電力骨干SDH通信網(wǎng)可靠運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究與應(yīng)用

劉軍 王穎 張書林

摘 ?要： 本文從電力骨干SDH通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)資源、承載業(yè)務(wù)三個(gè)方面開展了網(wǎng)絡(luò)可靠運(yùn)行指標(biāo)研究工作，形成三大類12個(gè)指標(biāo);同時(shí)初步選用國家電網(wǎng)公司一級(jí)骨干通信網(wǎng)某地區(qū)網(wǎng)絡(luò)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)該地區(qū)網(wǎng)絡(luò)開展了優(yōu)化改造工作，有效提升了該地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞： 電力通信網(wǎng);可靠性;指標(biāo)體系

中圖分類號(hào)： TN914 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(wǎng)可靠運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究與應(yīng)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(wǎng)依托于電網(wǎng)，服務(wù)于電網(wǎng)安全生產(chǎn)及公司企業(yè)經(jīng)營，是電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是電網(wǎng)生產(chǎn)經(jīng)營業(yè)務(wù)的物理承載網(wǎng)絡(luò)，是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。電力骨干通信網(wǎng)主要包括兩部分，一是由物理光纜組成的光纜網(wǎng)絡(luò)，二是在光纜網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，由傳輸設(shè)備互聯(lián)形成的傳輸網(wǎng)絡(luò)[1]。

近年來，以“西電東送，南北互供”的特高壓為代表的電網(wǎng)建設(shè)加快推進(jìn)，電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模隨之不斷擴(kuò)大，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，新型電網(wǎng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)量快速增長。2016年，國家電網(wǎng)安質(zhì)部印發(fā)了新版《國家電網(wǎng)公司安全事故規(guī)程》（國家電網(wǎng)安質(zhì)（2016）1033號(hào)），對(duì)通信等級(jí)事件的部分內(nèi)容進(jìn)行了修訂，對(duì)通信運(yùn)行的保障提出了更高的要求。新形勢(shì)對(duì)電力通信網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行提出了更高的要求，因此，建立科學(xué)、合理、完整的電力通信網(wǎng)可靠性運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)[2-6]，從而提升通信網(wǎng)及電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平、并為未來規(guī)劃設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，是十分重要且必要的。

在電力骨干通信網(wǎng)可靠性運(yùn)行指標(biāo)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(gè)主要維度開展對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)、通信光纜和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最終形成各類可靠性運(yùn)行指標(biāo)體系。但已有的研究未對(duì)對(duì)“光纜重載”及“設(shè)備重載”程度進(jìn)行分析，也缺少相應(yīng)的指標(biāo)對(duì)承載保護(hù)、安控業(yè)務(wù)的光纜及設(shè)備的可靠性運(yùn)行進(jìn)行評(píng)判。

本文研究內(nèi)容如下：針對(duì)電力骨干通信網(wǎng)的兩大組成部分—光纜網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)，分別從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、承載業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)資源三個(gè)方面開展網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可靠性運(yùn)行指標(biāo)研究工作，形成三大類12個(gè)指標(biāo);其中，首次提出光纜重載度和設(shè)備重載度兩個(gè)指標(biāo)，用來定量的描述某一光纜或設(shè)備上承載重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)通道的集中程度;同時(shí)初步選用國網(wǎng)一級(jí)骨干SDH通信網(wǎng)某地區(qū)網(wǎng)絡(luò)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)該地區(qū)網(wǎng)絡(luò)開展了優(yōu)化改造工作，有效提升了該地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行水平。本文以下章節(jié)結(jié)構(gòu)如下：第一章概述電力骨干SDH傳輸網(wǎng)的架構(gòu)及組成，第二章對(duì)三大類12項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)描述，第三章選用典型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行指標(biāo)試算及應(yīng)用，第四章總結(jié)全文。

1 ?電力骨干SDH通信網(wǎng)架構(gòu)

電力骨干通信網(wǎng)由主要由光纜段和站點(diǎn)上部署的光傳輸設(shè)備組成。它可以從如下兩個(gè)角度進(jìn)行分解及分析：由光纜段連接而成的物理實(shí)體網(wǎng)簡稱為光纜網(wǎng)絡(luò);在光纜網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過節(jié)點(diǎn)上的光傳輸設(shè)備對(duì)光纜段進(jìn)行有效連接，形成互聯(lián)光路，由光路連接構(gòu)成光傳輸網(wǎng)絡(luò)。

（1）通信光纜網(wǎng)絡(luò)

光纖是SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸介質(zhì)，通信光纜又是由若干根光纖構(gòu)成的纜心和外部防護(hù)層組成。電力SDH傳輸網(wǎng)的通信光纜包括光纖復(fù)合架空地線光纜、全介質(zhì)自承式光纜和普通光纜三種類型，其中光纖復(fù)合架空地線光纜只在電力行業(yè)有應(yīng)用。

（2）SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)

SDH傳輸設(shè)備是一種將上下業(yè)務(wù)、線路傳輸及交換功能融為一體的裝備。從硬件結(jié)構(gòu)角度，SDH傳輸設(shè)備主要由子架、主控板、電源板、時(shí)鐘板、交叉板、支路板、線路板等模塊組成。從傳輸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，SDH傳輸設(shè)備通過光纖介質(zhì)連接，可以形成不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳輸網(wǎng)絡(luò)。SDH傳輸網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有鏈形、星形、樹形、環(huán)形和網(wǎng)孔形，而在電力SDH傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是鏈形、環(huán)形兩種拓?fù)涠询B而成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)可靠性運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

電力骨干SDH通信網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)是否平穩(wěn)可靠，與構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的底層物理光纜網(wǎng)絡(luò)及SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)是否可靠、纖芯及傳輸帶寬有關(guān)是否充足、重要業(yè)務(wù)方式安排是否合理有關(guān)[8]。

2.1 ?研究原則及總體框架

電力骨干通信SDH網(wǎng)絡(luò)可靠性運(yùn)行評(píng)估指標(biāo)的構(gòu)建原則為：客觀性、獨(dú)立性、實(shí)用性，具體含義如下：

（1）客觀性原則，即指標(biāo)的設(shè)計(jì)含義明確，能夠綜合反映電力通信光傳輸網(wǎng)的真實(shí)情況;（2）獨(dú)立性原則，即設(shè)計(jì)指標(biāo)之間應(yīng)盡可能的相互獨(dú)立，避免重復(fù)，具有概括性;（3）實(shí)用性原則，即指標(biāo)的設(shè)計(jì)應(yīng)該具有容易獲取、容易進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及適合橫向和縱向比較的特點(diǎn)。

按照上述研究原則及設(shè)計(jì)思路，電力骨干SDH通信網(wǎng)可靠性指標(biāo)體系總體框架，如圖1所示。

2.2 ?網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2.1 ?光纜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)指標(biāo)

針對(duì)光纜網(wǎng)絡(luò)，本文設(shè)計(jì)了節(jié)點(diǎn)度、網(wǎng)絡(luò)平均連通度、相鄰節(jié)點(diǎn)間平均光纜數(shù)3個(gè)指標(biāo)，用以反映光纜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可靠程度。

（1）節(jié)點(diǎn)度

3.3 ?指標(biāo)評(píng)估及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

3.3.1 ?指標(biāo)評(píng)估

（1）計(jì)算結(jié)果

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，該地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)平均連通度D為2.4，屬于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)較稀疏的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò);相鄰節(jié)點(diǎn)間平均光纜數(shù)F為1.67，意味著每兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間具有平均1.67條光纜，未達(dá)到所有節(jié)點(diǎn)間雙光纜運(yùn)行;站點(diǎn)均處于環(huán)網(wǎng)中，無假環(huán)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)存在;最小環(huán)上節(jié)點(diǎn)數(shù)小于6，未超過核心區(qū)域上節(jié)點(diǎn)數(shù)量上限值。

在網(wǎng)絡(luò)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(wù)承載方面，該地區(qū)內(nèi)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較大;在所有光纜中，500kVAH3回光纜的重載度最大;該地區(qū)內(nèi)設(shè)備重載度大于8的設(shè)備共計(jì)14臺(tái)，均為投運(yùn)年限較長的老舊設(shè)備，主要為環(huán)1、環(huán)2上ECI品牌設(shè)備。

（2）評(píng)估分析

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，AH3回、IJ2回、JH2回、FH2回成為業(yè)務(wù)方式優(yōu)化的瓶頸。建議持續(xù)開展該地區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化補(bǔ)強(qiáng)工作，增加節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)，使網(wǎng)絡(luò)平均連通度D數(shù)值大于3，使網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)成網(wǎng)格密集的網(wǎng)格網(wǎng)。

在網(wǎng)絡(luò)資源方面，該地區(qū)網(wǎng)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(wù)提供應(yīng)急及迂回通道;由于該地區(qū)光環(huán)網(wǎng)環(huán)1、環(huán)2系統(tǒng)系統(tǒng)建成時(shí)間早，設(shè)計(jì)帶寬值較小（環(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(wù)承載方面，造成光纜重載的原因是有兩個(gè)，一是由于上述光纜的運(yùn)行年限較長，光纜接頭盒等薄弱環(huán)節(jié)導(dǎo)致光纜運(yùn)行可靠性下降，光纜重載度指標(biāo)上升，引發(fā)等級(jí)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(wù)通道傳輸?shù)钠款i建。造成設(shè)備重載的原因?yàn)檫@該地區(qū)光環(huán)網(wǎng)1及光環(huán)網(wǎng)2兩套傳輸系統(tǒng)覆蓋站點(diǎn)廣，設(shè)備承載業(yè)務(wù)通道較多;另外，設(shè)備投運(yùn)時(shí)間較長（超過15年），設(shè)備老化嚴(yán)重，故障率高，設(shè)備可靠性較差。

3.3.2 ?網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

根據(jù)指標(biāo)分析結(jié)果，使得該地區(qū)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化目標(biāo)明確，已有針對(duì)性的開展了如下網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作，具體工作內(nèi)容及成效如下：

（1）開展網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過利用該地區(qū)省網(wǎng)光纜資源，形成了B-J之間的新的光纜連接（具體拓?fù)鋱D見圖2虛線所示）：新增光纜補(bǔ)強(qiáng)了光纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平均連通度及相鄰節(jié)點(diǎn)間平均光纜數(shù)進(jìn)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(wù)提供了應(yīng)急迂回通道，分擔(dān)了其上的業(yè)務(wù)通道承載數(shù)量，從而有效降低了光纜重載度水平，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后光纜重載值見表4所示。

（2）開展老舊設(shè)備騰退

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

（3）開展帶寬擴(kuò)容

針對(duì)該地區(qū)部分傳輸斷帶寬占用率較高的情況，對(duì)資源緊張區(qū)段BA、EG、HG、AH等傳輸端，通過更換線路側(cè)板卡，開展了網(wǎng)絡(luò)帶寬擴(kuò)容工作，

將傳輸設(shè)計(jì)帶寬升級(jí)拓展為10G，有效解決平均通道帶寬占用率偏高的問題。

4 ?結(jié)語

本文從電力骨干SDH通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、承載業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)資源三個(gè)方面開展了安全運(yùn)行可靠性指標(biāo)研究工作，形成三大類12個(gè)指標(biāo);同時(shí)初步選用國家電網(wǎng)公司一級(jí)骨干通信網(wǎng)某地區(qū)網(wǎng)絡(luò)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)該地區(qū)網(wǎng)絡(luò)開展了優(yōu)化改造工作，有效提升了該地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行水平。

本項(xiàng)目為開展電力骨干SDH通信網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)工作提供了依據(jù)，也為開展網(wǎng)絡(luò)配套的建設(shè)規(guī)劃、技改大修等工作提供了技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 韋樂平. 光同步數(shù)字傳送網(wǎng)（修訂本）[M]. 北京： 人民郵電出版社， 1998.

[2] DL/T544-2012. 電力通信運(yùn)行管理規(guī)程[S]. 2012.

[3] 國家電網(wǎng)公司安全事故規(guī)程[S]. 國家電網(wǎng)安質(zhì)（2016）1033號(hào).

[4] Q/GDW 720—2012. 電力通信檢修管理規(guī)程[S]. 2012.

[5] 國家電網(wǎng)公司. 公司內(nèi)部對(duì)標(biāo)信息通信指標(biāo)評(píng)價(jià)細(xì)則（2013版）[S]. 2008.

[6] 國家電網(wǎng)公司. 電力通信工程后評(píng)估管理辦法[S]. 2010.

[7] 王偉勇. 電力系統(tǒng)通信城域MSTP骨干網(wǎng)組網(wǎng)方式探討[J]. 電力系統(tǒng)通信， 2006， （06）： 48-50.

[8] 施健， 劉益暢. 電力信息通信技術(shù)[J]. 電力通信指標(biāo)體系研究， 2013. 11， PP： 16-21.

[9] 曾瑛， 汪瑩， 董希杰， 樊冰. 電力通信骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)方法[J]. 華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2013. 40（05）： 65-69+102.

[10] 李明洋， 張利軍， 徐宇嘯. 電力通信光傳輸網(wǎng)綜合評(píng)估方法研究[J]. 光通信技術(shù)， 2016（01）： 5-7.

[11] 孫增友， 張洋. 基于改進(jìn)綜合賦權(quán)的電力通信網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)確定方法[J]. 東北電力大學(xué)學(xué)報(bào). Vol.37No.3 Jun， 2017： 97-102.

[12] 譚躍進(jìn)， 吳俊， 鄧宏鐘. 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)估的節(jié)點(diǎn)收縮方法[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐， 2006， 26（11）： 79-83.