保护倒换论文（精选7篇）
保护倒换论文 篇1
1 研究背景及意义
光纤通信发展经过40多年的发展与使用, 其技术成熟性越来越高, 实用性越来越普及, 兼之有重量轻、体积小、抗电磁干扰性能好、低损耗、长中继距离、较宽的频带、较大的传输容量等优点, 目前, 已成为有线传输通信的主流选择。为了更有效地利用光纤通信的高带宽资源, 我们可以采用波分复用 (WDM) 技术。波分复用技术是指在一根光纤中传输的光谱分割成若干不重叠的波长 (或频率) , 其中一个波长对应一个通信信道, 而终端得用户可根据自己需要的速率对信号进行处理, 而在收、发端增加解复用器和复用器的数量就可以较简单地实现系统的扩容。
波分复用系统中, 由于系统传输容量大, 所以整个网络的生存性显得非常重要。假设在WDM网络中, 某个节点或某段光纤出现故障, 那么将影响整个系统工作。网络的生存性应该是一个完整WDM网络中重要的环节, 目的是当网络发生故障时, 在没有人为操作的情况下, WDM网络能够继续正常工作。一般来说, 针对WDM网络的保护, 我们建议采用光层保护, 省去了光-电-光的转换, 这样可以充分利用带宽资源, 降低复杂度, 减少了成本。
2 几种常见的保护倒换方式
在WDM环网中, 为了增强网络的生存性, 我们通常采用保护倒换技术。保护倒换可以简单分为通道保护倒换和线路保护倒换。两种保护倒换技术的区别在于:线路保护技术通常采用公用保护, 也就是说, 在正常工作时, 保护段是空闲的;而通道保护通常采用专用保护, 即正常工作时保护段也对业务信号进行传输。而保护倒换具体实施起来又可以分为下面几种:
(1) 1+1保护。在WDM系统中, 使用两个通道, 一根为工作光纤, 一根为保护光纤。具体流程为:发端节点发出的光信号进入光分路器, 分路传向同一接收节点, 接收端选择两者中质量较好的那一路进行通信。若工作光纤遇到故障, 则切换至另外一根光纤上。
(2) 1:1保护。该结构也使用两个通道, 一根为工作光纤, 一根为保护光纤。与1+1保护的不同之处在于, 工作光纤在进行传输时, 保护光纤位于闲置状态, WDM系统只监测其是否可用。当工作光纤遇到故障, 由发端节点与收端节点协调激活保护光纤通道, 保护光纤进行正常通信传输。
(3) 1:N保护。在故障率比较低的WDM系统中, 1+1保护和1:1保护方式需要提供与系统相当的资源, 这样的话, 降低了整个系统的资源利用率。而1:N (或M:N) 保护工作方式与1:1类似, 就是N个系统共享1个 (或M个) 保护光纤。但这种结构也有明显的缺点, 当保护光纤被全部占用时, 就无法对其它工作光纤提供保护。
3 WDM环网故障分析与倒换依据
在WDM光网络中, 常见系统故障以硬件故障为主, 主要是节点间的链路 (光纤线路) 故障、连接节点的设备故障。一般情况下, WDM网络中的复用器、解复用器等无源器件的使用寿命比较高 (除非物理损伤) ;而随着技术发展, 常用的有源器件如光放大器 (EDFA) 的泵浦光源的寿命一般在30万个小时以上, 所以EDFA出现故障的几率也比较低。系统的软故障, 即系统里的器件性能的降低, 比如激光器温度漂移引起的光功率波动、光纤的损耗变大等, 这些对系统的影响虽然比较小, 但是这些仍然要引起维护人员的注意。因此, 我们可以得出结论, 网络故障最主要的原因就是光纤线路故障。据通信公司的调查数据表明, 系统中, 光纤线路的故障占全部故障的70%, 而由光纤断裂引起的故障又占线路故障的95%以上。对于线路故障, 我们首先要判断故障类型, 检测故障发生地点, 同时采取保护倒换技术恢复通信。
系统保护倒换工作的前提是系统工作时需要满足某种条件才触发保护倒换。目前, 常采用误码率检测与光功率检测这两种方法进行检测。误码率检测技术在SDH网络中使用得更多一些, 即在SDH帧结构中插入特定字节, 然后在接收端进行校验。但是对于透明传输的WDM网络, 由于其系统容量特别大, 对整个通信业务进行监控的难度太大, 所以WDM网络一般不采用误码率的方法, 而采用光功率检测的方法。在线路中, 光纤断裂首先引起节点光功率降低, 所以在某点设置功率检测模块, 如果功率低于特定值, 系统就启动保护倒换。为了尽量减小对业务的影响, 一般我们采用漏光法来检测光功率值。即在工作光纤线路上加装一个特殊的1×2分光器, 使其中一路漏出工作光纤用于检测。为了减小漏光法所带来的插入损耗, 在工作光纤上应该采用小耦合比的分光器。一般选择了5:95的分光器, 也就是将5%的光用于检测, 95%的光用于通信。
4 WDM环网中保护倒换的设计
WDM环形网的用户数相对较少, 所以保护倒换的设计应该遵循设计简单、响应速度快的原则。本文以4×2 (即4个节点, 每个节点2个用户) WDM环网系统为例, 简要介绍其保护倒换的设计。
采用前面提到的几种保护倒换方式, 使用响应速度更快的光开关来完成倒换。这是因为在4×2环形网络中, 节点之间涉及到波长的复用, 如果采用基于信道的保护倒换就会产生波长冲突, 继而影响与其他节点的通信。
(1) 1+1保护倒换
1+1保护倒换的保护光纤与工作光纤一样同时进行传输业务。在结构上, 可重构型光分插复用器ROADM两侧一个是2×2的光开关, 一个是分光器, 该分光器负责将ROADM的输出信号馈送至工作光纤和保护光纤) 。需要注意的是, 在这种倒换方式中, 当工作光纤与保护光纤沿相反方向传播时, 保护光纤将出现波长冲突。
(2) 1:1保护倒换
1:1保护倒换的保护光纤不传输业务, 只有当工作光纤出现故障后, 系统才切换到保护光纤。在实际应用中, 工作光纤与保护光纤可以同向, 可以反向。工作光纤和保护光纤如果同时发生故障, 那么系统将不能完成保护倒换。所以工作光纤和保护光纤在实际应用中必须分开铺设。
(3) 1:2保护倒换
该方式采用两工作光纤沿不同的方向进行工作, 共享一条保护光纤 (方向任意) 。与1:1保护倒换相同的是, 保护光纤需要与工作光纤分开铺设。
在4×2 (即4个节点, 每个节点2个用户) WDM环网系统中, 我们简要设计了一种基于1:1保护倒换方式的解决方案 (如图1所示) 。该方案中, 工作光纤与保护光纤传输方向相反 (实线为工作光纤) , 使用的光开关包括2×2和1×2, 而光功率检测模块 (OPD) 在不同的位置对系统进行检测。其中:OPD-1对链路进入节点的光功率值进行检测, 如果发现异常, 则光开关A与光开关D协同工作, 启用保护倒换功能, 跳过故障区域;OPD-2、3用来检测分光器及WSS故障 (出现故障机率小) , OPD-2检测出现问题时, 光开关A、B一起作用完成倒换;OPD-3检测出现问题时, 处理起来相对复杂, 主要是考虑到WSS的波长选择输出功能, 这时候应该是光开关C、D协调工作, 其中光开关C用于将信号导向光滤波器, 完成对已经下路的波长阻断功能, 然后再将上路的信号与滤波后的信号由耦合器一起输出至工作光纤 (光开关D控制) 。
5 结语
本文分析了WDM环网中保护倒换技术的重要性, 并简要介绍了几种常见的WDM环网保护倒换方式。根据数据分析出WDM环网中故障的主要类型为光纤线路故障。接着提出了故障检测技术, 并说明误码率检测不适用我们的网络, 而功率检测非常简单实用。最后, 我们以4×2 WDM环网系统为例, 设计了可行的保护倒换方式。
摘要：近年来, 波分复用技术以其大容量、高速率等优点快速发展。本文围绕波分复用局域网 (WDM LAN, Wavelength Division Multiplexing LAN) 的保护倒换技术展开讨论, 以几种简单的保护倒换方式为基础, 采用光功率检测模块、光开关等设计出4节点环网的保护倒换结构。
关键词：波分复用,环形网,保护倒换
参考文献
[1]顾畹仪.WDM超长距离光传输技术[D].北京邮电大学出版社, 2006.
[2]谢锋.光纤线路自动切换系统及光网络自愈技术研究[D].北京邮电大学, 2010, 1.
[3]韦乐平.SDH自愈环结构的分析和比较[J].电信科学, 1999, 6.
保护倒换论文 篇2
目前光传输网的保护方式基本可分为2种:即基于软件平台的网络级保护和基于硬件平台的设备级保护。网络级保护是通过合理的光纤网络建设,组成光传输环网,利用设备的软件功能,通过环网对光纤和光板进行保护;在光纤中断或光板故障时,通过软件控制倒换来实现保护,保证所传输业务的不间断运行。网络级保护的应用极大地提高了网络的运行可靠性,为光传输网络的安全可靠运行发挥了巨大的作用[1][2]。
基于硬件平台的设备级保护,是通过对关键板(如电源板、时钟板、交叉板件) 进行1+1的热备份。硬件级保护大大降低了设备因硬件故障造成的系统故障,为系统的安全可靠运行提供了保障[3,4]。支路保护倒换TPS(Tributary Protection Switching)保护作为一种硬件级保护,实现了对支路板故障引起的业务中断进行规避和保护的功能,但在进行TPS保护倒换时,完全依赖硬件则保护倒换时间可能会超过要求值。
本文提出并实现了一种软件优化方法,在不改变硬件架构的基础上,缩减TPS所需要的保护倒换时间,使其达到50 ms(毫秒)以内的要求。
1问题简介
首先,保护单板和处理单板软件层次架构如图1所示。单板创建一条业务,首先由APP层软件发起,然后Driver层和ChipSDK层软件根据输入参数,实时计算硬件所需要的配置数据,最后将配置数据写入到硬件寄存器中。保护单板的软件工作流程如图2所示。
根据具体实验发现,单板创建一条业务需要时间T1是30 ms,其中,软件APP层消耗的时间是27 ms,Driver消耗的时间是0.1 ms,Chip SDK消耗的时间是2.9 ms。
T1 = 27 ms +0.1 ms + 2.9 ms=30 ms。
TPS保护是一种基于硬件平台的设备级保护。采用1∶N的热备份保护方式,如图3所示。通过在原有设备上特定槽位增加1块倒换控制单板,通过倒换控制单板对其它N块处理板进行保护,从而实现作单板的1∶N保护。当N块处理板中任何一块出现了故障,故障状态被TPS保护倒换控制单板收集并处理后,通知对应的接口板进行线路开关切换,同时,通知保护单板开始启动,代替故障处理板进行工作。
进行TPS保护倒换时,需要将处理板的业务在保护单板上进行重新创建。比如PTN(Packet Transport Network)设备中的E1支路单板,支持63条业务,在进行TPS保护倒换时,保护单板需要对处理板上的63条业务重新生成和配置。因此,完成TPS保护倒换所需要的时间大致可看成是一条业务创建所花费时间的63倍。
APP层软件消耗时间与业务数目无关,创建63条业务,APP层需要的时间也是27 ms,但是Driver+Chip SDK部分所需要的时间是一条业务的63倍。因此创建63业务的时间T63:
T63=27 ms + 63×(0.1 ms+2.9 ms)=216 ms。
从上面的分析来看,创建保护单板的全部业务时,消耗时间过多的主要原因是Chip SDK层要得到业务创建所需的寄存器配置数据需要一个复杂的数据计算过程,时间达到了182.7 ms,从而整体的216 ms保护倒换时间远远超过了50 ms以内的要求。
2解决方案
针对Chip SDK层软件消耗时间过多的情况,改进了保护单板软件工作流程。如图4所示。将Chip SDK层软件的配置数据计算过程作为预计算部分进行前移。在进行TPS保护倒换之前,先将配置数据计算出来,考虑到业务参数的个数是有限的,每一个参数取值情况也是有限的几种类型,因此设计一个由业务参数作为下标的多维数组,用来存放配置数据,然后在进行TPS保护倒换时,根据APP层给定的具体业务输入参数,从多维数组中找出具体的硬件配置数据并写入到硬件寄存器中,从而完成业务的创建。
2.1实现方法
在软件设计上,将保护单板原来的三层(APP + Driver + Chip SDK)简化成两层,新的软件层次是APP + New_Driver,其中New_Driver由原来的Driver部分加上一层对硬件寄存器的操作。如图5所示。
2.2关键数据结构设计
实现软件部分层次结构的简化,关键在于将经过Chip SDK软件部分计算出来的需要写入硬件寄存器的数据存放在设计好的多维数组中。为了准确获取寄存器数据,设计了一个存放寄存器数据的数据结构T_RegData。
Typedef struct T_REGDATA
{
Unsigned int ulRegCounter; //用于被访问的寄存器计数
Unsigned int ulRegPosition;//用于存放寄存器地址值
Unsigned char ucRegValue; //用于存放寄存器数据值
}T_RegData;
同时,设计了存放所有寄存器的多维数组arrtRegDataArray。
T_RegData arrtRegDataArray[N1][N2]…[Nn]={…};
N1:数组的第一个参数,APP层下发的第一个参数取值的个数;
N2:数组的第二个参数,APP层下发的第二个参数取值的个数;
…
Nn:数组的第n个参数,是创建一条业务所需操作的寄存器数目;
3实验结果与分析
3.1实验结果
在TPS未发生前,正常创建业务的过程中,在配置数据写入硬件寄存器的时候,将寄存器数据备份到多维数组。根据app层输入参数,计算出数组下标。当一个业务创建完了之后,多维数组的一组数据也就生成了,并且根据输入参数的不同,唯一地保存在多维数组中。当整个单板的业务都创建完了,也就一份完整的多维数组数据生成了。当TPS发生时,可以根据APP层下发的业务参数,得到对应的多维数组下标,从而找到生成一条业务所需的寄存器数据,将这些数据逐个写入硬件寄存器中,就可以生成一条业务。
根据实验,在创建一条业务过程中,New_Driver部分所需要的时间为0.2 ms,单板在创建63条业务时,New_Driver部分所需要的时间仅为12.6 ms,所以保护单板创建63业务时,所需要的全部时间为T63_New。
T63_New = 27 ms + 63×0.2 ms = 39.6 ms。
3.2实验结果分析
从实验结果可以看出,新的保护单板软件,通过优化软件流程和简化软件层次,可以在TPS进行的过程中,节省Chip SDK层软件消耗的时间,使TPS保护到换时间从原来216 ms减少到了39.6 ms,从而符合50 ms以内的要求。
参考文献
[1]易其亮.TPS保护板检测方法.中国专利.200410059162,20060215
[2]李晓东.TPS保护技术在SDH通信网中的应用.吉林电力,2009;37(6):8—9
[3] Cisco.Automatic Protection Switching of Packet-over-SONET Cir-cuits,http://www.cisco.com/en/US/docs/ios/11_1/feature/guide/posaps.html,2007—11—04
保护倒换论文 篇3
关键词：SDH,通道保护环,二纤单向通道保护环,倒换原理
在SDH传送网中, 二纤单向通道保护环被广泛应用, 因此维护人员要熟练掌握其运行规律及维护方法, 当故障发生时, 才能在第一时间内准确的找到故障点, 排除故障。本文主要介绍华为OptiX光传输设备上二纤单向通道保护环的实现方式, 并结合二纤单向通道保护环的常见故障案例, 介绍二纤单向通道保护环的故障定位方法及一些日常维护经验。
1 通道保护倒换原理及华为OptiX设备通道保护的实现方式
二纤单向通道保护环中, 各ADM节点到环上的支路业务将向东、西两个方向并发;并且其支路板可对接收到的东、西两个方向业务进行选收。下面举例说明华为OptiX设备保护倒换的实现方式。
如图1所示的通道保护环由三个网元组成, 网元NE1和NE3之间有一个2M业务, 配置业务时, 只需按照主环方向配置单向业务, 业务配置成功后, 实际信号流如下:1) NE1到NE3的业务, 从环的两个方向走。主环方向为NE1→NE2→NE3;备环方向为NE1→NE3。2) NE3到NE1的业务, 从环的两个方向走。主环方向为NE3→NE1;备环方向为NE3→NE2→NE1。
当NE1与NE2之间光缆中断时, NE3支路板发生通道保护倒换的过程如下:
光缆中断时, NE2西向线路板收不到主环信号产生R_LOS告警, 同时往主环方向插入TU-AIS信号, NE3支路板在主环上检测到TU-AIS信号, 则将相对应通道的倒换开关由主环方向倒换到备环, 选收备环业务信号, 同时将这些通道置为PS (保护倒换已发生) 状态, 表示这些通道已经发生保护倒换。
随后NE3支路板会检测主环方向来的信号是否仍为TU-AIS。若仍是TU-AIS, 表明主环方向尚未恢复正常, 保持现状;若连续10min没有检测到TU-AIS, 表明主环方向已恢复正常, 则迅速倒换至主环, 同清掉时相应通道PS状态, 宣告系统恢复正常。倒换产生至倒换结束期间, 从网管看, NE3网元支路板应该有TU-AIS和PS告警。
再看备环方向的情况:
NE1与NE2之间光缆中断时, 从NE3到NE1备环方向的业务信号也中断, NE1东向光板收不到备环的信号而产生R_LOS告警。但是由于NE1的支路板默认选进NE3从主环即逆时针方向送来的业务信号, 所以此时并不发生保护倒换。但是NE1的支路板会有TU-AIS (B) 告警。
综上可以看出, ⑴整个倒换过程是通过支路板实现的, 不需要主控板和交叉板参与;⑵支路板通过选收功能使其可以选择是将主用还是备用总线上的信号选进;⑶由⑵可以得出保护倒换是在业务下支路的一端产生, 相应的PS告警也发生在这一端;⑷当主环业务断时才发生保护倒换, 备环业务断并不发生倒换, 即如果图1中NE2收NE1的光纤不断, 而是只有另一根光纤断, 则保护倒换不发生。
2 通道保护环故障维护方法
2.1 故障定位
2.1.1 通道保护环常见故障原因
通道保护环发生故障的原因有:⑴外部原因, 如光纤性能劣化、损耗过高、或光纤断等。⑵人为因素, 如光纤接错、东西向光纤接反、属性配置错误等。⑶设备本身故障, 如支路板失效、交叉板失效、线路板失效等。
2.1.2 故障定位方法
⑴确定故障业务路径。由于通道保护环有两条业务路径, 所以首先要确定出现故障时当前业务所走的是哪条路径。可根据支路板通道的PS保护倒换告警确定。若2M通道没有PS告警, 则业务走主环方向;若2M通道有PS告警, 则业务走备环方向。
⑵根据告警和性能确定故障。一般的业务都是收发双向业务, 当两个网元间的业务出现故障时, 可以根据告警确定是收业务方向有故障还是发业务方向有故障, 如可根据本端和远端的告警或性能数据确定, 如TU-AIS表示收业务方向有故障, LP-RDI表示发业务方向有故障。
⑶定位故障点。可以通过环回法或更改业务法定位故障站点。
环回法。 (1) 对NE1东向光板第一个VC4作内环回, 若NE1上的LP-RDI告警消失, 则说明故障点在NE1与NE2间的光板上或NE2上, 请继续下一步;否则说明故障点就在NE1。 (2) 对NE2东向光板第一个VC4作内环回, 若NE1上的LP-RDI告警消失, 则说明故障点在NE2与NE3间的光板上或NE3上, 继续下一步。否则说明故障点就在NE2或NE1与NE2间的光板上, 通过尾纤自环NE1东向光板, 可确定故障点在NE1还是NE2。 (3) 通过尾纤环回NE3的东向光板, 可定位故障点在NE3上还是NE2光板上。
更改业务法。将NE1到NE3中断的一个业务在NE2上下, 若在NE2上下是好的, 则说明故障点不在NE1, 而可能在NE3或者NE2与NE3对接的光板上。更改业务法的优点是对业务影响较小, 不存在将ECC切断的危险。
2.2 通道保护环常见的故障案例
2.2.1 断纤后部分站点通道保护失败
(1) 组网情况。
如图2所示。四个站组成的一个622M通道保护环, 其中梅山、梅岭、金鹰均与中华门站有2M业务。
(2) 故障现象。
某日, 梅岭、金鹰之间的光缆挖断, 中华门与梅岭间业务中断, 其余各站业务正常;中华门站业务中断的通道有TU-AIS告警;梅岭站相应通道有LP-RDI告警。
(3) 故障分析。
梅岭、金鹰之间的光缆挖断后, 中华门收梅岭的业务应该走备环方向, 此时中华门应该有PS告警。但中华门并没有PS告警, 说明中华门数据配置有错误或备环存在故障。
(4) 处理步骤。
检查中华门支路板对应通道配置, 发现通道属性为“无保护”, 配置有误;更改通道属性为“保护”后, 业务恢复, 中华门通道出现PS保护倒换告警。
(5) 故障原因。
未配置通道保护属性。
2.2.2 光纤熔接错的情形
(1) 组网情况。
6个网元组成一个通道保护环, 集中型2M业务, 业务中心站为NE1。
(2) 故障现象。
某日NE3站因两侧光缆断裂 (该站点东西方向的光纤有一段在同一根电缆内) , 业务中断。经线路人员抢修后, 业务恢复正常。但施工人员刚要离开现场时, 被告知环上业务除NE3站外全阻。机房维护人员通过网管发现没有任何告警、性能数据;NE3站业务正常, 但无法用网管登录。
(3) 故障分析。
因光缆断裂前, 通道保护倒换正常, 且业务正常;而重新熔接光缆后出现这样奇怪的现象——没有任何告警, 业务中断, 且NE3站无法登录, 因此很有可能是光缆熔接错了。
(4) 处理步骤。
(1) 线路人员再次检查刚才熔接的光纤, 发现光纤的确是熔接错了——NE3站东西方向接收的光纤熔接反, 即NE2和NE4发往NE3的光纤接反, 如图3 (a) 所示。
(2) 重新按图3 (b) 熔接光纤后, 业务恢复正常。
(5) 故障原因。
NE3站点东西向收光纤熔接反。逐一分析此种情况下各站业务:
(1) NE2业务:NE2从主环接收NE1的业务正常;但NE2沿主环方向发给NE1的业务, 在NE3被环回, 没有继续往前传输。而NE1从备环发出给NE2的业务, 在NE3被环回到主环送回NE1, NE1主环方向接收的是这个被环回的业务。因此NE2业务不通。
(2) NE3业务:NE3收发给NE1的业务均正常, 所有业务没有中断。
(3) NE4业务:NE4从主环方向发给NE1的业务正常;而NE1从主环发给NE4的业务在NE3点被环回。NE4从主环接收到的业务是自身从备环发出的在NE3环回的业务。因此NE4业务不通。
(4) NE5、NE6业务不通的原因与NE4相同。
(5) NE3站ECC不通是由于ECC走双向路由的缘故。光纤熔接反后, NE3站的ECC为单向路由, 因此ECC不通, 无法登录。
由此得出以下经验教训:连接到不同方向的光缆, 如果有同沟或同缆的情况, 在光缆因故断裂后, 线路人员在熔接时可能会造成错接, 而出现这种奇怪的现象。另一方面, 同缆环存在时, 如果这一段光缆中断, 通道保护环并不能起到保护作用。因此应该尽可能避免同缆环的产生。
参考文献
[1]OptiXTM 155/622H (Metro 1000) STM-1/STM-4 MSTP光传输系统维护手册.华为技术有限公司.2003.
[2]同步数字传输设备原理与维护.李勤法主编.
变压器检修的电源倒换 篇4
变压器并列运行, 指的是将两台或以上变压器的一次绕组并联在同一电压等级的母线上, 二次绕组并联在另一电压等级的母线上运行。变压器的并列运行在厂用电系统中有着重要的意义。
(1) 当一台变压器发生故障时, 并列运行的其它变压器仍可以继续运行以保证重要用户的用电。
(2) 当某一台变压器需要停电检修时, 可以先并联上备用变压器, 再将要检修的变压器停电检修, 既能保证变压器按计划检修, 又能保证不中断变压器低压侧母线供电, 从而提高供电的可靠性。
一、变压器并列运行的理论分析
1、变压器并列运行的理想情况
(1) 空载时, 并列的变压器之间没有循环电流。
(2) 带负载后, 各台变压器应该按照各自的容量比例合理地分配负荷。
(3) 带负载后, 各台变压器所分担的负荷电流应为同相位。
2、变压器并列运行的条件
为了达到上述理想运行情况, 变压器并列切换时必须满足下列条件:
(1) 各变压器应属于同一联接组号
(2) 各变压器的额定电压及变比应相等
(3) 各变压器用标么值表示的短路阻抗应相等
二、变压器并列运行实例分析
我厂厂用电系统采用闭环结构, 开环运行的供电方式。正常情况下, 为保证配电网络的辐射状运行结构, 联络开关一般断开运行。而在倒负荷或变压器检修时, 通过合解环操作可以减少停电时间, 提高供电可靠性, 避免了断电倒换可能带来的不稳定因素。现以三号机小修期间, #1公用变停电检修, 对#1公用变和#2公用变进行并列倒换为例。
我厂厂用电系统的合环模式为合环点上级电源分列运行的馈线合环。
合环点属于这种情况, 380V公用A段和380V公用B段两条母线的上级电源属于不同系统。它们之间直接通过联络开关进行合环操作。而其危险性也较大, 因为其上级电源属于不同的系统, 合环点电压差较大, 容易造成过大的环流。
厂用电系统正常运行方式:每台机组各设一台高压厂用工作变压器, 从发电机出口经封闭母线引接, 各带两段6KV工作母线。工作6KV IIIB段母线带6KV公用A段母线运行, 工作6KV IVB段母线带6KV公用B段母线运行。两台机组共用一台高压启动/备用变压器 (#2启备变) , #2启备变带两段备用母线运行, 作为6KV厂用工作母线的备用电源。每台机组各有一台公用变压器, 各带一段母线运行, 两段母线互为备用, 母线间有联络开关, 手动切换。
小修时, 三号机6KV工作母线厂用电切换, 6KV备用B段母线带6KV工作IIIB母线运行。而6KV工作IVB段母线仍然由#4厂高变带, 这样一来, 需要合环的两段馈线属于不同的系统。
我厂220KV系统采用双母线带旁路母线的形式。可以看出, 即使合上母联开关使主变和#2启备变高压侧具有相同的电压幅值和相位, 但经过主变和厂高变, 电压经历了星型-三角形-星型的变化, #4厂高变和#2启备变低压侧的电压幅值和相位必然会产生差别。并且由于三号机小修, 6KV IIIB段母线所带负荷与6KV IVB段母线所带负荷有区别, 造成两段母线电压幅值的不同, 这样就造成了#1公用变和#2公用变高压侧电压差, 如果在差值较大的情况下合环, 容易产生较大的环流。
为消除高压侧电压差带来的影响, 我们可以采用对6KV IVB段母线进行厂用电切换, 通过DCS面板上的厂用电快切装置 (采用并联方式) , 合上备用开关, 断开工作开关, 厂用电快切完成后, 6KV备用B段带6KV IIIB段母线和6KV IVB段母线运行, 这样380V公用A段母线和380V公用B段母线的上级电源便属于同一系统, 高压侧电压差ΔU便可忽略不计, 实现安全合环。
然而需要注意在实际操作时, 厂用电快切存在一定的风险, 如果一旦厂用电快切失败, 将会发生6KV工作母线失电, 造成更严重的后果。因此结合我们之前的理论分析, 在合环操作前测量合环开关上下口的电压差, 若小于20V (经验值) , 即使两变压器上级电源不属于同一系统, 仍然是可以进行合环操作的。
三、结论
广电设备主备机倒换系统改造探究 篇5
关键词：广电设备,技术革新,电视发射机,同轴开关
一、同轴开关的主要应用类型
同轴开关是电视发射机和调频发射机实现主备机倒换、天线和假负载之间切换的设备。同轴开关主要有以下几种类型:U型同轴管, 人工或电动插拔;利用1/4波长线实现通断;用刀状的接触机构, 实现内导体或外导体转接;利用电容实现转接
二、同轴开关的主要技术指标
同轴开关是一种全通式的射频元件。它应该无损耗地传输射频功率, 适应宽带信号的切换。同轴开关的主要技术指标有:功率容量、工作频带 (有1KW到10KW至30KW) ;插入损耗 (一般应小于0.1db) ;隔离度 (不通的通道之间的泄漏一般应为60db) ;切换时间 (自动倒换约1秒钟)
三、同轴开关的主要技术革新应用
一些发射机厂家主要都是使用刀式同轴开关, 使用刀式同轴开关来切换主备机比较合理, 节约时间, 利于安全播出。它由两个会旋转的刀形内导体、一个公共外导体、一个隔离板组成。圆柱形外导体的侧面装有四个同轴端子, 同轴端子的内导体伸进圆柱面, 其顶部装有夹状的弹簧片。圆柱体的轴线上有个传动轴, 金属片状的隔离板安装在该轴上, 随其同时转动。隔离板将圆柱体内部空间分隔成两半。为保证有良好的隔离, 隔板的四周有导电的弹簧片与圆柱体的内表面接触。两个刀状内导体由良好的绝缘体固定在轴上, 随其一同转动。刀状内导体与外导体之间的阻抗为50欧姆。转轴由特殊机构带动, 每次只能旋转90°, 且保证刀形内导体正好切入四个端子内导体的夹形弹簧片内, 使四个端子中两两相连。传动机构还带有控制接点 (即常闭、常开接点) , 以便旋转到位后, 切断电动机电源。
为防止正常工作时值机员误动作, 使用同轴开关连锁原理应遵循以下原则: (一) 主、备机都不工作时, 同轴开关才能倒换; (二) 主或备机工作时, 同轴开关单机锁定, 电机不能加电倒换, 以保设备运行安全; (三) 天线倒至主机主机工作, 备机不工作;反之天线倒至备机, 备机工作。
为实现上述原理, 利用同轴开关的控制接点 (常开、常闭接点) 接入主备机开机电路、同轴开关的电机控制电路即可实现。例一, 固态与电子管发射机的倒换, 以36CH发射机为例, 称北广电子管发射机为主机, 吉兆固态发射机为备机, 叙述一下主备机改动后的连锁电路。由于主机控制电路设计时已实现上述功能, 故电路无需变动。
图1为备机开机控制接线图, 图中实线为原机接线图, 将220伏至Tc接点实线断开, 沿虚线接入T常闭接点, 当天线倒至备机, T接点闭合, 备机工作, 当天线倒至主机, T接点断开, 备机不工作。
T:天线至备机时, 同轴开关常闭接点
Tc、Tb、Ta为相位保护器控制接点, 缺相时, Tc、Tb导通, 正常时, Tc、Ta导通
图2为主机同轴开关电机控制线路图, 将图中K6′备机连锁常闭接点 (短接线) 断开, 沿虚线接入常闭接点X6即可实现上述原则1、2。当备机工作时, X6断开, 同轴开关就无法加电;同理当主机工作时, K6断开, 同轴开关也无法加电。
K6:主机高压二档常闭接点
K6′:备机联锁常闭接点 (无备机时为短接线)
X6:备机功放电源交流接触器常闭接点
K14:当天线在主机时, 同轴开关由主机倒换至备机时, K14闭合
K15:当天钱在备机时, 同轴开关由备机倒换至主机时, K15闭合
例2, 固态与固态发射机之间的倒换以1CH发射机为例, 由于吉兆固态发射机没有连锁、同轴开关以及倒换电路, 因此要增加电路利用外购同轴开关实现主备机的倒换及连锁。外购的同轴开关没有配备常闭、常开接点, 要用主机的风机交流接触器常闭接点串入备机的开机电路中, 备机的风机交流接触器常闭接点串入主机开机电路中, 实现主备机互为连锁, 电路原理图如图3。
J:备 (主) 机的风机交流接触器常闭接点
外购的同轴开关没有电机控制电路, 我们要自己制作电路来实现同轴开关联锁原理1、2, 220伏交流电取自主机一相交流电源, 电动按钮S安装在主机面板上, 便于操作。电路原理图如图4。
S:电动按钮
K1:主机功放电源交流接触器常闭接点
K2:备放机功电源交流接触器常闭接点
K3:当天线在主机时, 同轴开关由主机倒换至备机时, K3闭合
K4:当天线在备机时, 同轴开关由备机倒换至主机时, K4闭合
四、结语
经过上述改动, 缩短了主备机的倒换时间, 减少了停播, 节约了资金, 为有人留守无人值班打下良好基础, 有利于今后远程监控的实施。同时, 也避免了因天线不到位开机而造成功放故障, 主或备机工作时误动倒换开关而造成停播故障, 坚决杜绝了人为事故的发生, 保证了广播电视的安全播出。
参考文献
[1].周涛, 季明丽, 李赛辉.基于DSP的无人机数据采集系统的设计[J].制造业自动化, 2010
保护倒换论文 篇6
1 主备倒换电路设计
1.1 主备倒换逻辑控制图
主备倒换逻辑控制框图如图1所示, 具有人工倒换、软件倒换、自动倒换功能。
主备用状态控制板各信号的功能如下：
(1) 复位信号：单板的复位信号，当复位信号为低时，该板变为备用板，用于人工倒换。
(2) 软件控制位：单板的软件控制信号，它是由单板软件控制，初始化为高，当CPU把该位改为低时，该板变为备用板，对方控制板变为主用板。这样可以实现快速软件倒换。
(3) 心跳状态位：CPU必须在500μs内至少访问CPLD一次，使CPLD输出心跳波形。心跳波形环回CPLD的心跳检测电路，CPU如果在500μs内没有访问CPLD, CPLD就没有输出心跳波形。当有心跳时，心跳状态位为1;当没有心跳时，心跳状态位为0，通过这个方法就可以监控CPU是否正常运行，如果CPU没有正常运行，该板就变为备用板状态。
(4) 本板主备用状态位：该位为0状态时，本板为主用;该位为1状态时，本板为备用。当该状态位发生改变时，CPLD会产生中断INT告诉CPU, CPU会查询该状态位，以便知道本板的主备用状态。
(5) 对方板主备用状态位：该位为0状态时，对方板为主用;该位为1状态时，对方板为备用。当该状态位发生改变时，CPLD会产生中断INT告诉CPU, CPU会查询该状态位，以便知道对方板的主备用状态。
(6) 中断信号INT:当对方板主备用状态或本板主备用状态发生改变时，CPLD会产生中断信号INT通知CPU, 保证CPU及时知道对方板主备用状态或本板主备用状态，以保证系统正常运行。
(7) CPLD通信总线：就是CPU通过该总线与CPLD通信，通过该总线完成CPLD的心跳，同时通过该总线完成对方板主备用状态或本板主备用状态的查询。
(8) 数据同步端口：该数据同步端口就是网络通信端口，主要是同步两块主备用状态控制板的数据，保证在主备板都是运行同一数据和程序，只是主用板有控制权，备用板没有控制权，倒换后，使得原来备用板能够无缝运行原来主用板的程序，保证系统的可靠性。
1.2 主备用工作原理
工作原理是：两块主备用状态控制板的U2A的第3脚先为低的控制板为主用。在主备倒换逻辑控制图中，当主备用状态控制板1的复位信号、软件控制位、心跳状态位较主备用状态控制板2的复位信号、软件控制位、心跳状态位先都为高时，这时主备用状态控制板1的U1B的第6脚为高，主备用状态控制板2的U1B的第6脚输出为低，导致主备用状态控制板1的U2A的第3脚为低，主备用状态控制板2的U2A的第3脚为高。则主备用状态控制板1为主用，主备用状态控制板2为备用。反之，当主备用状态控制板2的复位信号、软件控制位、心跳状态位较主备用状态控制板1的复位信号、软件控制位、心跳状态位先都为高时，主备用状态控制板2为主用，主备用状态控制板1为备用。
1.3 CPLD的逻辑实现
CPLD逻辑设计图如图2所示。当CPU向心跳产生寄存器写入0X55，心跳波形输出低电平，写入0XAA，心跳波形则输出高电平，这样就能产生心跳脉冲输出。这个心跳脉冲就能监控单板内关键器件的好坏，如FPGA、时钟、电源等。如果这些被监控的芯片、信号或电源出现问题，那这个心跳脉冲就不能环回CPLD的心跳波形输入脚，则CPLD的心跳检测电路就不能检测到心跳的存在，即CPLD的心跳状态位为0，根据图1的主备倒换逻辑控制图，该主备用状态控制板只能作为备用。这样主备用状态就能够实现自动倒换。心跳脉冲监控FPGA、时钟、电源逻辑图如图3所示。
2 软件主备用倒换过程的实现
主备用状态控制板启动程序流程图如图4所示。如果主用板要通过软件进行倒换，只要主用板把软件控制位设置为0，向备用板表明自己变为备用，备用板的逻辑发中断告诉备用板CPU，备用板进行中断处理，通过状态寄存器检测对方是否变为备用，则原备用板将软件控制位置为1，原备用板升为主用。
3 主备用状态控制板的倒换波形
根据图1原理框图，示波器探头的二通道接主备用状态控制板1的U2A的第3脚 (倒换前为低即主用) ，示波器探头的一通道接主备用状态控制板2的U2A的第3脚 (倒换前为高即备用) ，通过把主备用状态控制板1的软件位置为低，两块主备用状态控制板的主备用状态发生改变，其倒换波形如图5所示。从示波器的显示可知，时间轴每格20 ns，则倒换时间大约20 ns就可以实现硬件完全倒换。实现了快速稳定的倒换，从而可在工业控制领域得到广泛应用。
4 主备用状态控制板的倒换测试
(1) 手动倒换:如图1按下主用板 (如主备用状态控制板1为主用) 的复位键SW1。这时, 原主用板 (如主备用状态控制板1为主用) 重启, 变为备用，原备用板 (如主备用状态控制板2为备用) 变为主用, 硬件切换时间约为20 ns，软件同步切换时间约为20μs。
(2) 软件倒换：主用板 (如主备用状态控制板1为主用) 的CPU置CPLD的控制寄存器的软件控制位为0, 使CPLD的软件控制位引脚输出为0。这时, 原主用板 (如主备用状态控制板1为主用) 变为备用板, 原备用板 (如主备用状态控制板2为备用) 变为主用板, 硬件切换时间约为20 ns，软件同步切换时间约为1μs。这样可以实现快速软件倒换。
(3) 自动倒换：由于CPU必须在500μs内，至少访问CPLD一次，使CPLD输出心跳波形，CPU如果在500μs内没有访问CPLD, CPLD就没有输出心跳波形，当没有心跳时，心跳状态位为0，短路主用板的内存，让主用板死机，CPU不去访问CPLD, 这时, 原主用板 (如主备用状态控制板1为主用) 变为备用板, 原备用板 (如主备用状态控制板2为备用) 变为主用板, 硬件切换时间为20 ns左右，软件同步切换时间为10 ms左右。这样可以实现可靠的自动倒换。
5 主备用状态控制板在工控领域的应用
很多高可靠性要求的场合要求系统的可靠性指标为99.999%，即系统一年的平均故障时间不超过3 min。如电力控制系统、交通导航系统等，系统仅靠提供元件的可靠性是无法满足要求的，需要对系统的关键设备进行主备份，主备用设备通过控制通信网进行数据备份，使得主备用设备完全同步，保证当这些主备用设备出现故障时，热切换到备份设备，使系统能不间断运行。
(1) 在数据采集处理方面的应用如图6所示，通过本板的主备用状态位来控制总线，当本板主用时，数据采集卡的总线可以与本板的CPU通信，当备用时，数据采集卡的总线不与本板的CPU通信。
(2) 在网络通信方面的应用如图7所示，通过本板的主备用状态位来控制网络通信口切换开关。如果服务器1为主用时，外部通信设备通过网络通信口切换开关与服务器1的CPU通信;服务器2为备用，网络通信口的切换开关断开，不与外部通信设备通信。当两个服务器发生倒换后，服务器1为备用，服务器2为主用时，服务器1的网络通信口切换开关断开，服务器2的CPU通过网络通信口切换开关与外部通信设备通信。
参考文献
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保护倒换论文 篇7
一卫星频道播出系统现有播出方式及应急播出方案
1. 目前播出方式
卫星频道目前使用的是主备矩阵播出。各录像机信号、视频服务器信号、演播室信号及其他卫星、光纤信号都接入播出主备矩阵。当其中一个矩阵出现问题时都可以通过4×1开关无缝切换至另一播出矩阵;当信号源本身有问题时, 也可通过4×1旁通开关切换至垫片信号短暂应急, 保证播出安全;另外, VTR信号也可用于短暂的应急播出。图1为矩阵播出系统部分线路图。
备份M2100系统接入了能保证正常播出的信号源, 如CCTV-1的光纤和卫星信号、视频服务器硬盘通道信号、录像机信号、垫片信号等总共11路信号, 该系统处于手动操作状态的冷备份状态。
2. 目前的应急播出方案
当主备播出矩阵都出现问题时, 即图1中的“主矩阵-PGM”信号和“备矩阵-备份”信号均中断, 通过图1所示的4×1旁通开关将卫星频道的播出信号切换至垫片信号应急播出, 并立即启用M2100的自动播出状态, 使其播出内容与原矩阵系统播出内容一致, 然后通过跳线将M2100系统播出信号 (上端跳线排M2100输出1和2的上口) 接至输出光纤主备端口 (下端跳线排输出光纤主备口) , 保证有线前端信号和卫星上星信号的正常。图2为播出机房到台技术中心机房信号跳线排。
3. 目前采用的应急播出方案存在的缺点
目前采用的应急播出方案存在如下缺点:
●目前的应急播出方案基本上能很快解决因矩阵播出失效后带来的主要问题, 但处理过程中会出现信号的短暂中断, 不间断播出也就受到了影响。如果在关键时刻, 短暂的信号中断也会造成恶劣的影响;
●当主用的矩阵系统恢复正常后, 跳线回原主用播出系统同样存在信号中断问题;
●字幕包装系统无法使用。由于M2100系统主要作为应急播出系统, 并未配备字幕包装系统, 当矩阵播出系统切换至M2100系统后, 无法播出字幕以及有关的角标广告;
●采用应急跳线后除市内有线和上星信号正常外, 其他部分信号并非正常播出信号, 且无法在监视墙上监看播出信号。图2跳线排中的矩阵输出1和2只是主用矩阵播出系统末级信号输出的一部分。图3为主用矩阵播出系统的末级信号流程, 从图3中可以发现, 跳线后还有其他6路信号无法使用应急系统M2100的播出信号。
二应急播出方案改进设想
M2100系统是重庆台采用矩阵播出前的主播系统, 各项性能指标均满足播出要求, 因此备份系统本身并不存在任何技术上的问题。但由于原方案存在信号中断等诸多严重问题, 如何在应急状况下既能利用现有的M2100备份系统, 又不出现上述问题, 这是考虑的重点。
1. 改进设想
思路其实很简单。如果在启用M2100备份播出系统时不中断播出信号, 那只有先将M2100系统的输出信号预先接入矩阵播出系统的末端——4×1旁通开关, 当出现问题时即可立即无缝切换至备份系统, 也只有这样才能充分利用主用矩阵播出系统的字幕包装系统, 并保证末级其他信号的正常输出。
如图1, 4×1旁通开关接入了主矩阵-PGM信号, 备矩阵-备份信号, 垫片信号, VTR信号。这些都是系统设计之初决定的, 并未设计接入更多的旁通信号。当主矩阵出现问题时立即通过4×1旁通开关切换至备矩阵, 当播出的信号源本身有问题时, 可以通过4×1旁通开关随时切换至垫片信号保证信号不间断, VTR信号可以旁通输出, 保证临时播出需要。这4路信号源, 除了垫片信号两套系统采用的是同一信号源外, 其他信号均为矩阵系统信号源。如果将M2100系统输出信号代替垫片信号, 基本上可以解决前面提到的问题。
2. 线路改动
线路改动很少, 只是将M2100系统输出信号接入4×1旁通开关, 让它代替原垫片信号。需要注意的是, M2100系统应一直播出垫片信号, 以保证矩阵播出出现问题后不影响现主用播出系统的旁通垫片。
3. 新的应急播出方案
当主备矩阵出现问题时, 通过4×1旁通开关切换至垫片信号, 这时也同时无缝切换至了备份的M2100系统, 立即启用M2100系统接替播出即可。
这一方案相对原方案更简单更安全, 整个过程无需任何跳线, 也就不存在信号短暂中断的问题, 而且原字幕系统使用不受影响, 保证了卫星频道的包装功能。如图4所示。
这样改进后还有一个好处是, 现有的主用播出系统可以根据节目需要由M2100系统播出不同的垫片信号, 如直播时可以使用专用的垫片信号, 而不是卫星和地面频道共用的固定垫片信号。
三极端情况分析
在主备矩阵出现问题时, 如果4×1旁通开关也出现问题, 那以上处理办法将失效, 唯一处理办法也就是采用跳线或更换4×1板卡解决。当然这时的跳线就有多种方式, 既可以通过跳线跳过4×1旁通开关, 也可以采用原应急方案中的跳线方式, 这里不做详细叙述。
四其他注意事项
为保证播出的安全性, 系统维护应作为平时工作的重点。保证矩阵系统, M2100系统的正常运行, 这既保证了播出的安全, 在真出现问题时也能保证应急播出的顺利切换。