微波设备用于水电站通信系统升级改造过程探讨与应用_张帅.pdf

43第 46 卷 第 02 期2023 年 02 月Vol.46No.02Feb.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation1 项目概述尼泊尔上博迪克西水电站位于加德满都东北方向约 110 km 处，水电站为低坝长引水式，主要建筑物包括：混凝土重力坝、溢洪道、沉砂池、引水隧洞、调压井、地面厂房等。电站装机容量为 222.5 MW、单机发电流量为 18.4 m3/s，水电站于 2001 年正式投产发电。2015 年经尼泊尔大地震后引水管道破损，2016年经历了特大洪水事件，致使大坝主体工程损毁，厂房淹没 1 m，安装间以下全部泡在水中长达 6 个月。厂房所有系统基本全部损毁，通信系统中断，修复困难。2 改造背景2015 年和 2016 年本工程经历了两次比较严重的自然灾害事件。两次事件分别造成了厂房、明装压力钢管等设施不同程度的损坏。因此，业主决定停机并对损坏部位进行修复，同时借此机会将厂房与大坝之间的通信系统进行升级改造，以提升电站的运行效益，降低电站运行安全风险。电站原来的通信系统为架设架空线，敷设光缆和电话线，受自然灾害影响，雨季期间尼泊尔脆弱的通信系统不能保证全天候通信无中断，基站随时有可能停电、停网，架空线也经常被泥石流冲坏，通信系统不能得到保证，不能随时掌握大坝水位水情，给电站带来了极大的安全隐患，随时面临停机检修。根据业主诉求，此次改造将电话系统、监控 CCTV 系统以及大坝现地控制单元 LCU 同时接入厂房中控室，保证随时监控大坝水位和设备安全。因此，基于业主的技术要求、安全要求及成本预算、现场现有条件等几方面因素考虑，确定此次通信系统升级改造的技术研究方向及目标。3 通信系统升级改造过程探讨3.1 现场条件分析厂房在大坝下游侧 3.4 km 处，经度 85.926 92e，纬 度 27.913 19n，海 拔 高 度 1 377 m；大 坝 经 度85.944 08e，纬度 27.939 43n，海拔高度 1 462 m，处于喜马拉雅山脉，地质差，经常发生泥石流、地震等自然灾害，所以对于选址和设计要求极高。厂房与大坝之间不能直接目视看到，中间山体遮挡，不能选用直线的微波传输，且树木林立，对信号传输影响很大，需对有影响的树木进行砍伐，避免干扰信号传输，当地社会环境复杂，征地困难，故不能选用以前架空线，且架空线容易断，维护费用昂贵且维护困收稿日期：2022-05-22作者简介：张 帅（1991-），男，助理工程师，从事项目技术管理工作。微波设备用于水电站通信系统升级改造过程探讨与应用张 帅，梁明华（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001）摘 要：为改造水电站厂房与大坝之间的通信问题，对尼泊尔上博迪克西水电站通信系统进行升级改造，以合理选址，考虑运行安全、数据传输稳定、提高发电效益等几个方面为出发点，将微波通信设备运用到此次改造中，并通过合理的细节设计，精细的安装工艺将此次改造效果最大化。关键词：微波；无线通信；水电站；无源中继站中图分类号：TN928文献标识码：B文章编号：1672-5387（2023）02-0043-04DOI：10.13599/ki.11-5130.2023.02.01244第 46 卷水 电 站 机 电 技 术难，自然灾害频发，不能保证在雨季期间的安全，电站机组停机会造成巨大的经济损失。经现场勘测，在距离厂房上游 1 km 的河岸对侧山肩处适合设置中继站，经度 85.929 57e，纬度 27.921 92n，海拔高度 1 500 m，通过天线传至大坝，中继站位于山肩，电力系统不稳定，若采用有源中继站，需稳定电力，山肩的光照时间不足，如采用光伏发电需配备很大的电池组，增加后期运行维护难度，经过与业主、厂家以及设计沟通，确定采用无源中继站，无源中继站运行维护成本低，安装方便，通信传输效果不亚于普通中继站，能保证电站使用裕度充足，如图 1 所示。图 1 现场勘测地形图3.2 通信系统升级改造内容目前国内通信系统大多选用光缆等，信号稳定，架设方便，便于维修，国内有庞大的市场，安装费用低，维护容易。但是尼泊尔由于国家地理条件因素，经济落后，当地环境因素和社会因素导致无法使用较方便的光缆传输，通过对比，采用微波传输的方式。中继站由于没有电源供应，采用无源天线，通过波导电缆连接，大坝与厂房之间互相传输数据方向如图 2 所示。经设计初步计算，在大坝侧与厂房侧，选用 1.8 m 抛物面天线，在中继站选用 1.2 m 抛物面天线。中继站为无源中继站，只需要安装中间的波导电缆即可，大坝与厂房侧，通过天线连接 ODU，将传输来的微波信号转换为电信号，后连接 IDU 将电信号转换为光信号传输给厂房和大坝的中控室，实现对侧数据互相传输，盘柜内设 UPS 不间断电源，确保停电情况下无线通信正常运行。微波通信系统原理为：在工作时，如大坝数据传输至厂房，由大坝 CCTV 监控系统、电话系统、现地控制单元发出数据至大坝侧 VPN 服务器，服务器将光信号传输至 IDU1,经 IDU1 处理为电信号传输至 ODU1，通过天线发送 8 GHz 频率的无线电信号，转换为微波信号传输至无源中继站，中继站传至对侧天线，对侧天线接收微波信号至 ODU2，转换为电信号传至 IDU2，经 IDU2 转换成光信号传输至厂房，数据传输为实时数据，数据延时 30 ms 以内，厂房至大坝同理反向传输，以此实现大坝和厂房之间的通信传输，原理图如图 3 所示。图 3 数据传输原理图VPN 服务器原理：厂房侧 VPN（B）网关在接收到大坝侧 VPN（A）发出的访问数据包时对其目标地址进行检查，如果目标地址属于大坝侧的地址，即可判定为 VPN 数据包，并对该数据包进行解包处理。解包的过程主要是先将 VPN 数据包的包头剥离，再将数据包反向处理还原成原始的数据包。从厂房侧VPN(B)返回大坝侧 VPN(A)的数据包处理过程和上述过程一样，这样两个网络内的终端就可以相互通信了。通过上述说明可以发现，在 VPN 网关对数据包进行处理时，有个参数对于 VPN 通信十分重要，即原始数据包的目标地址（VPN 目标地址），它在通信中建立了链接通道，所以需要对整个电站的通信设备进行 IP 分配。需要注意的是，整个系统需要具备在恶劣天气下工作的能力，因为恶劣天气容易发生自然灾害，更加需要实时监测大坝的水情动态以及设备情况，及图 2 信号传输方向45第 02 期时发出指令，控制大坝闸门以及启闭机，同时将厂房侧的机组发电数据传输至大坝，以便调整水位，因此需要将天线数据传输裕度调整至最大，保证在恶劣天气以及大风天气下，上传与下载数据传输正常。3.3 改造安装实施过程3.3.1 1.8 m 抛物面天线安装首 先 根 据 图 纸 要 求，在 选 址 处 浇 筑1.5 m1.5 m1.5 m 的底座镇墩平台，并且预埋天线支架地脚螺栓，天线安装抱杆直径为 114 mm，有效长度大于 1 100 mm 的抱杆垂直、牢固地固定在天线安装位置。在抱杆相同的高度上，应有合适的支撑点用于固定天线微调拉杆，防止在极端天气天线方位角发生偏转，造成信号丢失。天线安装时，应根据安装手册按步骤逐步安装天线，需要注意的是，在天线吊装时，注意天线极化方向，大致方位角等，安装完成后，为了提高天线的抗风能力，及时安装侧向拉杆，并调整天线位置与对侧站方位，如图 4 所示。图 4 1.8 m 天线3.3.2 1.2 m 抛物面天线安装两台 1.2 m 天线设在中继站，一面对向大坝方位，另一面对向厂房方位，安装方法与 1.8 m 天线相同，粗略确定方位，根据电路设计，用目测或指北针粗略确定天线的方位，安装完成后做好接地防雷措施，如图 5 所示。图 5 1.2 m 天线4 台天线全部安装完成后，采用全站仪对每组（对应的两个）天线进行方位和仰角定位，通过全站仪模拟天线上下左右 4 个边的实际位置，计算对侧应调整的距离，将每组天线粗略定位，简化后续频谱仪调整的步骤，节约安装调试时间。3.3.3 馈源安装与波导线安装馈源安装前首先要向当地政府、军队及电信部门报备确定天线极化方向，避免与政府通信冲突，并告知当地政府通信频率以及设备参数，若采用垂直极化，则所有天线都采用垂直（H）极化，反之则采用水平（V)极化，不可采用其他极化方向，通过馈源压块固定，如图 6 所示。图 6 天线极化调整波导线安装时，注意安装极化响应，用螺栓固定，室外安装接头部分缝隙全部填满硅胶，防止进水，波导线安装时需将其固定在支架上，防止大风、地震等灾害。3.3.4 通信设备安装由于中继站为无源中继站，不需要安装设备，仅做方位调整，大坝与厂房侧馈源安装后使用低损耗电缆连接馈源与 ODU，同样需要在接头处灌硅胶，ODU 与 IDU 采用中频电缆连接，中频电缆长度应符合要求，由 IDU 输出至 VPN 服务器，由服务器对其数据包进行解码，通过检查 IP 地址，分别发送到对应的设备。在通信盘柜内安装 48 V 不间断电源，保证在停电期间通信设备正常运行，48 V 电源电池组需保证至少 5 h 的容量。3.3.5 设备调试与试运行天线调整在大坝与厂房设备安装完成之后，能发送数据时，且在中继站波导线安装之前，使用频谱仪确定天线信号强度，通过调整螺栓调整天线方（下转第 69 页）张 帅，等：微波设备用于水电站通信系统升级改造过程探讨与应用69第 02 期曲 扬，等：阳蓄电站水泵水轮机调试问题分析及解决方案程影响也较大，原 P 转 PC 流程中，充气阀打开后立即判断液位，达到节点液位延时 8 s 关闭充气阀，现在流程中设定压水后判断功率“与”水位信号满足条件，延时 3 s 关闭蜗壳排气阀，延时 5 s 关闭顶盖排气阀。（2）在液位计上下联通管之间增加一并联管路，减小尾水管内水流波动和压力脉动的影响。9 结语根据国家发展和改革委员会 关于促进抽水蓄能电站健康有序发展有关问题的意见，面对国内一大批扬程 500 m 以上、甚至扬程 700 m 及以上、单机容量大于 300 MW 的抽水蓄能电站建设的需要，结合抽水蓄能技术的发展趋势，国内民族企业急需依托具体抽水蓄能电站建设，深入开展高水头乃至超高水头大容量抽水蓄能关键技术的攻关研究。阳江抽水蓄能电站是我国自主研制的国内最大单机容量的机组，机组调试过程也是对整个设计制造及各流程的检验。通过对水泵水轮机出现问题的分析，为后续抽水蓄能项目的调试提供了一定的参考依据。参考文献1陈泓宇，刘旸，何伟晶，等.清远抽水蓄能电站 1 号机组调试遇到的问题及分析 J.水电站机电技术，2017（5）：80-83.2陈骋，冯文阑.机组报溅水功率保护启动的原因分析 J.水电站机电技术，2019（11）：62-64.3SICKM.水泵水轮机尾水管中涡带的研究 J.国外大电机，2000（1）：76-80.4晏卫平，许汉平.抽水蓄能电站主轴机械密封的失效分析J.水力机械,1996（2）：36.5VEKVET.压力梯度对部分负荷下尾水管流动的影响 J.国外大电机，2006（4）：65-69.位并固定，分别将中继站对厂房和大坝侧信号调整至最大，安装波导电缆，全部安装完成后，电测两侧信号，无线电信号电压在 3 V 以上，满足通信信号强度，通过厂家对两侧 IDU 设备进行内部数据设定，保证数据收发正常。全部安装完成后，将无线通信连接至厂房电脑，输入 win+r CMD pin+对侧 IP 地址，测试数据收发包有无丢失，并检测信号强度与延时信息，根据信息提示判断通信正常，连接设备，测试电话接打正常，CCTV 监控系统画面正常，无延时，同时运行后，检查系统连续 7 d 的性能数据，以及最近 3 d 每 15 min 的性能数据。这些数据有利于分析微波链路性能的稳定性。设备在运行期间要定期维护保养，每 3 个月要对电池组进行一次充放电测试。室外的通信接头定期检查密封性，保证通信馈源、电缆内部干燥，定期检查通信盘柜内部设备运行状态，定期检查收信电平数值，检查报警信息等。4 设备使用效果2021年9月下旬，通信系统设备安装调试完成，并通过业主的验收，设备使用正常，发送与接收包正常，基本无延时，2022 年 4 月，天气突变，大风 9 级以上并伴随冰雹，设备运行检测传输数据收发正常，数据包无丢失，设备延时 20 ms，通信传输裕度符合初步设计要求。无线通信设备自投运半年以来，未发生任何中断现象，给电站运行提供安全保证，保证了大坝与厂房之间通信正常，及时提供水位水情信息。5 结束语经过此次对通信系统的应用改造，实现了电站大坝与厂房之间的通信安全，解决了水电站运行过程中的实际问题，取得了相当的经济效益，也避免了停机带来的安全隐患与经济损失，保障了业主的切身利益，对类似水电站及建筑工程存在的类似安全问题具有借鉴意义。参考文献：1黄雪杉.微波通信的应用及前景分析 J.电子世界，2020（19）：74-75.2周暐.微波通信技术在海洋石油行业的应用 J.石油和化工设备，2020，23（3）：56-57.3王峥.浅析现代通信及微波中继通信传输技术 J.中国新通信，2019（5）：14.（上接第 45 页）147Mechanical&Electrical Technique of Hydropower Station(Vol.46 No.02)ABSTRACTSAcceptance test of pump-turbine model of Henan Wuyue Pumped Storage Power StationXIONG Cong-feng,PAN Jun-wei,LEI Jia-wang,HU Wang-xing(Henan Xinhua Wuyue Pumped Storage Power Generation Co.,Ltd.,Xinyang,213334,China)Abstract:The acceptance test of the pump-turbine model of Henan Wuyue Pumped Storage Power Station was carried out on the DF-150 universal hydraulic machinery test bench in December 2021.The model pump-turbine and model test bench are briefly introduced,and the main test results are analyzed in this paper.The test results proved that the main hydraulic performances of indices including energy,cavitation,runaway speed,pressure pulsation and full characteristics of this model could meet the contract requirements.Keywords:acceptance test;pump turbine model;Henan Wuyue;pumped storage power stationDiscussion and application of microwave equipment in upgrading and reconstruction of communication system in hydropower stationsZHANG Shuai,LIANG Ming-hua(China Water Conservancy and Hydropower Construction Bureau Co.,Ltd.,Zhengzhou,450001,China)Abstract:In order to improve the communication between powerhouse and dam of hydropower station,the microwave communication equipment will be used in the reconstruction through the upgrading and reconstruction of communication system of the Upper Bodhisi Hydropower Station in Nepal.The selection of a reasonable location,the consideration of operation safety,the stability of data transmission,the improvement of power generation efficiency,and the optimization of the reconstruction effect will be achieved through the reasonable detailed design and the fine installation process.Keywords:microwave;wireless communication;hydropower station;passive relay stationDesign and research on storage method of multi-source heterogeneous data of giant hydropower stationSHUI Hai-xia,AI Yuan-gao(China Yangtze Power Co.,Ltd.,Yichang,443000,China)Abstract:There are a lot of equipment in giant hydropower stations,and an enormous number of online monitoring equipment are used to monitor the operation of units effectively,thus a lot of online monitoring systems with different functions are formed.Each condition monitoring system is decentralized and relatively independent.Due to the different deployment modes among subsystems,the data format is not uniform,and the data is not communicated with each other,so the storage,analysis and sharing of data cannot be unified.To solve this problem,this paper proposes a storage design method for multi-source heterogeneous data of giant hydropower stations,which can solve the current problems through multi-protocol conversion algorithm,database classification storage strategy,massive data storage and other technologies.Keywords:giant hydropower station;multi-source heterogeneous;data storageApplication of induced fan in ventilation reconstruction of hydropower plantLIU Yao,ZENG Jin-hai(PowerChina Guiyang Engineering Co.,Ltd.,Guiyang,550081,China)Abstract:In view of the application of induced fans in ventilation transformation of hydropower plant buildings,combined with the principle of induced ventilation,the application characteristics of fans are analyzed,and based on the analysis results,an example of fan selection is given,and suggestions for the application of induced fans in ventilation transformation of hydropower plants are put forward.The longitudinal relay spacing and lower clearance requirements of the fan are the key factors to ensure the continuity of induced fan airflow.The calculation and analysis show that maximum longitudinal relay distance of the fan should not exceed 10m,and the clearance requirement below should also be considered in the fan layout to ensure that jet is not blocked by obstacles below.When determining the number of fans,the air volume,relay spacing,clearance requirements,economy and other factors should be considered comprehensively.Keywords:induced fan;hydropower station;improve air circulation;jet