张家口供电公司调度所 刘晓丽 李伟英
近年来，随着电力行业的生产与基建，电力系统的通信也有了相当规模的发展。它独成体系，组成了专为电力部门服务的，具有自身特点的通信网络。电力通信网在电力系统中起着非常重要的作用，它主要为电网自动化控制、商业化运营以及现代化管理服务。它是现代电力系统重要的组成部分，优质可靠的通信平台是电网安全稳定运行的基础。
在《华北电网"十五"规划（二次部分）》中，对华北电力通信网的发展提出以下两条重要规划目标：首先，通信网发展规划的目标是实现通信网、计算机网和广播电视网"三网"融合，建立一个能够适应华北电网安全生产和企业经营管理需求的安全可靠、灵活高效的多业务宽带通信网，同时具备对外经营的能力；其次，建成以光纤为主的大容量干线传输网络，不仅在华北总调至各个省电力公司中调之间实现光纤通信，而且在京津唐电网各个地区调度中心之间也实现光纤通信。
张家口电力通信网作为华北电力通信网的子网，应符合华北电网的整体规划。张家口地区原有的电力通信网主要以数字微波+电力线载波为主，主要传输调度自动化信息和进行语音交换。这种通信系统结构受环境影响较大，稳定性较差，而且承担的业务单一，容量小，已经远不能满足新业务对带宽日益发展的要求。光纤巨大的带宽资源和相对低廉的制造成本将使光传送网成为下一代宽带通信网的基础。它可以将现有网络的吞吐量增加100万倍。光纤通信以其容量大，传输距离长，不受电磁干扰，传输质量高、保密性强且电力系统可利用电力杆塔资源架设光缆等优势，正在电力系统得到广泛应用，成为近年电力行业通信网络系统建设的首选。
近期，张家口供电公司投入大量资金，采用SDH光通信网络，实现地区调度中心到各个地区分公司，220KV变电站，110kV变电站以及县供电分公司之间传输通道的改良。
一、工程概述
电力系统通信网在满足现有业务应用宽带需求的同时，应具备良好的系统扩展能力和足够的安全性。张家口供电公司现在主要有如下的通信业务：A．调度电话，用以实现地区调度中心和各个变电站以及网调中心之间的调度通信，通过型号为MD110的调度程控交换机组成的专网实现；B．行政电话，用以实现公司各个办公地点以及员工宿舍区之间的通信联络，由型号为HARRIS20-20的数字程控交换机组网，同时系统作为市通信公司的一个支局；C．远动业务，传输遥控、遥测、遥信信号；D．通信监测信号，对各个通信设备运行状况和电源、机房环境等进行在线实时监测；E．MIS管理信息系统；F．变电站视频监控信息；G．会议电视业务；H．电能计量系统信息等。由于电力系统行业的特殊性，以上的业务必须绝对准确地传输，通道必须具备高度的稳定度和可靠性。
张家口电力通信网建成后，将以优化的网络结构实现地区调度中心与各县供电分公司以及各主要变电站间的宽带连接，为企业运营提供高效、稳定的宽带业务通道。同时在满足网内正常的电力生产运行和调度管理情况下，积极开拓更多的业务领域。
二、工程设计和实现
（1）系统总体组成和配置的设计
一个完整的通信网络包括3大部分：传输、接入和交换，作为一个综合的传输平台，传输层是整个通信网络中最通用、最重要的部分。传输层的稳定、安全和灵活以及可扩充性将直接影响整个网络正常运行和将来业务的拓展。所以，只有在先构建一个稳定、安全、灵活的传输层网络的前提下，才能系统地接入各种设备和业务。
在光纤通信的网络结构上，工程拓扑结构设计为树型结构，共计47个站点，骨干线路上的站点有张家口地区调度中心和柳树屯、闫家屯、上花园、张北变电站等枢纽站，支线线路上的站点包括部分110kV站点和县供电分公司；在传输设备方面，本次共配置SDH传输设备47套，采用马可尼公司的SMA-4设备，线路因间距不同使用相应光卡，提供STM-4的线路速率，设备具备1+1或1：N的冗余保护，全网设置网元级别的网管系统，重要站配置便携式维护终端，每一个光节点配有一套公务系统EOW，采用标准EOW接口，实现群呼和选呼功能；在接入设备方面与SDH传输设备相配套，配置接入设备以接入话音及其数据业务，接入设备采用马可尼公司的CMUX-2产品，与SMA设备间通过2Mbit/s通道连接。
在光缆敷设上，考虑到电力系统输电线路资源丰富，无金属自承式光缆（ADSS）具有价格便宜，安装时无须停电的特点，且通常在220kV以下线路被大量采用，故决定在已有的110kV、220kV线路上敷设ADSS光缆，在没有110kV线路的地方，如市区10kV杆上架设普通非金属光缆。本期工程选用中天公司和南京特恩弛公司的ADSS光缆共计900km，考虑通信、计算机网络及远方监视和今后发展需要，光缆采用12芯和24芯。
在资源分配上，每个站点的2Mbit/s通道分配如下：第一个2Mbit/s接CMUX-2基群设备，用于传输话音、实时数据；第二个2Mbit/s用于生产、办公MIS系统；第三个2Mbit/s用于图像、监控系统；第四个2Mbit/s用于会议电视系统；第五个2Mbit/s备用。业务接入硬件配置见下表1。
表1 站点的业务接入硬件配置情况
业务类型 接口卡名称 接口卡说明 应用
2Mbit/s
2Mbit/s支路卡 可以提供16*2Mbit/s或者32*2Mbit/s 地区调度中心：16端口2Mbit/s支路卡1块和32端口2Mbit/s支路卡2块其它站：16端口2Mbit/s支路卡1块
二线音频（用户侧） SUBS用户接口卡 可提供15路64kbit/s音频接口（用户侧） 所有站点
2/4线音频 E/M（2/4）音频接口卡 可提供10路2/4线音频接口 所有站点
二线音频（交换侧） EXCH交换机用户接口卡 可提供10路64kbit/s音频接口（交换侧） 所有站点
64kbit/s数据通道 CC同向/反向数据接口卡
可提供8个64kbit/s同向数据通道;或4个64kbit/s的反向数据通道 所有站点
在软件设置方面，SDH设备的软件设置部分应特别注意以下三个方面的设置情况：SDH的产品网络地址格式采用ISO/OSI模型，即采用了网络服务接入点(NSAP第三层)地址格式，张家口区调为中心站，设为3746020031300001002700003200000101，AFI地址的格式为37，国家代码（中国）为460，补充字节为2，国内代码（大区域）为0031300001，区域代码（小区域）为0027，GPT产品代号为000032，区域内系统代码为000001，NSAP选择器为01，其它各站只是在区域内系统代码上有变化，依次设为000002，000003等，相应站的勤务电话可依次为1#、2#、3#等；通信部分中的网关层的设置，其中Gateway Interface 网关接口设置如，中心站为网关网元，在Gateway I/F Type的设置为Ethernet（AUI），其它站为非网关网元，在Gateway I/F Type的设置为None；在DCC设置上，对网元中所有的收／发DCC的卡设置Ｄo Not Inhibit(不失效)。
（2）业务接入的设计和实现
在网络的业务实现方面，调度电话通过局端中心站CMUX-2的二线接口卡（EXCH）延伸至各220kV站、110kV站；行政电话通过中心站CMUX2的二线接口卡（EXCH）延伸至各220kV站、110kV站和县供电分公司，程控交换机四线E/M中继通过CMUX-2的四线接口卡（VF E/M）经过110kV变电站四线音频转接至相应的县供电分公司交换机；远动业务通过CMUX-2的四线接口卡（VF E/M）实现在中心站至各220kV站、110kV站的上、下行的信号；通信监测信号通过局端CMUX-2的四线接口卡（VF E/M），由各220kV站、110kV站传至中心站；MIS管理信息系统则是供电公司信息中心的网络交换机用5类双绞线，再以100Mbit/s带宽连接到地区调度中心的网络交换机，然后以2Mbit/s线连至SMA-4设备的2Mbit/s支路卡，进入传输设备，抵达各个县供电分公司；变电站视频监控信息是由各变电站实时视频信息接入SMA-4设备的2Mbit/s支路卡传输至地区调度中心监视终端；会议电视业务是视频和音频信息通过SMA-4设备的2Mbit/s支路卡接入传输设备；会议电话业务是音频信息接入CMUX-2的四线接口卡（VF E/M）来传输的；电能计量系统信息是由局端接入CMUX-2的二线接口卡（EXCH）延伸至各变电站的电能计量系统来实现的。
（3）网络同步方案
在传输网中，同步交换节点时钟的方法有两种：主从同步方式和互同步方式。主从同步方式适用于SDH网络，此方式使用一系列时钟，时钟的每一级都与更高一级时钟同步。更高一级的时钟称基准参考时钟（PRC），PRC经同步分配网络在系列时钟的各等级之间进行分配。
张家口供电公司SDH光传输工程采用主从同步方式，在张家口地区调度中心用SMA-4输入接口输入外部基准时钟（张供BITS），或者自身内部产生时钟。时钟信息经由线路两侧提供给下游站点使用。相应的下游站点从其中一侧线路中提取时钟信息，经锁相后，作为本站的同步时钟使用。该时钟源为主时钟。由于网络为环型结构，当下游站点的主时钟提取侧线路发生中断时，设备可自动从另一侧的线路中提取时钟，从而实现同步时钟的保护。
（4）系统保护方案
设备保护和卡保护。通信网络中的SDH设备可以对电接口单元、交换卡、同步、控制卡、电源等进行保护。其中交换卡、电源卡可以进行1+1保护，所有电接口单元可进行1：1或1：N的保护，控制卡的内部有两个存储单元，可进行1：1保护。交换卡、电源卡的保护通过给工作卡配置备用卡实现。控制卡1：1保护是通过对控制卡所带SMC（系统存储卡）注入两个存储分区实现的。
1+1 MSP复用段保护。相邻的2个STM-N 光/电卡可设置成1+1 MSP保护，即实现一个卡对另一个卡的MSP 保护。其中线路保护方式在链路的每一端都有双倍的线路卡，任何情况下线路A或B都可指定为工作或保护状态。在发送端，业务信号被同时送入工作板和保护板；在接收端，输入业务信号通过比较在SDH中指示的业务质量，由该板选择高质量的线路板，同等业务则先选缺省工作板。如果工作板的业务中断或质量低于备用板，它会立即进行切换，切换时间∠50ms。还有支路保护则是第N个支路与第N+1支路为一对；第N个支路为工作卡,第N+1支路为保护卡。
2Mbit/s 1：N 支路板保护。对2Mbit/s支路卡实现1:N的保护，即8个(SMA-4/16C/16C+/16)2Mbit/s支路卡中任一个出现故障，该卡中所有业务都自动切换到保护卡上。
（5）网管方案
SDH管理网需要有界面友好的统一网管系统。SDH系统容量大，对安全可靠性要求极高，需要有故障管理功能；为了监视系统运行质量，还需要有性能管理功能；此外，需要有安全管理和计费管理功能等。
故障管理是处理来自SDH网络上的任一点的告警和状态信息，实时显示网络状态和定位故障，为快速发现和修复故障提供可靠的依据。网络单元发生任何故障都可由故障管理系统具备一系列功能提供及时显示。可以设法尽量减少业务遭受影响的时间并重新配置网络，恢复无故障运行。性能管理有当前性能和历史性能，通过对性能趋势分析，预测将来可能发生的失效故障和性能低劣运行所带来的影响。安全管理只有经过授权的操作者，在输入正确的用户名和密码后才可进入操作系统，分配给每个用户的资源由系统管理者预先设置。配置管理实施对网络单元的控制、识别和数据交换，对2Mbit/s时隙的业务分配，对设备节点资源的修改、设置等。
我们决定在地区调度中心设置马可尼公司的EMOS网管系统，通过DCC通道管理和维护全网的SDH传输设备和接入设备。张家口地区调度中心的SMA-4设备被设置为网关网元。网元管理器通过Q接口连接网关网元，通过DCC通道对整网进行管理。接入设备网管信息通过9.6Kbit/s数据通道，经由SMA-4辅助卡和辅助接口接入传输设备，在线路中进行传输。而全线的CMUX-2设备采用菊花链的形式均由网管信息进行转接，最终在张家口地区调度中心引出，通过MCU的转换功能，将其信息以以太网的接口传送至EMOS网管，从而实现网管系统对CMUX2设备的维护和管理。
三、系统测试和维护
为了保证光纤通信系统的质量，必须进行系统测试。光端机基本指标测量包括：发送光功率、消光比、光接收机灵敏度、动态范围、误码性能、抖动等测试；PCM设备的测试包括：音频通路电平测试、频率特性测试、幅度特性测试、总失真测试、空闲信道噪声测试等。我们选用了在光纤的维护和测量中常用的仪表如下。
（1）622Mbit/s SDH综合测试仪（ANT-20SE）。可按照ITU-T G.707、G.783建议要求进行对2Mbit/s、8Mbit/s、34Mbit/s到STM-1/4的映射/去映射测试；对STM-1/4信号进行抖动、漂移的产生和测试分析；同时AU和TU级别进行指针发生和分析；进行告警功能和性能监视测试；K1、K2字节插入/提取；在155Mbit/s、2Mbit/s等支路以及STM-N群路口进行自动保护倒换（APS）时间的测试；具有数据通道DCC插入/提取功能以及全面的SDH、PDH字节分析功能以及PDH和SDH成帧信号。
（2）OTDR光时域反射仪E6000又称背向散射仪，它是通过被测光纤中产生的背向瑞利散射信号来工作的，主要用于测量光纤长度、光纤故障点、光纤衰耗及光纤接头损耗、沿光纤长度的损耗分布。
（3）光源OLS-15B一般使用稳定光源，选择合适的波长与所测的设备的波长相符，注意光纤的特性（单模和多模）及调制方式。
（4）光功率计OLP-15C是维护和测试中最常用的测量仪器，其功能是测量各种光信号的功率值。
（5）可变衰耗器OLA-15，当光信号过强或人为进行性能测试需减小光功率时使用可变光衰减器。
（6）2M误码仪EST-125测试数据业务通道的通断，误码性能等指标。
（7）光纤熔接机FMS-40S。
电力系统通信走过了有线音频电缆、电缆载波、电力线载波、模拟微波、ＰＤＨ数字微波、ＳＤＨ数字微波、光纤通信的发展过程。随着电网的快速发展，日益增长的电网运行管理信息，调度信息，视频信息要求电力通信网能够提供大容量、高速率的宽带综合业务服务，实现语音、数据、图象传输的综合平台，建成B-ISDN网络。随着电力通信网建设蓬勃的发展态势，这一目标正日益临近。
