水利水电工程中现代通信系统的作用分析

雷红富,姚孟迪,彭 涛

(1.中国三峡建工(集团)有限公司,四川 成都 610000;2.四川省地震局,四川 成都 610041)

0 引言

信息时代的到来改变了人们的生产方式和生活习惯,也提高了工作的便捷性以及效率。 我国水利水电工程作为公共基础建设的重要一环,当前已通过先进的科学技术,实现了自动化运行的可靠集成系统管理模式,能够自动对电能计量、费用报价、安全防护、水情测报、视频监控进行全方位的控制,并结合科学的系统工作流程,有效地保障了水利水电工程的整体安全性。

1 现代水利水电工程中常用的通信方式

1.1 光纤通信

光纤通信是一种新型的通信技术,也是当前国家现代通信系统研究和开发的主要对象之一。 其中,光纤是指一种超细的光导纤维体,其结构有两层,由纤芯以及外裹塑料材质护体组成,在水利水电工程的实际应用中有着容量较大、稳定性较高、传输速率较快的优势。 当前光纤通信的主要传输形式有架空地线复合光缆、全介质自承式光缆、地线缠绕式光缆。

1.2 移动通信

移动通信技术是现代数据通信系统的主流形式,其优势在于能够在海、陆、空等环境中进行无线传输,并且在稳定状态环境中的传输速率很快,传输的范围也较广。 移动通信在现代水利水电工程中通常用于厂内的语音程控交换互补业务,也可以作为通信备用通道。 移动通信的缺点在于其通信质量很容易受到外界因素的影响,因此在建设的初期通常要花大量的时间进行现场环境的处理与维护。

1.3 卫星通信

卫星通信系统的主要运作原理是利用微波信号结合卫星进行数据信息的传输与交换,其覆盖的范围要比一般的移动通信系统广,并且在建设时也较为方便。由于卫星通信受外界因素干扰的情况较少,因此在现代水利水电工程中也被广泛应用。 在实际应用的过程中,水利水电工程的第一通信通道通常会使用光纤通信输送至各个水利水电工程站点,而卫星通信则作为第二通道进行综合自动化的转换。

1.4 超短波通信

超短波通信也是现代水利水电工程无线通信技术之一,由于所使用的超短波波长通常在1～10 m,因此也被称为米波通信。 超短波通信技术的波频通常在30～300 MHz,具有较强的绕射能力,在现代水利水电工程中通常应用于水情自动测报系统[1]。

1.5 电力线通信

电力线通信是一种有线的通信方式,其主要的运作原理是利用电力线进行数据信号的传输与交换。 相对于其他通信技术和系统而言,电力线通信投资较少,并且可靠性较高。 在进行少量的工程作业时,电力线通信技术能够帮助环境实现高效运作,如传输调度电话、调度自动化、线路保护以及安全信息自动化备用通道等。

2 现代水利水电工程通信系统基本结构

2.1 系统构建

水利水电工程通信系统是一个庞大的结构体系(见图1),覆盖于工程运转作业的全过程,系统的构建主要分为两大部分:一是软件部分;二是硬件部分。 硬件部分除要符合工程标准要求之外,还要与外界环境相适应,而软件部分则对开发的要求较高,要根据不同的水利水电工程进行不同的编程。 系统构建的关键环节在于数据的采集和组成,只有将基础工作做好,才能为后期的通信系统提供实时数据的支持。

图1 现代水利水电通信系统基本框架

2.2 网络构建

信息传输和网络系统的构建主要是以计算机以及互联网作为媒介,也是通信系统重要的组成部分,主要负责基础工程的采集工作,例如:水流量、蒸发量、分流量等,二者之间只有互相处理好结构关系,配合紧密,才能保证整个通信系统的信号与数据信息传输的稳定与质量,才能充分发挥通信系统在水利水电工程中的重要作用[2]。

2.3 数据库构建

数据库是通信系统自动化运行和制定相关决策的重要参考依据,数据库综合了当前系统涉及和覆盖的所有项目内容,并会进行相关原始运行数据的存储,最终通过信息处理系统的构建与完善,生成有效指令。 信息处理系统是在综合数据库构建的基础之上开展的,主要起到辅助工作人员决策的功能,并可加大实时数据与既往数据的比对和分析,从而得出科学的决策依据,进一步提高工作人员的作业效率。

3 通信系统对现代水利水电工程的作用

3.1 系统作用

通信系统在现代水利水电工程中主要起到了辅助工程自动化和远动化的作用,并且其质量、性能与水利水电工程整体的布局、规模息息相关,而不同的工程标准对通信系统的需求也不同,其基本作用及构造要求如下:(1)系统调度自动化信息的信息通道,具有传输的功能并且主要用于电能量计费的输送方面,连接了各个水电站之间的语音通信通道,从而进一步满足了水电站到系统中心对远动信息的需求,并采用直采直送的方式进行有效传输。 在一般情况之下传输的速率要不低于64 kB/s,为保证系统整体的安全稳定性,备用通道的传输速率要维持在600～1 200 B/s。 (2)信息保障系统。 信息保障系统主要结合了相关硬件设施,为信息传输的稳定性和安全性提供了保障,当前主要采用两种传输线路:一是220 kV 线路;二是500 kV 线路。 其中220 kV 线路的保护通道采用光纤通道或者电力线载波通道,当使用光纤通道时要注意使用专用保护纤芯,而使用电力线载波通道时则要使用专用收发信机。 500 kV 则要使用两路光纤通道或者采用一路光纤通道与一路电力线载波通道相结合的方式搭建,相对应的载波机则也要使用通信复用式或者专用保护收发电机。

3.2 电话作用

系统电话起到了交换信息、加强工作人员之间的沟通与交流的作用,其中包含了调度交换组网、调度电话、会议电话以及生产管理电话4 个方面。 为保证调度系统整体的安全稳定性能,在进行调度交换组网时,则要采用中继线进行传输,其传输的速率应为n×64 kbit/s 或者2 Mbit/s。 电力调度电话和水利调度电话均要根据工程需求和技术标准实施,并且各级的调度中心控制室、发电厂的直接调度平台、重要变电所间均要不低于2 个独立通信道。 会议电话主要起到了综合统筹相关业务、协调发展和稳固工程作业的作用,能够保障各部门与各工程点之间的管理工作形成有效衔接,并保证在开展相关安全生产管理会议时,能够辅助组织机构完成相关安全生产工作与指挥的作用,保证了通信的流畅性与实效性,其中传输的速率要基本维持在64 kbit/s 水平,才能保证相关作业布置通信的稳定。 生产管理电话主要应用于水利水电工程各级部门的日常工作与生产管理,在通信信息交换的过程中,生产管理电话的自动交换网络发挥了重要作用,而为了保证日常工作流程和生产的衔接性,中继网的传输速率应维持在2 Mbit/s[3]。

3.3 数据作用

在现代水利水电工程中,数据信息系统主要包含3个方面:一是管理数据信息系统;二是办公自动化信息系统;三是水电市场数据信息系统。 管理数据信息系统主要负责各项业务之间往来信息的收集、存储以及处理,属于系统的核心,存储的信息数据也较为敏感,为能够保证工程整体的安全稳定性,应通过结合现代安全防护加密设施,保证数据的完整性,并避免遭受外部因素的侵害。 办公自动化信息与管理系统信息相辅相成,管理人员可以通过相关移动终端或者PC 界面对工程相关作业进行有效操控,并可利用大数据技术,对工程作业所产生的相关系统文件进行存储和分类,便于工作人员的摘取和调用,也提高了作业整体的信息共享性,是现代通信系统智能化的表现之一。 水电市场数据主要负责市场交易业务的信息交换、查询以及发布,业务内容主要包括:期货交易数据、现货交易数据、水量计量数据、电能计量数据。 水电市场数据由于所涉及的业务范围较广,所存储的信息量也较大,并且对相关硬件设施的要求极高,传输的速率应维持在64 kbit/s 左右,传输延时性要较低,其传输误码率不得高于10,可用性能应保持在99%以上。

3.4 远程作用

远程系统主要包含3 个方面的性能:一是会议电视视频信息;二是视频监控系统;三是水情自动测报系统。 会议电视视频信息系统主要负责各级部门进行会议画面的连接,并且要求低延时性,当前在水利水电工程中应用较多的是H.320 系统,时分复用数字传输体系发挥了重要的作用,其主要的连接方式有:终端设备2 Mbit/s 或者n×64 kbit/s(n=1～31)与MCU 连接、MCU 之间衔接。 视频监控系统是现代水利水电工程系统的重要环节,由于对相关业务运转直观化的传输方式,使得工作人员能够掌握当前工程的状态。 另外,在作业过程中,无论是各方资源的调度、应对措施、灌溉作业以及发电供水都需要依靠视频监控系统进行相关决策,因此在建设中注重硬件设施选用的同时,更要注重网络搭建的质量,从而保证各部门能够通过掌握实时现场信息的方式,提升工程的整体质量。 水情自动测报系统运用了物联网技术,能够对工程各区域的状态和相关信息进行数据的有效采集,可以遥测雨量站值以及水文站传输的实时信息,结合计算机的高速运算,能够为管理人员提供可靠的洪水预报数据,保证水库防洪的安全性。 当前水情自动测报系统的设置其标准要满足误码率为Pe＜1×10-4,系统的传输速率应保持在300 bit/s,使用超短波通信的方式进行有效传输。

3.5 通信作用

实际的水利水电工程通信工作主要涉及两方面的通信内容:(1)对外通信技术;(2)施工期间的通信技术。 对外通信技术即将现有的区域网通过与外部电话的公网进行连接,从而保证了工程内部通信系统能与外部有效衔接,保证了内外界信息的畅通性,其传输的速率也有相应的要求及标准,应维持在2 Mbit/s。 在施工期间,内部组织的通信也十分重要,这关系到工程的整体质量与安全防护措施是否到位,在建设时不仅要根据工期的长短需求进行设置,而且要考虑是否能与永久通信相结合。

3.6 其他作用

现代水利水电工程庞大的通信系统不仅能够满足工程的基本业务需求,而且可以实现智能化、集约化、一体化服务,例如:信息检索,通过大数据技术、利用计算机强大的搜索引擎、采用关键词或全名称输入的方式,管理人员可通过系统辨识到自己想要的信息,进一步体现了人工智能的优越性。 整个信息通信系统还具备共享信息的优势,可以通过电子邮件等形式,加强内部人员之间的交流,提高系统信息的利用率和实效性。另外,通信系统信息共享平台不仅能够实现视频以及文字的传输,还可以通过图文结合的方式发送信息,使得系统更加具备服务性,并且网络整体的传输延时性和可靠性能也得到了改善。

4 结语

综上所述,通信系统在现代水利水电工程中起到了重要的作用,能够减轻工作人员的工作负担,提高管理人员的决策质量,通过系统功能可以实现有效调度和指挥,从而保证了水利水电工程整体的运作效率,结合远程监控系统的使用可以进一步把控工程的整体质量,促进了我国现代化基础建设的发展。 因此,有关单位要加强通信系统的建设,以保证水利水电工程安全稳定地开展。