二郎壩梯級(jí)水電站自動(dòng)化改造工程通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】 本文以二郎壩梯級(jí)電站為實(shí)例，結(jié)合工程特點(diǎn)介紹了梯級(jí)電站自動(dòng)化改造工程通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)查工程通信現(xiàn)狀，結(jié)合工程規(guī)模及特點(diǎn)，運(yùn)用當(dāng)前先進(jìn)的通信技術(shù)，設(shè)計(jì)出符合工程實(shí)際情況，預(yù)算合理的通信系統(tǒng)方案。

【關(guān)鍵字】 通信系統(tǒng) 梯級(jí)電站 自動(dòng)化改造 光纜 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī) 通信電源

一、工程概述

二郎壩梯級(jí)水電站位于陜西省寧強(qiáng)縣二郎壩鄉(xiāng)和高寨子鎮(zhèn)境內(nèi)，具有發(fā)電、灌溉、供水、和旅游開(kāi)發(fā)等綜合效益。工程在寧強(qiáng)縣水田坪鄉(xiāng)嘉陵江二級(jí)支流西流河天生橋段封堵天然暗河，建成以山體擋水的天生橋水庫(kù)，水庫(kù)總庫(kù)容7800萬(wàn)m3。開(kāi)鑿隧洞，穿過(guò)流域分水嶺，通過(guò)10.53km引水洞、渠，將水引入漢江一級(jí)支流玉帶河，利用期間形成的418m落差，建成天生橋、二郎壩、臥龍臺(tái)三級(jí)電站，總裝機(jī)10臺(tái)5萬(wàn)kW，多年平均發(fā)電量1.998億kW.h。

該梯級(jí)電站改造前，通信系統(tǒng)現(xiàn)狀為：從天生橋電站至臥龍臺(tái)電站沿輸水隧洞已敷設(shè)有12芯光纜，從臥龍臺(tái)電站到寧強(qiáng)公司機(jī)關(guān)的光纜未建。這條光纜只用來(lái)傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)，其它數(shù)據(jù)如電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)使用電力載波通信。所配的設(shè)備有光端機(jī)和語(yǔ)音交換機(jī)。光端機(jī)配置為：臥龍臺(tái)電站5臺(tái)，天生橋電站、天生橋生活區(qū)、天生橋水庫(kù)、二郎壩水電站、二郎壩生活區(qū)各1臺(tái)。同時(shí)，在臥龍臺(tái)電站設(shè)有1臺(tái)語(yǔ)音交換機(jī)。

二郎壩梯級(jí)水電站自動(dòng)化改造最終要實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班、少人值守管理模式，因此對(duì)通信的可靠性要求較高。所以本次通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)為雙通道，采用雙纜雙環(huán)的工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)模式，兩條光纜沿著不同的路徑敷設(shè)，實(shí)行物理隔離，通信容量設(shè)計(jì)為千兆。主干網(wǎng)點(diǎn)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)都設(shè)計(jì)成冗余結(jié)構(gòu)，一旦一條線路出現(xiàn)故障能自動(dòng)切換至另一條線路，另外，通信系統(tǒng)配備獨(dú)立的電源，一旦發(fā)生意外停電，保證通信不中斷。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1通信方式

考慮到系統(tǒng)現(xiàn)狀，及光纖通信的優(yōu)異的特性，帶寬大，數(shù)據(jù)傳輸能力強(qiáng)、衰減小、傳輸速率高、通信容量大，無(wú)中繼傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾、抗輻射能力強(qiáng)、通信質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，適用于大范圍的網(wǎng)絡(luò)。因此，本次設(shè)計(jì)的主干通信方式全部采用自建光纜方式。

2.2通信線路設(shè)計(jì)

1、線路1。在原有光纜基礎(chǔ)上，架設(shè)臥龍臺(tái)電站至寧強(qiáng)公司機(jī)關(guān)的光纜鏈路，沿西漢高速公路南側(cè)架設(shè)，線路共計(jì)14公里。

2、線路2。從天生橋電站經(jīng)二郎壩電站、臥龍臺(tái)電站到寧強(qiáng)公司機(jī)關(guān)架有35kV輸電線路，可沿此35kV輸電線路架一條光纜，選用ADSS光纜直接掛在輸電線路的鐵塔上，線路共計(jì)30公里。

2.3通信組網(wǎng)設(shè)計(jì)

通信組網(wǎng)方案有兩種。

方案一：推薦方案

（1）主干網(wǎng)全部采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組網(wǎng)，建成軟雙環(huán)模式，即以寧強(qiáng)監(jiān)控中心、臥龍臺(tái)電站、二郎壩水電站和天生橋電站為主干網(wǎng)點(diǎn)，寧強(qiáng)監(jiān)控中心配置兩臺(tái)核心交換機(jī)，三個(gè)電站每個(gè)電站配置兩臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，先用一組4臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和一條光纜中的4芯光纖組成一個(gè)環(huán)網(wǎng)，再用另一組4臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和另一條光纜中的4芯組成一個(gè)環(huán)網(wǎng)。

（2）各個(gè)分支點(diǎn)到主干網(wǎng)均采用單纜，除二郎壩水電站生活區(qū)和天生橋電站生活區(qū)保留原來(lái)的光端機(jī)外，每個(gè)分支點(diǎn)配一臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。具體布設(shè)如下：

1）天生橋水庫(kù)管理站1臺(tái)，天生橋水庫(kù)泄洪洞閘房1臺(tái)，天生橋水庫(kù)引水發(fā)電洞閘門(mén)處1臺(tái)，這3個(gè)點(diǎn)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)及天生橋生活區(qū)的光端機(jī)均通過(guò)單獨(dú)的一根光纖連接至天生橋電站的主干工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)上。2）二郎壩水電站前池1臺(tái)，劉家灣流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)1臺(tái)，這兩個(gè)點(diǎn)的光端機(jī)均通過(guò)單獨(dú)的一根光纖連接至二郎壩水電站的主干工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)上。3）臥龍臺(tái)電站一期廠房1臺(tái)，臥龍臺(tái)電站前池1臺(tái)，通過(guò)單獨(dú)的一根光纖連接至臥龍臺(tái)電站的主干工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)上。

方案二：備選方案

（1）保留現(xiàn)有的組網(wǎng)方式，把中心點(diǎn)從臥龍臺(tái)移到寧強(qiáng)監(jiān)控中心，在天生橋電站布設(shè)2臺(tái)光端機(jī)，天生橋生活區(qū)布設(shè)1臺(tái)光端機(jī)，二郎壩水電站布設(shè)2臺(tái)光端機(jī)，二郎壩生活區(qū)布設(shè)1臺(tái)光端機(jī)，臥龍臺(tái)電站布設(shè)1臺(tái)光端機(jī)，寧強(qiáng)監(jiān)控中心布設(shè)3臺(tái)光端機(jī)，芯數(shù)分配為：天生橋電站兩芯、二郎壩水電站兩芯，臥龍臺(tái)電站兩芯。另外，在天生橋電站、二郎壩水電站、臥龍臺(tái)電站以及寧強(qiáng)監(jiān)控中心這四個(gè)主干網(wǎng)點(diǎn)再布設(shè)4臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，利用另一條光纜組成單纜雙芯環(huán)網(wǎng)，與光端機(jī)組成的那個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)物理隔離，作為備用通信方式。

（2）天生橋生活區(qū)的光端機(jī)通過(guò)單獨(dú)的一根光纖連接至天生橋電站所對(duì)應(yīng)的光端機(jī)上，二郎壩水電站生活區(qū)的光端機(jī)通過(guò)單獨(dú)的一根光纖連接至二郎壩水電站所對(duì)應(yīng)的光端機(jī)上。在天生橋電站、二郎壩水電站、臥龍臺(tái)電站、天生橋水庫(kù)管理站、天生橋水庫(kù)泄洪洞閘房、天生橋水庫(kù)引水發(fā)電洞閘門(mén)、二郎壩水電站前池、劉家灣流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)、臥龍臺(tái)一期廠房以及臥龍臺(tái)電站前池處各配置一臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，具體連接如下：1）天生橋水庫(kù)管理站、天生橋水庫(kù)泄洪洞閘房和天生橋水庫(kù)引水發(fā)電洞閘門(mén)這3個(gè)點(diǎn)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接至天生橋電站的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)上，然后再連接至主干網(wǎng)光端機(jī)上。2）二郎壩水電站前池和劉家灣流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)這兩個(gè)點(diǎn)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接至二郎壩水電站的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)上，然后再連接至主干網(wǎng)光端機(jī)上。3）臥龍臺(tái)電站一期廠房和前池的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接至臥龍臺(tái)電站的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)上，然再連接至主干網(wǎng)光端機(jī)上。

三、通信電源

通信電源在通信系統(tǒng)中占有非常重要的地位，必須保證不間斷地供電，以保證通信的暢通。如果主干通信網(wǎng)上有一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)發(fā)生供電中斷事故，將使全局服務(wù)癱瘓，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。另外，通信電源還應(yīng)能保證穩(wěn)定地供電，供電電壓過(guò)高會(huì)引起設(shè)備元器件的損壞，供電電壓過(guò)低又會(huì)使通信產(chǎn)生差錯(cuò)。（1）在監(jiān)控中心、臥龍臺(tái)電站、二郎壩水電站及天生橋電站各配置一套直流，監(jiān)控中心一套直流200Ah/48V ，三級(jí)電站直流100Ah/48V。另外，在這4個(gè)點(diǎn)各配置一臺(tái)3kVAUPS。（2）在天生橋水庫(kù)、天生橋生活區(qū)及二郎壩生活區(qū)各配置一臺(tái)3kVA帶電池的UPS。

四、通信管理軟件

通信管理軟件用于通信設(shè)備監(jiān)控管理及預(yù)警，方便管理及維護(hù)人員最快的定位及解決故障。具體功能要求如下：

1、 能夠自動(dòng)偵測(cè)基于LLDP（IEEE802.1AB）協(xié)議的交換機(jī)連接狀態(tài)。

2、支持HiDiscovery、ICMP（ping）、 SNMPv1/v2c/v3等協(xié)議。

3、自動(dòng)搜索網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并能對(duì)其它品牌交換機(jī)及非網(wǎng)管設(shè)備進(jìn)行顯示及狀態(tài)歸類(lèi)。

4、自動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

5、可用于監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，鏈路和連接狀態(tài)，交換機(jī)電源及風(fēng)扇狀態(tài)。

6、事件記錄支持輪詢(xún)方式和SNMP報(bào)警。

7、具有多設(shè)備同時(shí)配置功能。

8、故障或事件可生成事件/報(bào)警登錄，也可以觸發(fā)連接狀態(tài)信息窗口，支持e-mail、SMS和應(yīng)用程序。

五、結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)于無(wú)人值班、少人值守電站通信系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙通道，兩條通道的可靠性、通信容量應(yīng)相同。

（2）改造工程的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮工程現(xiàn)狀，盡可能利用原有設(shè)備。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王志剛.ADSS光纜的設(shè)計(jì)和應(yīng)用.東南大學(xué).2007

[2]楊皓程.工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)不間斷供電系統(tǒng)設(shè)計(jì).香港大學(xué)電力電子學(xué)院.2012

[3]郎需軍，宋志昂，劉桂峰，林清海.ADSS光纜工程的設(shè)計(jì)與施工.電力建設(shè)2001年09期

[4]王磊，裴麗.光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái).中國(guó)科技信息2006年04期