浅谈惠州电力通信系统中SDH传输体系

　　摘要：电力通信是保证电网安全、稳定、经济运行的重要支撑，电网的安全、稳定、经济运行越来越依赖于电力通信业务传输的高可靠性及高可用性。本文主要是论述了电力通信系统中SDH体系的具体应用，可供同行借鉴。
　　关键词：SDH体系；传输通道；接入设备；电力通信
　　前言：
　　目前电网构架已形成相当规模，对电网管理的自动化水平的要求不断提高，大量涉及电力生产、运行、管理的各种信息需要稳定、可靠、迅速地进行传输，这无疑是对电力系统通信提出更高要求。随着信息化时代的到来，电力通信服务的对象不再局限于电力调度，电力系统通信需要提供多种业务的服务，包括通信、远动、继电保护、办公自动化等等，这就要求电力系统通信网络稳定可靠和具有高效率。而光纤通信以其传输频带宽、通信容量大、衰减小、抗电磁干扰和传输质量高的特点，在电力系统中有着广泛的应用。SDH(同步数字体系)是目前世界通信领域在传输技术方面发展的较为成熟的技术，它将复接、线路传输及交换功能结合在一起，并由统一网管系统进行管理操作的综合信息网。随着信息产业的发展，通信对电力工业的发展起到越来越重要的作用，电力通信专业网作为国内最大的行业通信网之一，如何有效地利用SDH技术，对促进电力工业现代化的管理有着非常重要的意义。
　　1SDH体系传输通道的结构组成
　　在现代化大城市中，随着变电站数目的增多，SDH网的节点数目也逐渐多起来，有的甚至超过150个，但是除了中心节点外，其他各节点上下的业务基本上是一样的，包括自动化的运行通道、调度电话、生产管理、继电保护和电能计量等。这样在一般情况下，其每个节点有上下四个通道就可以了。
　　SDH体系不仅适用于点对点的信息传输，而且也适用于多点间的网络传输。SDH传输体系是由终端的复用器(TM)、分插复用设备(ADM)和数字交叉连接设备(DXC)以及传输媒质——光纤等组成。由这些设备构成的信道及各部分功能分解图如图1所示
　　
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　　2SDH用户接入设备的基本要求
　　2．1对设备性能的基本要求
　　SDH接入设备，其基本(平台)是一套高性能的STM－1SDH传输设备，多台SDH用户接入设备能够组成STM－1的SDH网，并能够接入到STM－4或STM－16的网络中组成SDH子网。SDH传输与复用部分应符合ITU建议。群路侧可提供STM－1的光接口，支路接口在支路侧应可以进行任意配置，在改变和增减支路口时不应对其他支路业务产生任何影响。网同步采用主从同步方式，第一主时钟来自GPS或2MB时钟输出，第二主时钟来自2MB时钟输出或E1线路。
　　2．2对设备接口的要求
　　SDH传送网有信息传送透明性。统一了网络接口标准，使不同厂家的产品可以直接互通，各种传送媒质可以直接连接，因此组网十分方便，网络兼容能力强，可以容纳各种新的业务信号。用户侧接口至少应包括：用于调度电话分机、行政电话分机的二线用户电路接口；用于四线远动信号传输和四线E／M电话中继的(4W+E／
　　M)中继器电路接口；用于远动信号和通信监控信号及计算机联网信息传输的64kbit／s数据接口；用于允许式、直跳式、闭锁式／解除闭锁式远方保护信号传输的64kbit／s(或Nx64bit／s)光接口或接点信号接口，一台设备应具有可扩展的多个
　　用户接口。
　　2．3对网管系统的基本要求
　　能够自动按设置地点建立两点间的VC通道及64kbit／s通路；能够使这些通道及通路维持很高的可用性，能自动恢复失效通道及通路并达到服务质量；系统不应该有任何预防性的维护；能够在不中断业务的情况下连续监视所分配通道及通路的性能，并能确认是否遵守所约定的服务质量；实现全网各站的时隙分配；实现业务接口的电平控制和调整；能够提供网络结构的简单远端维护，包括故障设备的识别和定位；能够产生设备使用情况的信息；网管系统设备配置简洁；网络中纳入新站点方便；能够支持一系列辅助管理功能；能满足网络最终容量的管理需求；符合全网设备配置的管理；人机界面友好；满足多重的分级管理；可设立本地维护终端，本地维护终端能提供本地维护功能。
　　2．4对软件的基本要求
　　应采用分层模块化设计结构，任何一层的任何一个模块的维护和更新及模块的增加都不影响其他模块；软件应有容错能力，一般小的软件故障不应引起各类严重的系统再起动；软件设计应有防护性能，某一软件模块的软件错误应限制在本模块内，而不应造成其他软件模块的错误；增加新业务的软件包应不影响正常通信；应具有在不中断系统的情况下，完成程序打补丁的功能，并具有对系统数据和用户数据进行查询、修改、追加、批量引入、暂存、重新运行、删除等各功能操作。
　　2．5其他要求
　　设备的总机械结构应充分考虑安装维护的方便和扩充容量或调整设备的灵活性，实现硬件模块化。设备具有较强的电磁兼容性。系统本身在500kV变电站的运行环境下受到电磁干扰时，不应出现故障和性能下降。在电源线对和信号线受到外界电磁波干扰时，应不出现故障和性能下降。系统的二次电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能被有效抑制，不会造成明显的传导干扰和辐射干扰。
　　2．6SDH体系的优点
　　电力系统通信为电力系统生产、调度服务，目前又增加了继电保护信号对通道的要求，因此，通信网络运行的可靠性就显得越来越重要。而作为一种专用网，它具有以下特点：
　　1)高可靠性，这是电力系统行业特点的要求。
　　2)局部地区站点密度大，需要频繁的上下话路。
　　3)传输实时信息通道占的比例较大，每天24h不间断运行。
　　4)无人值守的通信站占绝大部分。
　　5)电力建设迅速，随着电网的发展，通信网也要相应的发展和变化，话路的配置需要经常调整，因此要求通信网络易于升级和扩充。为了保证传输系统的高可靠性，在SDH通信体系中，有自愈功能，即在通信网络运行中无需人为干预，通信网络自身就能从故障状态中实时地、自动地恢复通信，SDH环形通信网便是其中一种。在环形
　　通信网中，光纤芯数可采用两芯也可采用四芯，故障倒换也有通道倒换和复用段倒换2种，SDH设备可以一次性提取出低速支路信号，省去了大量的硬件设备。
　　SDH设备的升级可以表现在两个方面，一种是容量的升级，从STM—l上升到STM一4或者STM一16级别；另一种则表现在网络扩充方面，从TM上升到ADM或者DXC等，并且这种升级都是在线升级，因此在升级的过程中不会影响正常的通信。
　　3SDH组成的典型网络应用
　　3.1点对点的应用
　　
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　　3.2线性应用
　　
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　　3.3环形网应用
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　　4SDH自愈环
　　自愈环就是利用多路由的网络拓扑方式，无需人为干预,网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务.自愈环是不仅提高了网络的生存能力，而且降低了倒换所需备用路由的成本，在网络规划中起到重要的作用。所以SDH自愈环不仅在中继网和接入网中得到广泛应用。
　　4.1SDH自愈环的分类
　　SDH自愈环结构一般分为两大类，即通道保护环和复用频保护环。通道保护环是以通道为基础的，倒换与否按离开环的每一个通道信号质量的优劣业决定，通常利用简单的通道AIS信号来决定是否应进行倒换。复用段保护环是以复用段为基础的，倒换一否按每一对节点间的复用段信号质量的优劣来决定。当复用段出现问题时，整个节点的复用段信号都转向保护通道。
　　可以将自愈环分为单向环和双向环。正常情况下，单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输。而双向环中，进入环的支路信号按一个方向传输，由该支路信号分路节点返回的信号经相反的方向传输。
　　按照一对节点间所用光纤的最小数量来区分，自愈环可分为2纤环和4纤环。通道保护环通常是2纤环；而复用频段保护环可以是2纤环，也可以是4纤环。工程中常用的SDH自愈环结构是2纤单向通道保护环、2纤双向复用保护环和4纤双向复用段保
　　护环，其中电力系统常用的是2纤单向通道保护环。2纤单向通道保护环的生存性4.2保护方式
　　通道保护环的保护方式有1+1和1：1两种。1+1保护方式是发送节点将所发送的支路信号固定桥接，保护倒换只在接收端进行，实现起来较简单，不需要在节点间交换保护倒换信令。1：1保护方式是在发送端并不固定桥接，然后再在接收端完成倒换。
　　1：1保护方式是双向操作，正常工作情况下，保护信道上可以传送不受保护的额外业务，也易于发展为1：n的保护结构。但双向保护控制比单向保护复杂，因而通道保护环一般采用1+1单向保护方式。单向通道保护环的每对节点之间都有2根光纤，1根用于传输工作信号，1根用于保护，这2根光纤的传输方向相反，进入环的一个支路信号经工作光纤传至目的节点，而返回信号则由同一方向经环的剩余部分返回。2纤单向通道保护环的倒换控制相对其他自愈环结构是最简单的，它的优点是能适合任何网络拓扑和任何通道等级。
　　4.3两纤单向通道保护环在电力系统中的应用
　　电力系统通信网，业务容量要求较低，且大部分业务量汇集在一个或几个中心节点（中心局）上，因而适用比较简单经济的单向通道倒换环。采用2纤方式还是4纤方式则取决与容量要求与经济性考虑，通常业务量不太大时2纤环比较经济，因为电力系统通信要求信号中断时间短、恢复延时小、生存能力强、可靠性高等，使得单向通道保护环在电力系统中得到了广泛的应用。
　　5SDH接入惠州电力通信网的应用
　　惠州电力光纤通信网于1998年开始建设,经过十多年的发展,电力光纤通信网络得到很大的发展，到目前为止,所有110kV及以上变电站已建设有光纤电路,光纤到达的站点均采用SDH制式，SDH传输网络按照骨干层、汇聚层和接入层进行设计,骨干层:2.5Gbit/s环,地调、500kV变电站及部分重要220kV变电站作为节点,汇聚层:622Mbit/s环,220kV变电站作为节点,接入层:155Mbit/s环,110kV变电站作为节点,组网方式采用两纤单向通道保护环,现建成的SDH光纤通信自愈环网除具有大容量性以及多业务性外，还将具有良好的扩展性、灵活性、互联互通性。同时网络也具有1+1保护功能，倒换时间短（50ms），提高了网络通信的可靠、安全性。保证了电网安全、经济、稳定、可靠的运行，保障了电力生产及继电保护、电网调度自动化的通信需要。惠州电力A网拓朴图如下所示:
　　
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　　例如在在220kV变电站，一般配置二套SDH设备,一套SDH设备接入地区级传输A网,另一套SDH设备接入地区级传输B网；另配置一套SDH用户接入设备PCM设备,站点话音、远动等信号通过PCM设备接入到SDH光传输系统，并由光传输系统传到网内相应站点。PCM设备配8路的FXO、FXS、4线E/M等各类话路接口单元，充分满足站点的远动自动化、话音业务话路传输。因站点均有2个传输方向，能给话音信号、远动信号以及继电保护等通道提供两条完全不同路由的传输通道，提高了网络的可靠性，保证了业务能够自由倒换。根据调度运行管理规定，这些站点需要向调度端传送相应的遥测、遥信、电量等远动信息，调度端也需要下发一路调度电话到这些站点。二套SDH设备根据不同的业务流向及业务平台，在同一台SDH用户接入设备内，实现支路到线路、线路到线路、支路到支路、线路到用户、支路到用户的64kbit／s通路交叉连接。所有的通路配置操作通过网管系统完成。变电站内SDH用户接入设备的群路光接口数量、支路光接口数量、2Mbit／s通道、64kbit／s业务接口数量，根据近期要求及规划考虑。
　　
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　　每一条线路有两套主保护,需要两路完全不同路由的保护通道,每一条线路的主Ⅰ保护信号集中在一套SDH设备中传输，主Ⅱ保护信号集中在另一套SDH设备中传输。由于线路保护信号是点对点传输的，为保证保护信号传输的安全性、可靠性、传输时间短，除差动保护外的保护通道在传输网中采用业务通路的保护倒换方式，从而避免因采用系统倒换，产生信号传输“盲区”的现象。
　　6结束语
　　通过以上论述，可以是得出电力通信网的规划与建设必须进行充分的技术经济分析，才能实现“经济实用”的建设原则，满足运行管理对通信网和通信业务传输技术指标的要求。SDH体系的出现是光纤通信事业在传输体制方面实现了真正的统一，克服了复用设备不能相互兼容的缺点。SDH设备综合应用于惠州电力系统通信网，保证了惠州电力系统通信业务的高可靠性、高可用性，有对外提供通信服务的能力并留有发展余地，代表电网通信发展的方向，满足电网发展的需求，适应业务发展的需要，为进一步发展的电力系统现代化管理提供了保障。