北川巴蜀通口河流域電力開發(fā)有限公司 陳軍
水電站多數(shù)地處山區(qū)、丘陵地帶,地形、地貌環(huán)境情況十分復(fù)雜,較易發(fā)生地震、泥石流、洪水等自然災(zāi)害。近年來,我國自然災(zāi)害事件頻發(fā),水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)的持續(xù)可靠電力供應(yīng)也受到了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,人們越來越依賴于通信運(yùn)營商提供的常規(guī)固定電話及移動語音、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等通信手段,但是當(dāng)突發(fā)地震、洪水、泥石流等大型自然災(zāi)害,以上通信方式大概率同時會發(fā)生通信網(wǎng)設(shè)備、設(shè)施因遭受破壞從而導(dǎo)致癱瘓、設(shè)備性能降低、話務(wù)量突增,嚴(yán)重時長時間中斷通信服務(wù)等情況,現(xiàn)有的傳統(tǒng)常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)明顯無法保障水電站現(xiàn)場的生產(chǎn)應(yīng)急指揮調(diào)度通信需要。
針對這一特殊情況,為保證水電站在突發(fā)大型地質(zhì)災(zāi)害,水庫夏季汛期防洪等重要關(guān)鍵時期生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)急通信的可靠穩(wěn)定暢通需求,研究采用最新數(shù)字無線集群通信技術(shù),建立適合水電站應(yīng)急調(diào)度數(shù)字無線集群通信系統(tǒng)顯得尤為重要。
針對水電站生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際情況,水電站水庫大壩樞紐、主廠房結(jié)構(gòu)及所處區(qū)域地形、地貌特點(diǎn),分析應(yīng)急調(diào)度通信需求,探討應(yīng)用最新、先進(jìn)無線應(yīng)急通信技術(shù)建立適合水電站生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)急通信系統(tǒng)的方法和手段,提高水電站安全生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定性及應(yīng)急響應(yīng)處置能力。
無線應(yīng)急通信是指在出現(xiàn)自然的或人為的突發(fā)性緊急情況時,綜合利用各種通信資源,保障救援、緊急救助和必要通信所需的通信手段和方法,是一種具有專用性、特殊性的通信機(jī)制。建立一個快速響應(yīng)、全面高效的應(yīng)急通信系統(tǒng)是突發(fā)緊急情況下降低人員、設(shè)備損失的決定性因素之一。
數(shù)字無線集群應(yīng)急通信系統(tǒng)用于調(diào)度指揮通信的移動通信系統(tǒng),主要應(yīng)用在專業(yè)移動通信領(lǐng)域,話音通信主要采用PTT(PushToTalk)按鍵,以一按即通的方式接續(xù),被叫無須摘機(jī)即可接聽,且接續(xù)速度較快,并能支持群組呼叫等功能。它采用先進(jìn)的數(shù)字化處理技術(shù),可保證系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性以及保密性,能夠?qū)崿F(xiàn)快捷、暢通、清晰的語音、視頻通信。
數(shù)字無線集群應(yīng)急通信系統(tǒng),主要分為窄帶通信和寬帶通信兩大類,窄帶通信主要用于滿足語音調(diào)度應(yīng)急通信需求,寬帶通信主要應(yīng)對圖像、視頻等無線數(shù)據(jù)傳輸及接入業(yè)務(wù)需求。窄帶無線通信系統(tǒng)的區(qū)域傳播和覆蓋能力,遠(yuǎn)勝于寬帶無線通信系統(tǒng)。作為應(yīng)急指揮、關(guān)鍵搶險任務(wù)調(diào)度通信的專網(wǎng)無線通信更是如此。與寬帶化帶來通信業(yè)務(wù)應(yīng)用多樣化的好處比起來,語音通信的可靠保障才是重中之重。可供選擇的技術(shù)包括DMR(Digital Mobile Radio數(shù)字移動無線電技術(shù))、800MHz TETRA(Terrestrial Trunked Radio陸上集群無線電)數(shù)字集群技術(shù)、iDEN(集成數(shù)字增強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò))技術(shù)等通信技術(shù)。
2.2.1 DMR(數(shù)字集群通信標(biāo)準(zhǔn))
DMR是ETSI(歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)于2005年4月為了滿足歐洲各國的中低端專業(yè)及商業(yè)用戶對移動通信的需要而設(shè)計、制訂的開放性數(shù)字移動無線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),新版本于2007年12月份公布。DMR具有高效利用頻譜資源,大區(qū)制組網(wǎng)方式,兼容模擬常規(guī)通信等優(yōu)點(diǎn),其業(yè)務(wù)功能豐富,可擴(kuò)展,向后兼容,同時系統(tǒng)和終端成本較低,網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度較快,系統(tǒng)總體運(yùn)維成本較低。
2.2.2 iDEN(集成數(shù)字增強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò))
iDEN是美國摩托羅拉公司研制和生產(chǎn)的一種數(shù)字集群移動通信系統(tǒng),它的前身是MIRS系統(tǒng),最初設(shè)計是做集群共網(wǎng)應(yīng)用,因此除了以指揮調(diào)度業(yè)務(wù)為主外,還兼有雙工電話互聯(lián)、數(shù)據(jù)和短消息等功能,是一種用于集團(tuán)調(diào)度指揮通信的移動通信系統(tǒng),主要應(yīng)用在專業(yè)移動通信領(lǐng)域。
在技術(shù)方面,iDEN 具有以下特點(diǎn):首先,在功能方面,iDEN在傳統(tǒng)的調(diào)度通信基礎(chǔ)上,吸收了數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),增強(qiáng)了電話互聯(lián)功能,其無線電話功能與個人移動通信系統(tǒng)同在一個水平上,同時將數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的增值業(yè)務(wù)如短信服務(wù)、語音信箱及基于IWF上的電路數(shù)據(jù)應(yīng)用于iDEN系統(tǒng)中;其次,iDEN可以較高效率地使用傳統(tǒng)的頻譜,iDEN采納傳統(tǒng)的800MHz頻譜(806MHz-825MHz,851MHz-870MHz),除歐洲外,該段頻譜在全球被廣泛應(yīng)用于集群通信,無需調(diào)整,iDEN可以使用不連續(xù)頻點(diǎn),方便靈活配置頻率資源,通過TDMA技術(shù),iDEN將一個25kHz的物理信道劃分成6個數(shù)字通信時隙,頻率利用率較高。iDEN系統(tǒng)缺點(diǎn)在于其標(biāo)準(zhǔn)的開放性不高,為摩托羅拉獨(dú)家壟斷,各個廠商的系統(tǒng)之間不能互聯(lián)互通,從而影響了其發(fā)展。
2.2.3 TETRA(陸上集群無線電)
TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)是基于數(shù)字時分多址(TDMA)技術(shù),采用傳統(tǒng)大區(qū)制調(diào)度通信系統(tǒng)數(shù)字化形成的一個專用移動通信標(biāo)準(zhǔn)的無線集群專業(yè)移動通信系統(tǒng),該系統(tǒng)是ETSI(歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)為了滿足歐洲各國的專業(yè)部門對移動通信的需要而設(shè)計、制訂統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開放性系統(tǒng)。如今已成為對指揮調(diào)度功能要求較高的運(yùn)輸、公用事業(yè)、工業(yè)、公共安全、警察公務(wù)應(yīng)用、消防緊急業(yè)務(wù)等行業(yè)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用,具有很大發(fā)展?jié)摿Α?/p>
TETRA數(shù)字無線集群通信系統(tǒng)可在同一技術(shù)平臺上提供指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸和電話服務(wù)。它不僅提供多群組的調(diào)度功能,而且還可以提供短數(shù)據(jù)信息服務(wù)、分組數(shù)據(jù)服務(wù)以及數(shù)字化的全雙工移動電話服務(wù)。系統(tǒng)支持功能強(qiáng)大的移動臺脫網(wǎng)直通(DMO)方式,可實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)、空中接口加密和端對端加密,同時具有虛擬專網(wǎng)功能,可以使一個物理網(wǎng)絡(luò)為互不相關(guān)的多個組織機(jī)構(gòu)服務(wù)。
TETRA數(shù)字無線集群系統(tǒng)具有豐富的服務(wù)功能、更高的頻率利用率、高通信質(zhì)量、靈活的組網(wǎng)方式,許多新的應(yīng)用(如車輛定位、圖像傳輸、移動互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫查詢等)都已在TETRA中得到實(shí)現(xiàn),是一種非常靈活的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn),它的主要優(yōu)點(diǎn)是兼容性好、開放性好、頻譜利用率高、保密功能強(qiáng),是目前國際上最周密、開放性好、技術(shù)最先進(jìn)、參與生產(chǎn)廠商最多的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)。
表1 主要數(shù)字集群無線集群技術(shù)比較
通過對以上幾種主流數(shù)字無線集群通信技術(shù)從頻譜效率、數(shù)據(jù)吞吐量、功率效率、鄰道功率和選擇性、頻譜利用和覆蓋能力、操作性能等多個技術(shù)方面的綜合分析比較,水電站數(shù)字集群無線應(yīng)急通信系統(tǒng)采用TETRA數(shù)字集群通信技術(shù)相較其他集群通信技術(shù)更適合水電站實(shí)際運(yùn)營情況。
近兩年 TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在諸多行業(yè)應(yīng)急通信領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展,是迄今為止應(yīng)急通信指揮調(diào)度功能最強(qiáng)大、可靠性程度最高、最成熟的窄帶數(shù)字集群無線通信技術(shù)解決方案。在水力發(fā)電行業(yè),可通過在流域各梯級水電站發(fā)電機(jī)廠房、水庫大壩樞紐等部位安裝由數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中繼臺、干線放大器、耦合器、功分器、全向天線、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機(jī)等設(shè)備組成的無線通信系統(tǒng),通過專用局域通信網(wǎng)絡(luò)傳送至流域集控調(diào)度指揮中心網(wǎng)絡(luò)管理終端,可成功實(shí)現(xiàn)跨地域、跨區(qū)域間的數(shù)字集群無線實(shí)時語音對講通訊。
2016年位于四川省北川縣的通口河流域梯級電站集控中心因生產(chǎn)調(diào)度指揮需要,投資建設(shè)了一套基于800MHz TETRA數(shù)字集群無線應(yīng)急通信系統(tǒng)(如圖1所示)。經(jīng)過近兩年來的生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用得到了驗(yàn)證,系統(tǒng)明顯的提高了水電站生產(chǎn)調(diào)度效率,發(fā)電設(shè)備運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)性均得到大幅提高,收到了很好的效果。
圖1 水電站TETRA數(shù)字集群無線應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計圖
在水電站正常運(yùn)行期間,系統(tǒng)用于梯級電站間生產(chǎn)調(diào)度聯(lián)系、設(shè)備巡檢、檢修維護(hù)等日常語音對講通信聯(lián)絡(luò)工作,提高了電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障能力和人際溝通效率,避免因缺乏及時溝通而造成工作延誤。在突發(fā)自然災(zāi)害,如地震、泥石流、洪水、水庫防汛等關(guān)鍵時刻,提供可靠、穩(wěn)定的語音通信,充分保證了集控中心應(yīng)急指揮人員及現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行值班人員能快速響應(yīng)處置。
整套系統(tǒng)支持多臺數(shù)字無線中繼臺之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),單臺數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中繼臺可同時支持兩條語音或數(shù)據(jù)信道,還可實(shí)現(xiàn)移動數(shù)據(jù)傳輸、短消息傳送、人員GPS定位跟蹤等功能,通過合理設(shè)計選擇布置設(shè)備安裝地點(diǎn)及無線信號接收天線,即使在電磁場異常復(fù)雜的水電站發(fā)電機(jī)廠房內(nèi)部,如發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層、蝶閥層等非常嘈雜的特殊環(huán)境以及對無線通信信號屏蔽性極好的水庫大壩位移變形觀測廊道等地方,也能保證能接收到清晰的語音對講信號,且對水電站運(yùn)行中的電氣設(shè)備無任何電磁干擾影響,不會造成設(shè)備的誤動作。
由于無線通信設(shè)備采用電站內(nèi)部UPS交流不間斷電源或者直流系統(tǒng)供電,在水電站遭遇自然災(zāi)害,突發(fā)設(shè)備事故,失去廠用電源特殊情況下,仍然能保證生產(chǎn)指揮調(diào)度語音通信系統(tǒng)的暢通,比原先采用傳統(tǒng)模擬對講機(jī)通信響應(yīng)時間縮短近80%,成功實(shí)現(xiàn)了采用集中遠(yuǎn)控運(yùn)營方式下的通口河流域各梯級水電站在復(fù)雜的地理環(huán)境下,跨地域、跨區(qū)域的大范圍集群無線實(shí)時對講語音通信。
基于800MHz TETRA 數(shù)字集群無線通信技術(shù)設(shè)計開發(fā)的通口河流域梯級水電站調(diào)度應(yīng)急數(shù)字無線通信系統(tǒng),成熟穩(wěn)定、模式主流簡單,系統(tǒng)平臺擴(kuò)展性高且施工難度小,投資費(fèi)用低廉,系統(tǒng)設(shè)備具備免維護(hù)功能。應(yīng)用于水力發(fā)電行業(yè)集中遠(yuǎn)控運(yùn)營方式下流域梯級水電站的應(yīng)急指揮調(diào)度過程中,能夠?yàn)榫o急情況下的語音通信提供快速穩(wěn)定的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)支撐,為電站實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)度提供良好的基礎(chǔ),從根本上解決突發(fā)事故緊急情況下的應(yīng)急調(diào)度指揮語音通信穩(wěn)定暢通問題。
實(shí)踐運(yùn)行充分證明,TETRA數(shù)字集群無線應(yīng)急通信系統(tǒng)以其功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、可擴(kuò)展性能好,具有豐富、實(shí)用與多樣化的調(diào)度、應(yīng)急快速響應(yīng)、安全保密為主體的各種功能特點(diǎn),結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)和多樣化的服務(wù),可以很好地滿足采用流域集中遠(yuǎn)程控制的水力發(fā)電企業(yè)正常時期生產(chǎn)調(diào)度及特殊緊急情況下的事故應(yīng)急響應(yīng)處置語音對講通訊需求,為發(fā)電廠及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供足夠重要的應(yīng)急通信技術(shù)支撐,適合電力行業(yè)調(diào)度應(yīng)急通信領(lǐng)域全面推廣。