，也缺少相應的指標對承載保護、安控業(yè)務的光纜及設備的可靠性運行進行評判。

本文研究內容如下：針對電力骨干通信網的兩大組成部分—光纜網絡和傳輸網絡，分別從網絡架構、承載業(yè)務、網絡資源三個方面開展網絡運行可靠性運行指標研究工作，形成三大類12個指標;其中，首次提出光纜重載度和設備重載度兩個指標，用來定量的描述某一光纜或設備上承載重要生產業(yè)務通道的集中程度;同時初步選用國網一級骨干SDH通信網某地區(qū)網絡對指標進行了計算，根據計算結果對該地區(qū)網絡開展了優(yōu)化改造工作，有效提升了該地區(qū)網絡的安全運行水平。本文以下章節(jié)結構如下：第一章概述電力骨干SDH傳輸網的架構及組成，第二章對三大類12項指標進行詳細描述，第三章選用典型網絡進行指標試算及應用，第四章總結全文。

1 ?電力骨干SDH通信網架構

電力骨干通信網由主要由光纜段和站點上部署的光傳輸設備組成。它可以從如下兩個角度進行分解及分析：由光纜段連接而成的物理實體網簡稱為光纜網絡;在光纜網絡的基礎上，通過節(jié)點上的光傳輸設備對光纜段進行有效連接，形成互聯(lián)光路，由光路連接構成光傳輸網絡。

（1）通信光纜網絡

光纖是SDH傳輸網絡的信號傳輸介質，通信光纜又是由若干根光纖構成的纜心和外部防護層組成。電力SDH傳輸網的通信光纜包括光纖復合架空地線光纜、全介質自承式光纜和普通光纜三種類型，其中光纖復合架空地線光纜只在電力行業(yè)有應用。

（2）SDH傳輸網絡

SDH傳輸設備是一種將上下業(yè)務、線路傳輸及交換功能融為一體的裝備。從硬件結構角度，SDH傳輸設備主要由子架、主控板、電源板、時鐘板、交叉板、支路板、線路板等模塊組成。從傳輸拓撲結構上看，SDH傳輸設備通過光纖介質連接，可以形成不同拓撲結構的傳輸網絡。SDH傳輸網的基本網絡結構有鏈形、星形、樹形、環(huán)形和網孔形，而在電力SDH傳輸網的網絡結構主要是鏈形、環(huán)形兩種拓撲堆疊而成的復雜網絡，比較典型的有3種，分別是環(huán)帶鏈、相切環(huán)和樞紐環(huán)[7]。

2 ?電力通信網可靠性運行評價指標體系構建

電力骨干SDH通信網運行狀態(tài)是否平穩(wěn)可靠，與構成網絡的底層物理光纜網絡及SDH傳輸網絡的架構是否可靠、纖芯及傳輸帶寬有關是否充足、重要業(yè)務方式安排是否合理有關[8]。

2.1 ?研究原則及總體框架

電力骨干通信SDH網絡可靠性運行評估指標的構建原則為：客觀性、獨立性、實用性，具體含義如下：

（1）客觀性原則，即指標的設計含義明確，能夠綜合反映電力通信光傳輸網的真實情況;（2）獨立性原則，即設計指標之間應盡可能的相互獨立，避免重復，具有概括性;（3）實用性原則，即指標的設計應該具有容易獲取、容易進行數據分析以及適合橫向和縱向比較的特點。

按照上述研究原則及設計思路，電力骨干SDH通信網可靠性指標體系總體框架，如圖1所示。

2.2 ?網絡架構

2.2.1 ?光纜網絡架構指標

針對光纜網絡，本文設計了節(jié)點度、網絡平均連通度、相鄰節(jié)點間平均光纜數3個指標，用以反映光纜網絡架構的可靠程度。

（1）節(jié)點度

3.3 ?指標評估及網絡優(yōu)化

3.3.1 ?指標評估

（1）計算結果

在網絡結構方面，該地區(qū)的網絡平均連通度D為2.4，屬于網絡架構較稀疏的網狀網絡;相鄰節(jié)點間平均光纜數F為1.67，意味著每兩個相鄰節(jié)點間具有平均1.67條光纜，未達到所有節(jié)點間雙光纜運行;站點均處于環(huán)網中，無假環(huán)風險點存在;最小環(huán)上節(jié)點數小于6，未超過核心區(qū)域上節(jié)點數量上限值。

在網絡資源方面，該地區(qū)光纜纖芯占用率飽和的光纜段位于B-C（BC2回）及E-C（EC3回）;通道帶寬占用率最高的傳輸段均位于環(huán)1ECI系統(tǒng)及環(huán)2ECI系統(tǒng)，最大帶寬占用率已超過85%。

在業(yè)務承載方面，該地區(qū)內有6條光纜的重載度均大于8，分別為500kVAB2回OPGW光纜、500kVAB3回OPGW光纜、500kVGH1回OPGW光纜、500kVGH2回OPGW光纜、500kVAH3回OPGW光纜、500kVFJ2回OPGW光纜，上述光纜運行風險較大;在所有光纜中，500kVAH3回光纜的重載度最大;該地區(qū)內設備重載度大于8的設備共計14臺，均為投運年限較長的老舊設備，主要為環(huán)1、環(huán)2上ECI品牌設備。

（2）評估分析

在網絡架構方面，AH3回、IJ2回、JH2回、FH2回成為業(yè)務方式優(yōu)化的瓶頸。建議持續(xù)開展該地區(qū)網絡結構優(yōu)化補強工作，增加節(jié)點之間的互聯(lián)，使網絡平均連通度D數值大于3，使網絡演進成網格密集的網格網。

在網絡資源方面，該地區(qū)網環(huán)1、環(huán)2系統(tǒng)的平均通道帶寬占用率已超過75%，帶寬趨于飽和，該系統(tǒng)作已無法為其他系統(tǒng)的承載業(yè)務提供應急及迂回通道;由于該地區(qū)光環(huán)網環(huán)1、環(huán)2系統(tǒng)系統(tǒng)建成時間早，設計帶寬值較?。ōh(huán)1為2.5G，環(huán)2為622M），是造成系統(tǒng)平均通道帶寬占用率高的原因。

在業(yè)務承載方面，造成光纜重載的原因是有兩個，一是由于上述光纜的運行年限較長，光纜接頭盒等薄弱環(huán)節(jié)導致光纜運行可靠性下降，光纜重載度指標上升，引發(fā)等級事件的概率增加;二是由于部分重載光纜段（例如500kVAH3回光纜段）為站間唯一光纜，使其成為業(yè)務通道傳輸的瓶頸建。造成設備重載的原因為這該地區(qū)光環(huán)網1及光環(huán)網2兩套傳輸系統(tǒng)覆蓋站點廣，設備承載業(yè)務通道較多;另外，設備投運時間較長（超過15年），設備老化嚴重，故障率高，設備可靠性較差。

3.3.2 ?網絡優(yōu)化

根據指標分析結果，使得該地區(qū)網絡優(yōu)化目標明確，已有針對性的開展了如下網絡優(yōu)化工作，具體工作內容及成效如下：

（1）開展網絡結構優(yōu)化

通過利用該地區(qū)省網光纜資源，形成了B-J之間的新的光纜連接（具體拓撲圖見圖2虛線所示）：新增光纜補強了光纜網絡結構，使得網絡節(jié)點平均連通度及相鄰節(jié)點間平均光纜數進一步提升，具體提升情況見表1及表2所示。

新增光纜為AH3線及其他相鄰光纜上的重要業(yè)務提供了應急迂回通道，分擔了其上的業(yè)務通道承載數量，從而有效降低了光纜重載度水平，網絡優(yōu)化后光纜重載值見表4所示。

（2）開展老舊設備騰退

針對該地區(qū)部分設備重載情況嚴重的情況，2018年對該地區(qū)重載問題突出的設備開展了老舊設備的更換工作，淘汰了原有重載嚴重的ECI老舊設備，環(huán)內承載保護、安控業(yè)務的設備可靠性大幅提升，有效的緩解了設備重載問題。

（3）開展帶寬擴容

針對該地區(qū)部分傳輸斷帶寬占用率較高的情況，對資源緊張區(qū)段BA、EG、HG、AH等傳輸端，通過更換線路側板卡，開展了網絡帶寬擴容工作，

將傳輸設計帶寬升級拓展為10G，有效解決平均通道帶寬占用率偏高的問題。

4 ?結語

本文從電力骨干SDH通信網的網絡架構、承載業(yè)務、網絡資源三個方面開展了安全運行可靠性指標研究工作，形成三大類12個指標;同時初步選用國家電網公司一級骨干通信網某地區(qū)網絡對指標進行了計算，根據計算結果對該地區(qū)網絡開展了優(yōu)化改造工作，有效提升了該地區(qū)網絡的安全運行水平。

本項目為開展電力骨干SDH通信網運行狀態(tài)評價工作提供了依據，也為開展網絡配套的建設規(guī)劃、技改大修等工作提供了技術支撐。

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