SDH技术在电力调度系统中的应用.pdf

计算机与 自动化控制 齐 鲁 石 油 化 工 ，2 O 1 4 ， 4 2 ( 4 ) ： 3 2 0 3 2 3 Q IL U P E T R O C H E M IC A L T E C H N O L O G Y S D H 技术在 电力调度 系统 中的应用 贝颉夫 ( 中国石化齐鲁分公司， 山东淄博 2 5 5 4 0 8 ) 摘要 ： 介绍基于 S D H技术 的电力调度 自动化系统组 网及运行过程 中遇到 的问题和解决办法。S D H技术 的应 用取 代模 拟线路通讯 ， 极大地提高了电力调度对 电网运行状况 的掌控能力。 关键词 ： S D H环 网电网电力调度通讯模拟 中图分 类号 ： T M7 3 4 文献标识码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 9 9 8 5 9 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 3 2 00 4 1 基本情况 中国石化齐鲁分公司从最初建厂到现在 已近 5 0 a ， 已从单一的炼油型企业发展到现在的炼化 一 体型企业， 具有自备热电厂 、 多套化工生产装置 及各种公共事业及大片的生活社区。其电网的覆 盖 区域和复杂程度 已经超过 了一般 的电网地级调 度所管辖的范围， 包括发电厂 、 从 2 2 0 k V到 4 0 0 V 的各级变电站和开闭所， 且布置分散， 地理情况复 杂 。而电力调度 自动化系统始建于 2 0世纪 9 0年 代 ， 原通信网络依托于 电信部门的专线通信线 路 而建立 ； 随着公司 内部 电网的发展 ， 1 1 0 k V枢纽 变 电站及 3 5 k V装置变 电站越来越多 ， 站内远 动 系统的 自动化程度不断提高， 均已具备 了信息上 传能力， 此时， 受限于专线线路及调制解调设备的 带宽限制 ， 无法将更多 的站点接入 电力调度 自动 化系统 。 为改变这一状况， 同时在电信电话线路之外， 建设独立的调度 电话 网络 ， 满足电力调度部 门对 电网运行信 息 的掌握 及通 讯要求 ， 组建 了基 于 S D H技术的时分复用同步 网络系统 ， 形成 了以几 个 1 1 0 k V等级以上变 电站为主节点 的双 向自愈 环 网。本文在简要介绍此系统的同时分析实际应 用 中出现的问题 ， 并给出解决办法。 2 S DH技术概述 作为上一代的业务承载传输技术， S D H( S y n c h r o n o u s D i g i t a l H i e r a r c h y ， 同步数字体系) 已经应 用在了很多大型系统之中， 像电信、 铁路、 中大型 厂矿企业等 ， 虽然现在 P T N( P a c k e t T r a n s p o r t N e t w o r k ， 分组传送网) 取代了部分 S D H的份额 ， 但 由 于其设计思路不同， 在话音业务及其他对实时性 要求较高的场合 ， 还是采用 了较为成熟 的 S D H技 术 。 S D H的优点 ： ( 1 ) 稳定性好。S D H基于时分 复用 ， 提供 了 丰富的检 、 纠错能力。可以组成各种形式的环 网， 具有完善的自愈功能， 使得传输链路的可用性很 高。 ( 2 ) 高速率性。S D H可以提供 2 Mb p s至 1 0 G b p s 的电路 速率 。它 可 以作 为链 路来 支 持 I P 网 ， 其作用简单 ， 只是将路 由器 以点到点的方式连 接起 来 。 ( 3 ) 高可靠性。S D H 网络 可提供 高质量、 高 可靠性的传输通道 。通过 自愈环的结构 ， 可确保 通道 的切换时间小于 5 0 m S ； 另外还可以进行保护 倒换的配置， 再次提高部分通道的可靠性。 ( 4 ) 业务应用 。接人设备能够接入话音 、 数 据业务 ( 串 口通讯 或 以太 网通讯 ) 、 视频监 控等 等 3组 网及 配 置 3 1 组 网 鉴于公司电网及 电力调度 自动化现状 ， 基于 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 7 2 3； 修 回 日期 ： 2 0 1 41 1 0 7 。 作者简介： 贝颉夫( 1 9 8 1 一)， 男， 工程师。2 0 0 3年毕业于山 东大学数学与系统科学学院信息与计算科学专业， 现在中国 石化齐鲁分公司机械动力处电力运行管理科从事电气远动 与通讯技术 管理 工作 。电话 ： [phone] ： Ema i l ： b e i j i e f u 1 2 6 c o n。 第4期 贝颉夫 S D H技术在电力调度系统中的应用 S D H技术的双向 自愈环网组 网分为主网络 、 次级 网络 、 终端网络。其环 网接线示意如图 1所示 。 图 l 环 网接线示意 ( 1 ) 主网络。考虑到 1 1 0 k V等级以上变电站 的枢纽作用 ， 确定 以电力调度 主站 和热 电厂 以及 甲变、 乙变、 丙变 3个 1 1 0 k V级变 电站作为主节 点组成可 自愈的双 向双环网络 ； 为保证后期业务 量增加、 节点扩充等需要， 选用 S T M一 4 ( S T M S y n c h r o n o u s T r a n s f e r M o d u l e ， 同步传输 模块 ， S T M 一 4速率为 6 2 2 0 8 0 Mb p s ) ， 即 6 2 2 M作主干网节 点 ， 辅以 S T M一1 ( S T M一1速率为 1 5 5 5 2 0 Mb p s ) 规格的 3 7 0 0装置作为从 P C M( P u l s e c o d e mo d u l a t i o n ， 即脉冲编码调制 ) 设备上联 S T M 一4的转 接设备 。 ( 2 ) 次级 网络。由于位于 乙烯新 区的东变 、 西变 、 塑西 变 3个 1 1 0 k V等级变 电站也 比较重 要 ， 但数据量不是很大， 确定其与最近的主节点热 电厂组成 S T M一1规格的 1 5 5 M双向环 网。 ( 3 ) 终端网络。各 3 5 k V及 以下变 电站按照 业务量选用不同容量的终端复用设备将业务信息 打包成标准成帧 E 1 接口的信号， 并经光端机转 换成光信号成星形汇集至最近的主、 次级节点。 3 2 节点配置 各节点的业务 主要有直通电话 、 串口数 据通 讯 、 以太网数据通讯及 E 1接 口接人 ， 按照业务量 分别配置不同的 P C M设备 ： ( 1 )电力调度和热电厂端： 选用容量最大的 9 U高度 3 6 0 0设 备 ， 除基本 的电源及主控卡外 ， 选配了 E l接 口卡 、 串 口卡 、 以太 网 口卡 、 局 端话 音卡及户端话音卡 。 ( 2 )东一变和东二变： 选 用 4 U高度的 3 6 1 0 设备 ， 选配主控卡 、 串 口卡及户端话音卡 。 ( 3 )东变 、 西变 、 塑西变、 离子膜变 、 厂南变 、 胶厂变 、 2 4 6站 、 2 4 8站： 选用 2 U高度 的 3 6 4 0设 备 ， 选配主控卡 、 串 口卡、 以太 网口卡及户端话音 卡。 ( 4 )甲变 、 乙变 、 丙变 ： 选用 1 U高度的 3 6 2 0 设备 ， 机框标配有 E 1 、 串口、 以太 网及话音接 口。 ( 5 )各厂及重要负荷节点 ： 在现场将业 务接 口通过光 电转换器将电信号转为光信号 ， 由专门 敷设的光缆送至各终端节点 ， 再 由光 电转换 器转 为电信号， 接入相应接口。如氯碱厂厂级远动分 站的上传通道为 R S一 2 3 2串 口， 经光电转换传送 至最近的终端节点离子膜变 ， 再转 为串口电信号 接人 3 6 4 0设备的串口卡中。 实际组网时 ， 2 0 0 7年一期布置 了电力调度主 站 、 热电厂 、 甲变 、 丙变这 4个 主节点及以下终端 节点设备并组成双 向环网； 2 0 0 8年二期增加 了东 变等 3个 1 1 0 k V变电站组成 的次级网络 ； 2 0 1 0年 增加乙变主节点 ， 并完善终端网络。 4 存在 问题及解决方法 截止 2 0 1 4年 ， 该环 网系统已运行 6 a ， 共承载 1 8路 E 1通道 ， 内含 8 2个厂站 的电力运行信息 、 2 1 路直通电话， 并为其他3个专业管理系统提供 共享通道。但在组 网及运行过程 中遇到一些 问 题 ， 具体情况及解决方法如下 。 4 1 电源问题 作为电力调度系统一部分， 该系统应具备在 市电紧急停电情况下正常工作的能力， 这就要求 其至少具备 1路不间断电源 ， 目前在主 网络和次 级网络各节点均 已达 到这一要求 ， 但部分终端 由 于现场安装条件限制， 部分电源仅取 自变电站一 段母线站用变引出的二次交流电， 在全站停电或 所在段 P T检修时会造成装置停运 ， 影响数据 上 传和调度 电话通讯 。解决办法是对电源配线进行 改造， 可从站 内交 、 直流屏引 2路电源 ， 没有直流 屏的可增加小容量 的 U P S 保证不 间断供电。 4 2 运行环境问题 ( 1 )光路设备在运行时会持续发热 ， 如机柜 内散热不好或环境温度过高会导致元件老化过快 甚至板卡故障 ， 温度急剧升高时也会造成 自保护 齐鲁石油化工 Q I L U P E T R O C HE MI C A L T E C H N O L O G Y 2 0 1 4年第 4 2卷 启动停运。现场运行时发现部分厂站 由于节电等 考核项 目要求 ， 进入夏季后空调开启时间延后 ， 造 成环境温度过高， 对设备 的运行状况造成 了不 良 影响； 部分机柜 由于临近窗 口， 在中午 日照强烈时 会发生装置内部过热停运 ， 影响整个环网的运行。 ( 2 )P C M设备虽然发热量较小 ， 但对运行环 境同样敏感 ， 尤其在部分终端节点 ， 设备的安装位 置距离生产装置比较近 ， 粉尘 、 湿气等对电子设备 有害的物质较多 ； 或者在安装 时因空间限制只能 和其他设备共用机柜 ， 在其他设备发热较严重 时 也影 响了其运行状况。 对于运行环境的要求也是在系统投运 2 a后 发现的， 最初是部分站点的设备故障逐渐频繁 ， 进 而出现板卡损坏。解决办法最好是将设备转移到 具备单独空调 的隔间 ， 不具备该条件 的做好机柜 防尘和散热措施 ， 加强巡检 ， 发现温度过高或灰尘 积聚及时处理。 4 3 设备问题 ( 1 ) 板卡损坏故障， 此问题在投运 3 a 后逐渐 增多。解决方法 ： 1 ) 终端节点因业务量较少 ， P C M设备故障时 影响范围较小 ， 可预备 1 套备件 ； 2 ) 主、 次级节点 因 P C M单板 卡上业务量大 ， 一 旦故障影响线路较多 ， 需要预备至少 2块备件 ， 防止同时或短 时间内先后故障 ； 3 ) 光路设备板卡故障率相对较小 ， 仅预备 1 套即可。其中业务板卡不需配置， 直接更换即可； 但主控卡上保存 了本装置 的全部 设备和 配置信 息， 一旦需要更换就要预先将所有配置备份做好 记录 ， 在更换新卡件后先进行信息录入和配置 ； 同 时要注意 时钟 问题 。S D H对各节点 的时钟同步 要求很高 ， 目前系统取 电力调度 3 7 0 0设备的内部 时钟为主时钟 ， 其余节点 以靠近电力调度方 向为 主对时方向， 在更换主控卡或部分线路终端时必 须注意对时方向设置， 确保能够接受对时信号 ， 否 则会造成本节点失步故障。 ( 2 ) S T M一 4设 备故 障运行 3 a后开始增多。 目前累计故障 8台次 ， 对环 网正常运行构成很大 威胁。对未来 1 a业务接入量及 S T M 一 4设备运 行前景进行评估后 ， 决定拆除所有 S T M一 4设备 ， 改用 3 7 0 0 设备组环， 实际相当于缩减了主干网的 带宽 ， 修改后的网络如图 2 ( 图中 A B是成环 的光 口标识 ， 便于配置时钟方 向) 所示。截止 2 0 1 4年 1 1月 3 7 0 0环网已运行 4个月 ， 运行状况 良好。 图2 改造后的环网接线示意 4 4 光缆中断故障 因大部分节点位于装置 区， 在光缆路径上有 新建装置或较大 的改造 时， 有可能造成光缆损伤 进而中断； 运行时出现过数次光缆故障， 大多发生 在终端节点 附近 ， 影响范 围小 ， 及 时修复光缆 即 可； 主干网络 出现过 2次此类故障， 1次由于光缆 接头包进水导致部分光芯损坏 ， 此类故 障只需检 查剔 除损坏光芯 ， 将光路切换到完好 的 l对光芯 即可 ， 甚至不需光缆修复人员到场 ； 另一次是被大 型机械将沿路的线缆井破坏 ， 导致光缆彻底中断。 此类故障无法在短时间内修复 ， 最好的预防手段 是预先敷设另一路径 的备用光缆 ， 或利用其他光 路通信系统的光芯进行转接。 5环网特点及应用效果 ( 1 ) 接人业务种类全面， 容量较大 ： 终端节点 的3 6 2 0设备是接人容量最小的装置， 具备 2路 2 路串口、 2路 以太网 口和 8 路话音接 口； 3 6 4 0设备 第4期 贝颉夫 S D H技术在电力调度系统中的应用 3 2 3- 具备 5个扩展槽 、 3 6 1 0具备 1 5个扩展槽 ， 单个扩 展卡可接入 8路话音或 4路串 口或 1路以太 网； 3 6 0 0设备具备 1 5个扩展槽 ， 单卡可接人 4路 E 1 、 4路 以太网 、 1 6路 串口及 1 6路话音。根据站点业 务量的多少选用不同型号 的设备 ， 使各个站点只 需配置 1台 P C M设备即可满足要求 ， 减少 了现场 通信设备的配置 ， 部分站点利用二次保护柜的空 余空间即可安装， 对部分老旧站点非常有利。 ( 2 ) 具备很大的冗余带宽。目前各终端节点 都采用 1路 E 1 工作 ， 1 路 E 1 备用的方式 ， 即使加 上备用的 E 1 ， 1 5 5 M双 向环网的 6 4路 E 1通道也 仅 占用了 3 3条 ， 仍具有 1倍的扩展带宽 。 ( 3 ) 具备远程维护功能。环 网系统具备 2套 网管系统， 1套负责配置光路通道 即 1 5 5 M 和 6 2 2 M设备； 1 套负责配置电口通道 ， 即3 6 0 0系列设备。 2套系统可安装在同一 P C或笔记本终端上 ， 在任 意 1 个光路设备或 3 6 0 0系列设备上均可配置本地 及远方设备， 方便单人进行设备及网络维护。 ( 4 ) 双向环 网具备 良好 的故 障冗余 和 自愈特 性。正常运行时数据包一个方 向环 网上传送 ， 在 任一点光路设备或光缆单 向故 障时， 相邻节点设 备都会向网管发送故障信息， 同时中断该方向的 数据传输 ， 切换 到另一方 向运行 ； 如 1台光路设备 掉电或光缆中断造成某一 点双向断开 ， 则相邻节 点 自动切换至远离故障点的方 向运行 ， 保证最大 数量的节点不脱网。在减小 了影响范围的同时为 故障抢修赢得了时间， 这一特点是该系统在运行 时体现的最大优势。 随着 S D H在公司电力调度系统 中的应用 ， 已 经基本取代了模拟线路通讯 的作用 ， 逐步将原有 速率较低 的模拟远动通道替换为接人环网的数字 串口通道 ， 部分数据量大的厂级分站通道改用以 太网传输 ， 同时将距离终端节点较近 ( 1 5 k m内) 的部分电话线路也转到环 网系统 中， 极大的减少 了模拟线路的数量， 在提高传输速率的同时提升 了传输质量 ； 已实现公司范围内各厂信息的上传 ， 部分外供企业信息也能通过最近的终端节点上传 至电力调度 ， 方便调度人员掌握公 司电网的全面 运行状况， 拓展了远动信息的传输范围； 同时利用 S D H设备网络将其他业务系统如故障录波联网、 保护信息联网 、 厂 网沟通平台等相关 系统的覆盖 面扩大 ， 在实时性 和全面性上极大地提高 了电力 调度对电网运行状况的掌控 ， 保证在 电网波动或 故障时第一时间确定事件类型和原因， 做出正确 的决策并进行指挥调度工作。 6建 议 鉴于 目前的 S D H 电力调度系统的应 用效果 和出现的问题 ， 需要对主节点组 网设备进行改造 ， 更换成可靠性更高 的综合接人设备 ， 即带有业务 接入模块和光纤组 网模块的一体化设备 ， 用来减 少单位站点的设备数量 ； 同时更换软件系统 ， 使用 一 套系统管理所有功能模块 ， 方便维护人员学 习 应用。 参考文献 1 肖萍萍， 吴健学， 周芳， 等 S D H原理与技术 M 北京 ： 北京 邮电大学 出版社 ， 2 0 0 2： 3 4 2 韩鹏 ， 朱海鹏， 王菁 MS A P技术应用及发展趋势探 讨 J 邮电设计技术 ， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 6 1 6 5 3 李永成 ， 乔庐峰 多业务接入平台( MS A P) 的技术 特点和实现 J 电视技术 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 1 0 31 0 5 APPLI CATI oN oF S DH TECHNoLoGY I N ELECTRI CAL DI S PATCH SYS TEM Be i J i e f u ( Q i l u B r a n c h C o ， S I NO P E C， Z i b o S h a n g d o n g 2 5 5 4 0 0 ) Ab s t r a c t ： T h e p a p e r i n t r o d u c e d t h e e l e c t r i c a l d i s p a t c h a u t o ma t i o n s y s t e m n e t wo r k b a s e d o n S DH t e c h n o l o g y a n d t h e p r o b l e ms a n d s o l u t i o n me t h o d s i n c o u r s e o f r u n n i n g o f t h e n e t wo r k Ma n a g e me n t a n d c o n t r o l c a pa c i t y o f t h e e l e c t r i c a l d i s p a t c h o n run n i ng s i t ua t i o n o f t h e e l e c t r i c n e t wo r k wa s e n h a n c e d b y r e p l a c e me n t s i mu l a t i o n l i n e c o mmu n i c a t i o n s t o S DH Ke y wo r d s： S DH；r i n g n e t wo r k；e l e c t r i c n e t wo r k；e l e c t r i c a l d i s p a t c h；c o mmu n i c a t i o n； s i ml 】 1 a t i o n