沈昌國

1  引言
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化時(shí)代的到來(lái)及信息化建設的進(jìn)一步發(fā)展和拓寬，向信息技術(shù)要效益、要速度成為我國石油開(kāi)發(fā)的主要發(fā)展方向和戰略手段。如何保證油田電力線(xiàn)路的正常運行和降低用電成本，在油田生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理過(guò)程中占有極其重要的地位。本文首先簡(jiǎn)要分析了我國北方某油田10kV電力線(xiàn)路現狀及存在問(wèn)題，在此基礎上，較全面介紹了“電力線(xiàn)配電自動(dòng)化子系統”的系統總體結構和主要應用功能，通過(guò)該設計方案的實(shí)施，不僅有效保證了電力線(xiàn)路的正常運行監測、及時(shí)準確定位故障位置和恢復供電，而且最大限度地降低了電力線(xiàn)路損耗，達到了降低用電成本的目標。同時(shí)，通過(guò)實(shí)現線(xiàn)路的自動(dòng)、優(yōu)化、高效運行，減輕了勞動(dòng)強度，提高了經(jīng)濟效益。
近幾年，該油田加大了基礎設施建設，所有三級單位（管理局、采油廠(chǎng)、生產(chǎn)大隊）已全部連入油田內部局域網(wǎng)，整個(gè)油田主干網(wǎng)絡(luò )整體性能已由百兆升級到千兆，使得內部信息的傳遞更加通暢。為了進(jìn)一步加強生產(chǎn)現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據監控，實(shí)現信息共享，由油田信息通訊管理服務(wù)中心（簡(jiǎn)稱(chēng)信通中心）牽頭，各二級采油單位共同參與的企業(yè)生產(chǎn)管理信息集成系統方案出臺，該方案按照“統一規劃、統一標準、統一數據庫”的建設原則，于2001年下半年開(kāi)始分階段實(shí)施，該集成系統主要包括“電力線(xiàn)路配電自動(dòng)化子系統”、“生產(chǎn)井（油井、氣井、注水井）遠程監控子系統”、“集輸管線(xiàn)（輸油、輸氣、注水）監控子系統”、“站庫（集油庫、集氣站、注水站）智能生產(chǎn)管理子系統”四大部分，旨在將油田的井、站、管線(xiàn)和電力線(xiàn)路的所有源頭數據自動(dòng)加載到集團中心數據庫，為各管理部門(mén)提供開(kāi)放的數據平臺，實(shí)現生產(chǎn)的遠程管理和調度監控，最大限度發(fā)揮系統集成效益。
2  電力線(xiàn)路現狀及存在問(wèn)題
該油田所屬10kV電壓等級以上的線(xiàn)路及所有的變電站（含開(kāi)閉所）由油田供電公司集中統一管理，且均已配置了微機自動(dòng)監控系統；而10kV電力線(xiàn)路則分別歸所在區域的各采油廠(chǎng)分散管理。這些10kV線(xiàn)路，僅有少部分線(xiàn)路配置了自動(dòng)采集和監控設備，并實(shí)現了雙電源供電，而大部分線(xiàn)路運行了十幾年以上，由于油田的持續開(kāi)發(fā)，覆蓋半徑加大，造成現有10kV線(xiàn)路結構布局不合理，部分線(xiàn)路負荷重、故障頻繁，由此引發(fā)了許多問(wèn)題。
(1)  由于線(xiàn)路布局不合理、部分線(xiàn)路負荷重、設備老化嚴重，造成10kV線(xiàn)路運行損耗大，線(xiàn)路跳閘事故時(shí)有發(fā)生，嚴重影響了油井生產(chǎn)。
(2)  當10kV線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，不能快速有效的選擇、查找事故點(diǎn)，以致造成事故的擴大、停電時(shí)間過(guò)長(cháng)。
(3)  通過(guò)對所有線(xiàn)路跳閘的種類(lèi)、事故原因進(jìn)行了全面的統計分析，發(fā)現造成線(xiàn)路事故頻發(fā)的重要原因有近98%發(fā)生在線(xiàn)路的分支線(xiàn)上，由于線(xiàn)路是一條完整的網(wǎng)絡(luò )，因此，一個(gè)支線(xiàn)故障或一臺變壓器發(fā)生故障，都要殃及全線(xiàn)跳閘斷電，造成全線(xiàn)停電停產(chǎn)。
(4)  線(xiàn)路調度運行靈活性差，不能實(shí)時(shí)對配電線(xiàn)路的運行狀況進(jìn)行監控和管理，造成10kV線(xiàn)路被一些不法分子盜竊、破壞，嚴重影響了線(xiàn)路的安全運行。
(5)  由于現行廣泛應用的故障處理方法，無(wú)法及時(shí)準確確定事故地點(diǎn)，都是根據事故上報情況對線(xiàn)路逐桿、逐基的檢查，使事故處理時(shí)間延長(cháng)，導致生產(chǎn)井停井時(shí)間延長(cháng)，從而嚴重影響了各采油廠(chǎng)原油的正常生產(chǎn)時(shí)間。
因此，利用信息技術(shù)改造現行電力線(xiàn)路運行監控管理模式勢在必行。
3  總體結構
整套生產(chǎn)信息管理集成系統采用三級網(wǎng)絡(luò )化結構體系，由一套集團中心主站系統、若干智能監控子站系統和眾多的智能遠方終端組成。中心主站系統采用雙網(wǎng)、雙服務(wù)器、雙工作站等的全冗余配置，設置專(zhuān)用配網(wǎng)工作站、生產(chǎn)井工作站、集輸管線(xiàn)工作站、站庫工作站，并經(jīng)Web服務(wù)器與集團MIS系統相連。在中心主站系統，建立一套衛星授時(shí)系統，自中心主站到配網(wǎng)子站、再到各遠方終端，實(shí)行全網(wǎng)統一時(shí)鐘。其中，專(zhuān)用配網(wǎng)工作站作為10kV電力線(xiàn)路配電自動(dòng)化系統的信息管理、查詢(xún)、指導中心，承擔各配網(wǎng)子站系統即采油廠(chǎng)的轉發(fā)信息處理及各種統計、管理、高級應用等任務(wù)。
每套“電力線(xiàn)配電自動(dòng)化子系統”則采用集散型二級網(wǎng)絡(luò )化結構設計，由位于各采油廠(chǎng)信通分中心的配網(wǎng)子站系統和分散安裝于各條線(xiàn)路的遠方終端（FTU、TTU）、配電智能開(kāi)關(guān)、通訊設備組成。配網(wǎng)子站系統專(zhuān)用于該采油廠(chǎng)的10kV電力線(xiàn)路配網(wǎng)遠方終端數據采集、信息轉發(fā)，管轄范圍內的線(xiàn)路故障自動(dòng)診斷、隔離、恢復送電，以及各種信息統計、報表、GIS功能，并具有與相關(guān)聯(lián)變電站自動(dòng)化系統的通信接口；配網(wǎng)自動(dòng)化遠方終端包括配電智能開(kāi)關(guān)監控終端FTU、配電變壓器監測終端TTU。
3.1  配電遠方終端
配電遠方終端為DAT-1系列配電終端[1]，該系列終端按照分布式模塊化設計思想，綜合分析配電網(wǎng)對信息采集和控制的要求，能方便地實(shí)現對環(huán)網(wǎng)柜、柱上開(kāi)關(guān)、配變變壓器、電容器等一次設備的實(shí)時(shí)監控?？梢圆杉銐蚨嗟膶?shí)時(shí)運行數據并對其進(jìn)行處理及分析，從而使配網(wǎng)子站能隨時(shí)監視配網(wǎng)運行情況并作出正確的決策，同時(shí)可以通過(guò)遙控命令對配電網(wǎng)進(jìn)行必要的調度操作，從而縮短故障處理時(shí)間和降低勞動(dòng)強度。其主要特點(diǎn)有：① 采用先進(jìn)的CPU+DSP+EDA設計技術(shù)；② 具有單相接地故障檢測功能；③ 柱上DAT-1P型FTU具有同桿架設多線(xiàn)路配置功能；④ 適應多種遙測量輸入接口電路配置；⑤ 采用單FLASH芯片的信息記錄盒技術(shù)（黑匣子），便于實(shí)現電能質(zhì)量分析、事故后故障分析、裝置故障分析、一次設備開(kāi)關(guān)壽命分析；⑥ 具有遠程設置和維護功能；⑦ 多種集成通信接口，具備重要信息主動(dòng)上發(fā)功能；⑧ 提供交直流多種不同電壓等級的工作電源接口；⑨ 免維護蓄電池組+均充/浮充可控制的充電技術(shù)；⑩ 背插式插件結構，具有電磁兼容性，表面貼裝工藝，不銹鋼外殼，出線(xiàn)靈活。
3.2  配網(wǎng)子站系統 

圖1  配網(wǎng)子站系統結構示意圖

配網(wǎng)子站選用ON2000一體化配網(wǎng)綜合調度自動(dòng)化系統[2]，每套子站系統是小型或中型的配電網(wǎng)自動(dòng)化監控中心，采用緊湊型配置，除數據庫/GIS服務(wù)器、前置機為冗余配置外，其余均為單機配置。各配網(wǎng)子站系統采用中高檔PC服務(wù)器，所有工作站為中高檔PC機；操作系統為Unix和Windows混合平臺，數據庫為SQL Server 2000。ON2000系統的組成結構示意圖見(jiàn)圖1，該系統在組成結構上其突出之處可概括為：三個(gè)網(wǎng)段，兩個(gè)運行平臺。
(1)  三個(gè)網(wǎng)段
①  實(shí)時(shí)數據網(wǎng)絡(luò )
該網(wǎng)段采用雙網(wǎng)結構，組成基于可靠聯(lián)接的平衡分流的網(wǎng)絡(luò )子系統，以適應實(shí)時(shí)數據網(wǎng)段數據流量大的特點(diǎn)，主要用于實(shí)現系統服務(wù)器、工作站、前置機之間的快速數據交換。
②  管理數據網(wǎng)絡(luò )
該網(wǎng)段為非實(shí)時(shí)網(wǎng)段，主要借鑒IEC61968配網(wǎng)管理系統接口設計，對數據的獲取是通過(guò)請求實(shí)現。
③  數據采集網(wǎng)絡(luò )
該網(wǎng)段是一獨立的10M/100M自適應網(wǎng)段，該網(wǎng)段通過(guò)掛接終端服務(wù)器映射為多組串口，再經(jīng)通信介質(zhì)完成與遠方終端（FTU，TTU）的聯(lián)絡(luò )。其優(yōu)點(diǎn)是：數據采集開(kāi)放性及可擴充性好；同時(shí)與實(shí)時(shí)數據網(wǎng)絡(luò )隔離，減輕了實(shí)時(shí)數據網(wǎng)絡(luò )負載，數據傳輸實(shí)時(shí)性更高，系統安全性、可靠性更高。
(2)  兩個(gè)運行平臺
①  實(shí)時(shí)運行平臺
該平臺主要針對應用功能在內部進(jìn)行集成。ON2000系統在計算機硬件支撐平臺和操作系統軟件平臺基礎上，主要包括5個(gè)子系統：網(wǎng)絡(luò )子系統、實(shí)時(shí)數據庫子系統、歷史數據庫子系統、人機界面子系統、報表子系統。這5個(gè)子系統相互配合，用來(lái)實(shí)現7個(gè)應用：數據采集系統、數據庫服務(wù)、饋線(xiàn)自動(dòng)化（FA）、電能量計費（PBS）、地理信息系統（GIS）、調度自動(dòng)化系統（SCADA）。目的是對配電網(wǎng)進(jìn)行監視和控制，保證電網(wǎng)可靠、安全、經(jīng)濟運行。
②  調度及配網(wǎng)管理運行平臺
該平臺的構造主要參照IEC61968配電管理系統接口規范。主要實(shí)現應用之間的集成，使得不同的子系統（如配電管理、設備管理、故障投訴、停電管理、運行分析等），雖然在運行環(huán)境、編程語(yǔ)言、實(shí)現方式上有差異，但只要遵循IEC61968接口規范，就能進(jìn)行信息的無(wú)縫接口，非常方便所需功能的靈活擴展。目的在于提高企業(yè)的管理自動(dòng)化水平，提高工作效率，改善對用戶(hù)的服務(wù)。
3.3  通信方案選擇
在配網(wǎng)自動(dòng)化系統中，數據通道是實(shí)現數據傳輸的關(guān)鍵。它直接影響系統的可靠性，電力系統常采用的通信手段有光纖通信、電力線(xiàn)載波通信、無(wú)線(xiàn)電臺通信、擴頻通信、電話(huà)撥號等多種通信方式，就應用于電力線(xiàn)路配網(wǎng)自動(dòng)化而言，遠方終端的接入采用光纖通信成本太高，尤其遠距離施工價(jià)格昂貴；電力載波通信設備成熟、安裝調試簡(jiǎn)便、通信距離長(cháng)、速率低、投資小，特別在通信業(yè)務(wù)量較小時(shí)更顯其優(yōu)越性，而當電力線(xiàn)路故障或停電檢修時(shí)，載波通信將受到中斷影響，易受干擾和電網(wǎng)波動(dòng)影響，誤碼率高；無(wú)線(xiàn)電臺通信，成本較低，具有較強的抗干擾能力，通信穩定性較好，數據傳輸速率低，且此速率用于配電網(wǎng)終端的信息傳輸已完全滿(mǎn)足要求，采用一點(diǎn)多址和中繼方式，能覆蓋幾十到上百公里范圍，此方式是一種較好解決諸如油田、港口等大型企業(yè)配電網(wǎng)通信的手段。另外，無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)如GSM通信、GPRS通信的發(fā)展，在電力通信系統建設中亦將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。利用手機短消息能很方便的傳送實(shí)時(shí)性不很強的信息，如：告警信息，配變運行監測狀況。因短信發(fā)送/接收走的是控制信道，不是話(huà)音信道，在數據的雙向傳輸上存在延時(shí)問(wèn)題，依賴(lài)網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際運行情況表現出相對的不穩定性，應用時(shí)必須從技術(shù)手段上加以改進(jìn)。
基于上述分析，通信方案最后選定為配電遠方終端FTU通過(guò)無(wú)線(xiàn)電臺或電力線(xiàn)載波技術(shù)接入到配網(wǎng)子站系統，此種方式結構靈活，可擴充性強，容易安裝調試，且運行維護工作量小。而TTU則通過(guò)基于手機短消息方式的無(wú)線(xiàn)信息通信，各配網(wǎng)子站與中心主站專(zhuān)用配網(wǎng)工作站的通信則通過(guò)已有的光纖局域網(wǎng)接入。同時(shí)，針對油田此次信息整合，為了較好的解決短信延時(shí)問(wèn)題，特在移動(dòng)短信中心設立了一臺專(zhuān)用短信網(wǎng)關(guān)，各TTU終端的信息發(fā)送通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式（移動(dòng)的空中信道），而配網(wǎng)子站與短信中心的信息獲取則通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)方式，這種應用方式下表現的結果是非常穩定和可靠的，時(shí)延非常?。?到3秒），完全可以滿(mǎn)足電力行業(yè)的需要。另外，針對長(cháng)期短信服務(wù)，已與當地移動(dòng)通信服務(wù)商達成了很好的付費協(xié)議。
4  配網(wǎng)子站主要應用功能
配網(wǎng)子站主要應用功能有：
(1)  SCADA功能(Supervisory Control And Data Acqusition，SCADA)
主要包括：遠方終端（FTU、TTU）實(shí)時(shí)數據采集、傳輸、處理、顯示，告警處理，曲線(xiàn)顯示，歷史數據處理，電網(wǎng)調度控制，事故追憶，報表顯示與打印，系統時(shí)鐘，系統安全策略，多媒體集成，通信服務(wù)，網(wǎng)絡(luò )拓撲著(zhù)色。
(2)  饋線(xiàn)自動(dòng)化(Feeder Automation，FA)
該功能主要有：故障自動(dòng)檢測與識別；故障自動(dòng)定位與故障區段自動(dòng)隔離；網(wǎng)絡(luò )重構，快速恢復非故障區的供電；饋線(xiàn)正常運行狀態(tài)檢測；正常計
劃切換操作；無(wú)功補償電容器投切控制及統計分析。
(3)  線(xiàn)路運行管理功能（Distribution Management System，DMS）
該功能主要有：指標管理如線(xiàn)損分析與管理、供電可靠率分析與管理；圖形及數據維護；信息查詢(xún)與統計；運行分析如運行方式分析、配變負載率分析、事故預演或重演；停電管理；用戶(hù)電話(huà)受理；工作票單管理；安全管理；設備維護與檢修管理；Web發(fā)布等。
(4)  電能量計費（Power Business System，PBS）
主要包括：電能量采集、線(xiàn)損計算、報表統計、分類(lèi)電費匯總分析、竊電監測等。
(5)  地理信息系統（Geographic Information System，GIS）
GIS主要功能有：實(shí)時(shí)地理信息顯示功能；網(wǎng)絡(luò )拓撲與著(zhù)色；多種統計維護功能；圖形數據、屬性數據錄入和維護，全局或局部工程圖紙輸出；區域查詢(xún)與統計，分類(lèi)查詢(xún)與統計。
(6)  高級分析軟件（Power Advanced Software，PAS）
主要有：網(wǎng)絡(luò )建模、狀態(tài)估計、網(wǎng)絡(luò )拓撲、負荷預報、無(wú)功優(yōu)化控制。
5  結語(yǔ)
油田的持續穩定發(fā)展，很大程度上取決于先進(jìn)的實(shí)用技術(shù)的推廣?？梢灶A見(jiàn)，通過(guò)生產(chǎn)管理信息集成系統的建設，建立起該子系統與其它三個(gè)子系統聯(lián)動(dòng)效應，將會(huì )帶來(lái)很大的系統集成效益。當電力線(xiàn)路發(fā)生的故障排除后，聯(lián)動(dòng)功能將及時(shí)開(kāi)啟受線(xiàn)路故障影響的油井，縮短油井因失電造成的停產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)減少了管理維護人員的工作量，帶來(lái)廣泛的經(jīng)濟和社會(huì )效益。

參考文獻：
[1]  DAT-1系列配電自動(dòng)化終端技術(shù)說(shuō)明書(shū)[Z]. 國電自動(dòng)化研究院農村電氣化研究所/北京南瑞系統控制有限公司.
[2]  ON2000一體化配網(wǎng)綜合調度自動(dòng)化系統技術(shù)說(shuō)明書(shū)[Z].國電自動(dòng)化研究院農村電氣化研究所/北京南瑞系統控制有限公司.