水利水電工程中現代通信系統的作用分析

雷紅富,姚孟迪,彭 濤

(1.中國三峽建工(集團)有限公司,四川 成都 610000;2.四川省地震局,四川 成都 610041)

0 引言

信息時代的到來改變了人們的生產方式和生活習慣,也提高了工作的便捷性以及效率。 我國水利水電工程作為公共基礎建設的重要一環,當前已通過先進的科學技術,實現了自動化運行的可靠集成系統管理模式,能夠自動對電能計量、費用報價、安全防護、水情測報、視頻監控進行全方位的控制,并結合科學的系統工作流程,有效地保障了水利水電工程的整體安全性。

1 現代水利水電工程中常用的通信方式

1.1 光纖通信

光纖通信是一種新型的通信技術,也是當前國家現代通信系統研究和開發的主要對象之一。 其中,光纖是指一種超細的光導纖維體,其結構有兩層,由纖芯以及外裹塑料材質護體組成,在水利水電工程的實際應用中有著容量較大、穩定性較高、傳輸速率較快的優勢。 當前光纖通信的主要傳輸形式有架空地線復合光纜、全介質自承式光纜、地線纏繞式光纜。

1.2 移動通信

移動通信技術是現代數據通信系統的主流形式,其優勢在于能夠在海、陸、空等環境中進行無線傳輸,并且在穩定狀態環境中的傳輸速率很快,傳輸的范圍也較廣。 移動通信在現代水利水電工程中通常用于廠內的語音程控交換互補業務,也可以作為通信備用通道。 移動通信的缺點在于其通信質量很容易受到外界因素的影響,因此在建設的初期通常要花大量的時間進行現場環境的處理與維護。

1.3 衛星通信

衛星通信系統的主要運作原理是利用微波信號結合衛星進行數據信息的傳輸與交換,其覆蓋的范圍要比一般的移動通信系統廣,并且在建設時也較為方便。由于衛星通信受外界因素干擾的情況較少,因此在現代水利水電工程中也被廣泛應用。 在實際應用的過程中,水利水電工程的第一通信通道通常會使用光纖通信輸送至各個水利水電工程站點,而衛星通信則作為第二通道進行綜合自動化的轉換。

1.4 超短波通信

超短波通信也是現代水利水電工程無線通信技術之一,由于所使用的超短波波長通常在1～10 m,因此也被稱為米波通信。 超短波通信技術的波頻通常在30～300 MHz,具有較強的繞射能力,在現代水利水電工程中通常應用于水情自動測報系統[1]。

1.5 電力線通信

電力線通信是一種有線的通信方式,其主要的運作原理是利用電力線進行數據信號的傳輸與交換。 相對于其他通信技術和系統而言,電力線通信投資較少,并且可靠性較高。 在進行少量的工程作業時,電力線通信技術能夠幫助環境實現高效運作,如傳輸調度電話、調度自動化、線路保護以及安全信息自動化備用通道等。

2 現代水利水電工程通信系統基本結構

2.1 系統構建

水利水電工程通信系統是一個龐大的結構體系(見圖1),覆蓋于工程運轉作業的全過程,系統的構建主要分為兩大部分:一是軟件部分;二是硬件部分。 硬件部分除要符合工程標準要求之外,還要與外界環境相適應,而軟件部分則對開發的要求較高,要根據不同的水利水電工程進行不同的編程。 系統構建的關鍵環節在于數據的采集和組成,只有將基礎工作做好,才能為后期的通信系統提供實時數據的支持。

圖1 現代水利水電通信系統基本框架

2.2 網絡構建

信息傳輸和網絡系統的構建主要是以計算機以及互聯網作為媒介,也是通信系統重要的組成部分,主要負責基礎工程的采集工作,例如:水流量、蒸發量、分流量等,二者之間只有互相處理好結構關系,配合緊密,才能保證整個通信系統的信號與數據信息傳輸的穩定與質量,才能充分發揮通信系統在水利水電工程中的重要作用[2]。

2.3 數據庫構建

數據庫是通信系統自動化運行和制定相關決策的重要參考依據,數據庫綜合了當前系統涉及和覆蓋的所有項目內容,并會進行相關原始運行數據的存儲,最終通過信息處理系統的構建與完善,生成有效指令。 信息處理系統是在綜合數據庫構建的基礎之上開展的,主要起到輔助工作人員決策的功能,并可加大實時數據與既往數據的比對和分析,從而得出科學的決策依據,進一步提高工作人員的作業效率。

3 通信系統對現代水利水電工程的作用

3.1 系統作用

通信系統在現代水利水電工程中主要起到了輔助工程自動化和遠動化的作用,并且其質量、性能與水利水電工程整體的布局、規模息息相關,而不同的工程標準對通信系統的需求也不同,其基本作用及構造要求如下:(1)系統調度自動化信息的信息通道,具有傳輸的功能并且主要用于電能量計費的輸送方面,連接了各個水電站之間的語音通信通道,從而進一步滿足了水電站到系統中心對遠動信息的需求,并采用直采直送的方式進行有效傳輸。 在一般情況之下傳輸的速率要不低于64 kB/s,為保證系統整體的安全穩定性,備用通道的傳輸速率要維持在600～1 200 B/s。 (2)信息保障系統。 信息保障系統主要結合了相關硬件設施,為信息傳輸的穩定性和安全性提供了保障,當前主要采用兩種傳輸線路:一是220 kV 線路;二是500 kV 線路。 其中220 kV 線路的保護通道采用光纖通道或者電力線載波通道,當使用光纖通道時要注意使用專用保護纖芯,而使用電力線載波通道時則要使用專用收發信機。 500 kV 則要使用兩路光纖通道或者采用一路光纖通道與一路電力線載波通道相結合的方式搭建,相對應的載波機則也要使用通信復用式或者專用保護收發電機。

3.2 電話作用

系統電話起到了交換信息、加強工作人員之間的溝通與交流的作用,其中包含了調度交換組網、調度電話、會議電話以及生產管理電話4 個方面。 為保證調度系統整體的安全穩定性能,在進行調度交換組網時,則要采用中繼線進行傳輸,其傳輸的速率應為n×64 kbit/s 或者2 Mbit/s。 電力調度電話和水利調度電話均要根據工程需求和技術標準實施,并且各級的調度中心控制室、發電廠的直接調度平臺、重要變電所間均要不低于2 個獨立通信道。 會議電話主要起到了綜合統籌相關業務、協調發展和穩固工程作業的作用,能夠保障各部門與各工程點之間的管理工作形成有效銜接,并保證在開展相關安全生產管理會議時,能夠輔助組織機構完成相關安全生產工作與指揮的作用,保證了通信的流暢性與實效性,其中傳輸的速率要基本維持在64 kbit/s 水平,才能保證相關作業布置通信的穩定。 生產管理電話主要應用于水利水電工程各級部門的日常工作與生產管理,在通信信息交換的過程中,生產管理電話的自動交換網絡發揮了重要作用,而為了保證日常工作流程和生產的銜接性,中繼網的傳輸速率應維持在2 Mbit/s[3]。

3.3 數據作用

在現代水利水電工程中,數據信息系統主要包含3個方面:一是管理數據信息系統;二是辦公自動化信息系統;三是水電市場數據信息系統。 管理數據信息系統主要負責各項業務之間往來信息的收集、存儲以及處理,屬于系統的核心,存儲的信息數據也較為敏感,為能夠保證工程整體的安全穩定性,應通過結合現代安全防護加密設施,保證數據的完整性,并避免遭受外部因素的侵害。 辦公自動化信息與管理系統信息相輔相成,管理人員可以通過相關移動終端或者PC 界面對工程相關作業進行有效操控,并可利用大數據技術,對工程作業所產生的相關系統文件進行存儲和分類,便于工作人員的摘取和調用,也提高了作業整體的信息共享性,是現代通信系統智能化的表現之一。 水電市場數據主要負責市場交易業務的信息交換、查詢以及發布,業務內容主要包括:期貨交易數據、現貨交易數據、水量計量數據、電能計量數據。 水電市場數據由于所涉及的業務范圍較廣,所存儲的信息量也較大,并且對相關硬件設施的要求極高,傳輸的速率應維持在64 kbit/s 左右,傳輸延時性要較低,其傳輸誤碼率不得高于10,可用性能應保持在99%以上。

3.4 遠程作用

遠程系統主要包含3 個方面的性能:一是會議電視視頻信息;二是視頻監控系統;三是水情自動測報系統。 會議電視視頻信息系統主要負責各級部門進行會議畫面的連接,并且要求低延時性,當前在水利水電工程中應用較多的是H.320 系統,時分復用數字傳輸體系發揮了重要的作用,其主要的連接方式有:終端設備2 Mbit/s 或者n×64 kbit/s(n=1～31)與MCU 連接、MCU 之間銜接。 視頻監控系統是現代水利水電工程系統的重要環節,由于對相關業務運轉直觀化的傳輸方式,使得工作人員能夠掌握當前工程的狀態。 另外,在作業過程中,無論是各方資源的調度、應對措施、灌溉作業以及發電供水都需要依靠視頻監控系統進行相關決策,因此在建設中注重硬件設施選用的同時,更要注重網絡搭建的質量,從而保證各部門能夠通過掌握實時現場信息的方式,提升工程的整體質量。 水情自動測報系統運用了物聯網技術,能夠對工程各區域的狀態和相關信息進行數據的有效采集,可以遙測雨量站值以及水文站傳輸的實時信息,結合計算機的高速運算,能夠為管理人員提供可靠的洪水預報數據,保證水庫防洪的安全性。 當前水情自動測報系統的設置其標準要滿足誤碼率為Pe＜1×10-4,系統的傳輸速率應保持在300 bit/s,使用超短波通信的方式進行有效傳輸。

3.5 通信作用

實際的水利水電工程通信工作主要涉及兩方面的通信內容:(1)對外通信技術;(2)施工期間的通信技術。 對外通信技術即將現有的區域網通過與外部電話的公網進行連接,從而保證了工程內部通信系統能與外部有效銜接,保證了內外界信息的暢通性,其傳輸的速率也有相應的要求及標準,應維持在2 Mbit/s。 在施工期間,內部組織的通信也十分重要,這關系到工程的整體質量與安全防護措施是否到位,在建設時不僅要根據工期的長短需求進行設置,而且要考慮是否能與永久通信相結合。

3.6 其他作用

現代水利水電工程龐大的通信系統不僅能夠滿足工程的基本業務需求,而且可以實現智能化、集約化、一體化服務,例如:信息檢索,通過大數據技術、利用計算機強大的搜索引擎、采用關鍵詞或全名稱輸入的方式,管理人員可通過系統辨識到自己想要的信息,進一步體現了人工智能的優越性。 整個信息通信系統還具備共享信息的優勢,可以通過電子郵件等形式,加強內部人員之間的交流,提高系統信息的利用率和實效性。另外,通信系統信息共享平臺不僅能夠實現視頻以及文字的傳輸,還可以通過圖文結合的方式發送信息,使得系統更加具備服務性,并且網絡整體的傳輸延時性和可靠性能也得到了改善。

4 結語

綜上所述,通信系統在現代水利水電工程中起到了重要的作用,能夠減輕工作人員的工作負擔,提高管理人員的決策質量,通過系統功能可以實現有效調度和指揮,從而保證了水利水電工程整體的運作效率,結合遠程監控系統的使用可以進一步把控工程的整體質量,促進了我國現代化基礎建設的發展。 因此,有關單位要加強通信系統的建設,以保證水利水電工程安全穩定地開展。