二郎坝梯级水电站自动化改造工程通信系统设计

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【摘要】 本文以二郎坝梯级电站为实例，结合工程特点介绍了梯级电站自动化改造工程通信系统的设计。通过调查工程通信现状，结合工程规模及特点，运用当前先进的通信技术，设计出符合工程实际情况，预算合理的通信系统方案。

【关键字】 通信系统 梯级电站 自动化改造 光缆 工业以太网交换机 通信电源

一、工程概述

二郎坝梯级水电站位于陕西省宁强县二郎坝乡和高寨子镇境内，具有发电、灌溉、供水、和旅游开发等综合效益。工程在宁强县水田坪乡嘉陵江二级支流西流河天生桥段封堵天然暗河，建成以山体挡水的天生桥水库，水库总库容7800万m3。开凿隧洞，穿过流域分水岭，通过10.53km引水洞、渠，将水引入汉江一级支流玉带河，利用期间形成的418m落差，建成天生桥、二郎坝、卧龙台三级电站，总装机10台5万kW，多年平均发电量1.998亿kW.h。

该梯级电站改造前，通信系统现状为：从天生桥电站至卧龙台电站沿输水隧洞已敷设有12芯光缆，从卧龙台电站到宁强公司机关的光缆未建。这条光缆只用来传输语音数据，其它数据如电站监控数据使用电力载波通信。所配的设备有光端机和语音交换机。光端机配置为：卧龙台电站5台，天生桥电站、天生桥生活区、天生桥水库、二郎坝水电站、二郎坝生活区各1台。同时，在卧龙台电站设有1台语音交换机。

二郎坝梯级水电站自动化改造最终要实现无人值班、少人值守管理模式，因此对通信的可靠性要求较高。所以本次通信系统设计为双通道，采用双缆双环的工业以太网组网模式，两条光缆沿着不同的路径敷设，实行物理隔离，通信容量设计为千兆。主干网点的工业以太网交换机都设计成冗余结构，一旦一条线路出现故障能自动切换至另一条线路，另外，通信系统配备独立的电源，一旦发生意外停电，保证通信不中断。

二、系统设计

2.1通信方式

考虑到系统现状，及光纤通信的优异的特性，带宽大，数据传输能力强、衰减小、传输速率高、通信容量大，无中继传输距离长，抗干扰、抗辐射能力强、通信质量好等优点，适用于大范围的网络。因此，本次设计的主干通信方式全部采用自建光缆方式。

2.2通信线路设计

1、线路1。在原有光缆基础上，架设卧龙台电站至宁强公司机关的光缆链路，沿西汉高速公路南侧架设，线路共计14公里。

2、线路2。从天生桥电站经二郎坝电站、卧龙台电站到宁强公司机关架有35kV输电线路，可沿此35kV输电线路架一条光缆，选用ADSS光缆直接挂在输电线路的铁塔上，线路共计30公里。

2.3通信组网设计

通信组网方案有两种。

方案一：推荐方案

（1）主干网全部采用工业以太网交换机组网，建成软双环模式，即以宁强监控中心、卧龙台电站、二郎坝水电站和天生桥电站为主干网点，宁强监控中心配置两台核心交换机，三个电站每个电站配置两台工业以太网交换机，先用一组4台工业以太网交换机和一条光缆中的4芯光纤组成一个环网，再用另一组4台工业以太网交换机和另一条光缆中的4芯组成一个环网。

（2）各个分支点到主干网均采用单缆，除二郎坝水电站生活区和天生桥电站生活区保留原来的光端机外，每个分支点配一台工业以太网交换机。具体布设如下：

1）天生桥水库管理站1台，天生桥水库泄洪洞闸房1台，天生桥水库引水发电洞闸门处1台，这3个点的工业以太网交换机及天生桥生活区的光端机均通过单独的一根光纤连接至天生桥电站的主干工业以太网交换机上。2）二郎坝水电站前池1台，刘家湾流量监测点1台，这两个点的光端机均通过单独的一根光纤连接至二郎坝水电站的主干工业以太网交换机上。3）卧龙台电站一期厂房1台，卧龙台电站前池1台，通过单独的一根光纤连接至卧龙台电站的主干工业以太网交换机上。

方案二：备选方案

（1）保留现有的组网方式，把中心点从卧龙台移到宁强监控中心，在天生桥电站布设2台光端机，天生桥生活区布设1台光端机，二郎坝水电站布设2台光端机，二郎坝生活区布设1台光端机，卧龙台电站布设1台光端机，宁强监控中心布设3台光端机，芯数分配为：天生桥电站两芯、二郎坝水电站两芯，卧龙台电站两芯。另外，在天生桥电站、二郎坝水电站、卧龙台电站以及宁强监控中心这四个主干网点再布设4台工业以太网交换机，利用另一条光缆组成单缆双芯环网，与光端机组成的那个星型网络物理隔离，作为备用通信方式。

（2）天生桥生活区的光端机通过单独的一根光纤连接至天生桥电站所对应的光端机上，二郎坝水电站生活区的光端机通过单独的一根光纤连接至二郎坝水电站所对应的光端机上。在天生桥电站、二郎坝水电站、卧龙台电站、天生桥水库管理站、天生桥水库泄洪洞闸房、天生桥水库引水发电洞闸门、二郎坝水电站前池、刘家湾流量监测点、卧龙台一期厂房以及卧龙台电站前池处各配置一台工业以太网交换机，具体连接如下：1）天生桥水库管理站、天生桥水库泄洪洞闸房和天生桥水库引水发电洞闸门这3个点的工业以太网交换机连接至天生桥电站的工业以太网交换机上，然后再连接至主干网光端机上。2）二郎坝水电站前池和刘家湾流量监测点这两个点的工业以太网交换机连接至二郎坝水电站的工业以太网交换机上，然后再连接至主干网光端机上。3）卧龙台电站一期厂房和前池的工业以太网交换机连接至卧龙台电站的工业以太网交换机上，然再连接至主干网光端机上。

三、通信电源

通信电源在通信系统中占有非常重要的地位，必须保证不间断地供电，以保证通信的畅通。如果主干通信网上有一个网点发生供电中断事故，将使全局服务瘫痪，造成严重的经济损失。另外，通信电源还应能保证稳定地供电，供电电压过高会引起设备元器件的损坏，供电电压过低又会使通信产生差错。（1）在监控中心、卧龙台电站、二郎坝水电站及天生桥电站各配置一套直流，监控中心一套直流200Ah/48V ，三级电站直流100Ah/48V。另外，在这4个点各配置一台3kVAUPS。（2）在天生桥水库、天生桥生活区及二郎坝生活区各配置一台3kVA带电池的UPS。

四、通信管理软件

通信管理软件用于通信设备监控管理及预警，方便管理及维护人员最快的定位及解决故障。具体功能要求如下：

1、 能够自动侦测基于LLDP（IEEE802.1AB）协议的交换机连接状态。

2、支持HiDiscovery、ICMP（ping）、 SNMPv1/v2c/v3等协议。

3、自动搜索网络设备，并能对其它品牌交换机及非网管设备进行显示及状态归类。

4、自动生成网络拓扑结构图。

5、可用于监测设备状态，链路和连接状态，交换机电源及风扇状态。

6、事件记录支持轮询方式和SNMP报警。

7、具有多设备同时配置功能。

8、故障或事件可生成事件/报警登录，也可以触发连接状态信息窗口，支持e-mail、SMS和应用程序。

五、结语

（1）对于无人值班、少人值守电站通信系统应设计成双通道，两条通道的可靠性、通信容量应相同。

（2）改造工程的设计应充分考虑工程现状，尽可能利用原有设备。

参 考 文 献

[1]王志刚.ADSS光缆的设计和应用.东南大学.2007

[2]杨皓程.工业以太网交换机不间断供电系统设计.香港大学电力电子学院.2012

[3]郎需军，宋志昂，刘桂峰，林清海.ADSS光缆工程的设计与施工.电力建设2001年09期

[4]王磊，裴丽.光纤通信的发展现状和未来.中国科技信息2006年04期