OTN在电力通信网中实现SDH光路自动迂回的研究与设计

0 引言

电力通信网是实现电网自动化、信息化、智能化的基础性支撑手段,承载着重要的电网生产控制类业务及管理信息类业务,涉及电网运行的各个环节^[1-3]。

当前随着电网建设的增速,500 kV和220 kV网架频繁改动,造成了省级骨干网络随时面临开环运行的局面,尤其是核心环上重要光缆断面进行检修或抢修时,中断的光路级别高、数量大,影响的业务重要性高、范围广^[4]。相较于逐条割接受影响业务耗时长、工作量大,迂回光路可以快速、有效的恢复受影响业务。目前与电网运行生产密切相关的线路继电保护、安控通道、调度数据网等调度生产业务主要承载于SDH网络上^[5]。根据应急处置总体原则,遵循“先国网、后省网;先生产,后行政;先主干,后支线;先抢通,后修复”的原则,尽可能组织迂回电路恢复重要生产电路,防止发生由于通信原因而引起的电网事故。

SDH光路迂回目前主要通过利用不同路由的光缆资源实现,但是光缆资源部分缺乏,通常途径的跳接点多,加大了光路传输损耗,不利于SDH光路的迂回。通过OTN网络可以方便、快速地将SDH网络中中断的光路进行迂回导通,从逻辑上恢复SDH的环网业务,可以有效减小检修和抢修工作对主干SDH光纤网络的影响,降低光纤传输网络运行的安全隐患^[6]。

 1 网架结构

河南省级骨干传输网按省网A平面（SW-A）、省网B平面（SW-B）双平面架构建设,两个传输平面相互独立,生产控制类业务承载以SW-A平面为主,管理信息类业务承载以SW-B平面为主^[5]。SW-A平面采用SDH技术体制,包括省网ECI 10 Gbit/s 核心环网、省网华为10 Gbit/s核心环网和周边若干个2.5 Gbit/s骨干环网,SW-B平面采用OTN技术体制,构建40×10 Gbit/s大容量传输系统,覆盖省公司（含东区办公楼）、洛阳公司（备调）、其他16 个地市公司（不含郑州）、环网路径上的23个500 kV变电站（郑州、祥符、庄周、香山、白河、湛河、邵陵、周口、花都、嵖岈、浉河、塔铺、仓颉、洹安、获嘉、竹贤、济源、牡丹、陕州、获嘉、嵩山、官渡、朝歌）,主干环网共分为5个子环网。其中省公司（含东区办公楼）、洛阳公司（备调）、16个地市公司（不含郑州）通过两点或双链路就近接入主干环网,其中安阳、鹤壁、濮阳、焦作、开封、商丘、许昌、漯河、周口、驻马店、信阳、白河和三门峡13个地市公司至接入点、浉河变至嵖岈变、嵖岈变至邵陵变和周口变至邵陵变区段采用光层1+1保护,省公司西区至省公司东区业务采用电层子网连接保护^[7],网络结构拓扑如图1所示。

图1 省网OTN网络结构拓扑Fig.1 The network topology of Henan province OTN networks for electric power system

河南省电力通信网的OTN网络为40×10 Gbit/s大容量传输系统,使用OTN网络迂回SDH光路只需占用少数波道,且主干环使用河南电力500 kV主网架环上的光缆资源,当对其中一段光缆或光缆上承载的光路进行检修或抢修时,可以有效将承载有生产控制类业务的一、二、三级SDH网络光路复用进河南电力OTN网络主干环进行迂回恢复,有效减少业务中断时间,缩小电力传输网络受影响范围。

 2 技术方案

郑州变至香山变光缆是省网光缆网架的重要断面,因为该段光缆承载多条重要光路,且业务较多,故对应急抢通时长提出了较高的要求。以郑州至香山段光缆为例,对OTN迂回方式进行分析。

2.1 预留备用波道实现光路迂回

SDH通过OTN系统进行迂回,通常是开通一个专属波道,为两站点提供另一条路由的光路实现迂回。该种方式需要前往途经的各个站点进行波道的跳接,仅能在端站点上下业务,为开断光缆提供专属迂回通道。在实际工作中,如果迂回路径途经站点较多,会增加人力和时间的投入,并且波道被占用,再次使用还需重新跳纤,灵活性较低。

为提升波道的利用率,降低工作复杂度,在OTN系统的每2个相邻节点之间,均开通一个备用波道,使该波道在每个站点都能进行电交叉,在每个站点将SDH设备与OTN系统相连,如图2所示。在OTN的相应环网中,通过交叉连接,可配置任意2个节点之间的光路^[8-10]。

图2 SDH与OTN连接Fig.2 The connection between SDH and OTN

河南省500 kV站点内配置有一级、二级、三级通信网的相应设备,在主干传输通道上一般为SDH的10 G或2.5 G光路,为充分利用OTN的承载能力,开通3个备用波道,最高可提供30 G的传输容量。SDH的10 G光路连接至OTN的CQ2板卡,SDH的2.5 G光路连接至OTN的CH1板卡,在每个站点OTN的电子架内实现大颗粒业务的交叉连接^[11-13]。光板连接如图3所示。

图3 SDH与OTN光板连接Fig.3 The connection between SDH optical line board and OTN optical line board

备用波道是该环网的共享波道,处于预留状态,需要对某段光路进行应急抢通或检修工作中需要开断光缆时,再进行实时波道配置,开通相应节点之间的迂回光路。当发生某个SDH光路纤芯中断故障时,可将SDH光路调整至同路由的OTN系统;当检修工作中需要开断光缆时,可将该段光缆承载的所有SDH光路通过OTN系统的其他路由进行迂回^[14-15]。香山至郑州段光缆承载的光路及迂回措施见表1所列。

表1 香山至郑州段光缆承载的光路及迂回措施Tab.1 The roundabout measures for the optical channels on the optical cable between Xiangshan substation and Zhengzhou substation

2.2 光切换装置实现光路自动倒换

通过预留备用波道可实时配置环网中任意两节点间的光路,但SDH光路与OTN的站内对接还需人员前往现场进行跳纤,工作量较大、耗时较长,严重影响了光路抢通时间。通过一种光切换装置,可实现SDH光路与OTN系统迂回光路的自动倒换,SDH自动迂回连接如图4所示。

图4 SDH自动迂回连接Fig.4 The connection diagram for SDH optical channel automatic roundabout

当主用光路中断时,根据迂回方案,在OTN网管侧将备用波道进行配置,待迂回路由的通道建立后,远程将光路切换到OTN迂回通道。整个过程仅需根据预制方案在网管侧配置通道,再将光路远程切换后即可实现抢通。通过自动倒换不需人员前往现场,大幅缩短了光路中断时间。

待中断光路恢复后,可通过光切换装置将SDH光路倒换回原路径。因为光切换装置的倒换时间小于50 ms,故迂回方式恢复时可避免业务的再次中断,减少了工作流程,降低了工作复杂度。

 3 经济效益及可靠性分析

采用OTN系统进行SDH光路的迂回,相比于传统的光纤迂回、光路对接迂回方式极大缩短了中断抢通时间。以郑香段光缆为例,其承载的国网ECI 2.5 G光路由于OPGW光缆纤芯问题造成中断时,因不具备立即修复的条件,且无备用纤芯可用,只能通过省网ECI SDH光传输系统进行紧急迂回。综合制定方案的时间、光板及工具的准备时间、抢修人员前往站点的时间、现场作业与网管配置时间,共耗时近5 h才将光路抢通。

采用OTN系统进行迂回,在确认故障后,根据既定迂回方案,在网管侧将OTN备用波道配置为迂回通道,并远程将主用光路切换至迂回光路,抢通过程仅需不到半个小时,远小于传统迂回方式的耗时。

传统迂回方式中需要协调人员、车辆,受客观因素影响较大,且备纤状态、光板性能等需要到现场进行二次确认,方案中的风险点较多,可能会对故障抢通时间造成影响。而采用OTN的迂回方式,由于光切换装置与OTN系统的性能均有相应网管进行实时监控,可有效保证迂回通道的性能,提高故障抢修的可靠性。

目前河南省网仅省调与郑州变配置有光切换装置,对出口光缆进行保护,若按本方案进行网络优化,将配置OTN设备的其余22个站点全部增加光切换装置,造价估算需要200万的资金,后期仅需加强各套设备的维护。利用OTN迂回方式,可大幅降低应急抢通与检修工作的资金投入,关键能提升工作的可靠性,防止意外情况造成电网事故引发重大损失。

通过综合对比,得出采用OTN系统的迂回方式相较于传统方式有更高的可靠性与显著的经济效益。

 4 结语

本文基于电力骨干通信网的应急抢通与光缆开断检修工作,结合实际情况,详细论述了SDH光路通过OTN系统的迂回方案,提出了预留备用波道与远程自动切换装置的技术方案,将光路迂回工作实现远程控制,无需人员前往现场。本方案大幅降低了光路迂回作业时间,降低了光缆运维成本,增加了安全与可靠性,并提升了通信运维的自动化水平,实现了精益运维的目标,保障了电网的安全生产与稳定运行。