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沈昌國

1  引言
隨著網(wǎng)絡(luò)化時代的到來及信息化建設(shè)的進一步發(fā)展和拓寬，向信息技術(shù)要效益、要速度成為我國石油開發(fā)的主要發(fā)展方向和戰(zhàn)略手段。如何保證油田電力線路的正常運行和降低用電成本，在油田生產(chǎn)經(jīng)營管理過程中占有極其重要的地位。本文首先簡要分析了我國北方某油田10kV電力線路現(xiàn)狀及存在問題，在此基礎(chǔ)上，較全面介紹了“電力線配電自動化子系統(tǒng)”的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和主要應(yīng)用功能，通過該設(shè)計方案的實施，不僅有效保證了電力線路的正常運行監(jiān)測、及時準確定位故障位置和恢復(fù)供電，而且最大限度地降低了電力線路損耗，達到了降低用電成本的目標。同時，通過實現(xiàn)線路的自動、優(yōu)化、高效運行，減輕了勞動強度，提高了經(jīng)濟效益。
近幾年，該油田加大了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，所有三級單位（管理局、采油廠、生產(chǎn)大隊）已全部連入油田內(nèi)部局域網(wǎng)，整個油田主干網(wǎng)絡(luò)整體性能已由百兆升級到千兆，使得內(nèi)部信息的傳遞更加通暢。為了進一步加強生產(chǎn)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，實現(xiàn)信息共享，由油田信息通訊管理服務(wù)中心（簡稱信通中心）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(tǒng)方案出臺，該方案按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫”的建設(shè)原則，于2001年下半年開始分階段實施，該集成系統(tǒng)主要包括“電力線路配電自動化子系統(tǒng)”、“生產(chǎn)井（油井、氣井、注水井）遠程監(jiān)控子系統(tǒng)”、“集輸管線（輸油、輸氣、注水）監(jiān)控子系統(tǒng)”、“站庫（集油庫、集氣站、注水站）智能生產(chǎn)管理子系統(tǒng)”四大部分，旨在將油田的井、站、管線和電力線路的所有源頭數(shù)據(jù)自動加載到集團中心數(shù)據(jù)庫，為各管理部門提供開放的數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)的遠程管理和調(diào)度監(jiān)控，最大限度發(fā)揮系統(tǒng)集成效益。
2  電力線路現(xiàn)狀及存在問題
該油田所屬10kV電壓等級以上的線路及所有的變電站（含開閉所）由油田供電公司集中統(tǒng)一管理，且均已配置了微機自動監(jiān)控系統(tǒng)；而10kV電力線路則分別歸所在區(qū)域的各采油廠分散管理。這些10kV線路，僅有少部分線路配置了自動采集和監(jiān)控設(shè)備，并實現(xiàn)了雙電源供電，而大部分線路運行了十幾年以上，由于油田的持續(xù)開發(fā)，覆蓋半徑加大，造成現(xiàn)有10kV線路結(jié)構(gòu)布局不合理，部分線路負荷重、故障頻繁，由此引發(fā)了許多問題。
(1)  由于線路布局不合理、部分線路負荷重、設(shè)備老化嚴重，造成10kV線路運行損耗大，線路跳閘事故時有發(fā)生，嚴重影響了油井生產(chǎn)。
(2)  當10kV線路發(fā)生故障時，不能快速有效的選擇、查找事故點，以致造成事故的擴大、停電時間過長。
(3)  通過對所有線路跳閘的種類、事故原因進行了全面的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)造成線路事故頻發(fā)的重要原因有近98%發(fā)生在線路的分支線上，由于線路是一條完整的網(wǎng)絡(luò)，因此，一個支線故障或一臺變壓器發(fā)生故障，都要殃及全線跳閘斷電，造成全線停電停產(chǎn)。
(4)  線路調(diào)度運行靈活性差，不能實時對配電線路的運行狀況進行監(jiān)控和管理，造成10kV線路被一些不法分子盜竊、破壞，嚴重影響了線路的安全運行。
(5)  由于現(xiàn)行廣泛應(yīng)用的故障處理方法，無法及時準確確定事故地點，都是根據(jù)事故上報情況對線路逐桿、逐基的檢查，使事故處理時間延長，導(dǎo)致生產(chǎn)井停井時間延長，從而嚴重影響了各采油廠原油的正常生產(chǎn)時間。
因此，利用信息技術(shù)改造現(xiàn)行電力線路運行監(jiān)控管理模式勢在必行。
3  總體結(jié)構(gòu)
整套生產(chǎn)信息管理集成系統(tǒng)采用三級網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)體系，由一套集團中心主站系統(tǒng)、若干智能監(jiān)控子站系統(tǒng)和眾多的智能遠方終端組成。中心主站系統(tǒng)采用雙網(wǎng)、雙服務(wù)器、雙工作站等的全冗余配置，設(shè)置專用配網(wǎng)工作站、生產(chǎn)井工作站、集輸管線工作站、站庫工作站，并經(jīng)Web服務(wù)器與集團MIS系統(tǒng)相連。在中心主站系統(tǒng)，建立一套衛(wèi)星授時系統(tǒng)，自中心主站到配網(wǎng)子站、再到各遠方終端，實行全網(wǎng)統(tǒng)一時鐘。其中，專用配網(wǎng)工作站作為10kV電力線路配電自動化系統(tǒng)的信息管理、查詢、指導(dǎo)中心，承擔(dān)各配網(wǎng)子站系統(tǒng)即采油廠的轉(zhuǎn)發(fā)信息處理及各種統(tǒng)計、管理、高級應(yīng)用等任務(wù)。
每套“電力線配電自動化子系統(tǒng)”則采用集散型二級網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，由位于各采油廠信通分中心的配網(wǎng)子站系統(tǒng)和分散安裝于各條線路的遠方終端（FTU、TTU）、配電智能開關(guān)、通訊設(shè)備組成。配網(wǎng)子站系統(tǒng)專用于該采油廠的10kV電力線路配網(wǎng)遠方終端數(shù)據(jù)采集、信息轉(zhuǎn)發(fā)，管轄范圍內(nèi)的線路故障自動診斷、隔離、恢復(fù)送電，以及各種信息統(tǒng)計、報表、GIS功能，并具有與相關(guān)聯(lián)變電站自動化系統(tǒng)的通信接口；配網(wǎng)自動化遠方終端包括配電智能開關(guān)監(jiān)控終端FTU、配電變壓器監(jiān)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(shè)計思想，綜合分析配電網(wǎng)對信息采集和控制的要求，能方便地實現(xiàn)對環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、配變變壓器、電容器等一次設(shè)備的實時監(jiān)控。可以采集足夠多的實時運行數(shù)據(jù)并對其進行處理及分析，從而使配網(wǎng)子站能隨時監(jiān)視配網(wǎng)運行情況并作出正確的決策，同時可以通過遙控命令對配電網(wǎng)進行必要的調(diào)度操作，從而縮短故障處理時間和降低勞動強度。其主要特點有：① 采用先進的CPU+DSP+EDA設(shè)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(shè)多線路配置功能；④ 適應(yīng)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），便于實現(xiàn)電能質(zhì)量分析、事故后故障分析、裝置故障分析、一次設(shè)備開關(guān)壽命分析；⑥ 具有遠程設(shè)置和維護功能；⑦ 多種集成通信接口，具備重要信息主動上發(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(jié)構(gòu)，具有電磁兼容性，表面貼裝工藝，不銹鋼外殼，出線靈活。
3.2  配網(wǎng)子站系統(tǒng) 

圖1  配網(wǎng)子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

配網(wǎng)子站選用ON2000一體化配網(wǎng)綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)[2]，每套子站系統(tǒng)是小型或中型的配電網(wǎng)自動化監(jiān)控中心，采用緊湊型配置，除數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)為Unix和Windows混合平臺，數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2000。ON2000系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，該系統(tǒng)在組成結(jié)構(gòu)上其突出之處可概括為：三個網(wǎng)段，兩個運行平臺。
(1)  三個網(wǎng)段
①  實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)
該網(wǎng)段采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，組成基于可靠聯(lián)接的平衡分流的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，以適應(yīng)實時數(shù)據(jù)網(wǎng)段數(shù)據(jù)流量大的特點，主要用于實現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)器、工作站、前置機之間的快速數(shù)據(jù)交換。
②  管理數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)
該網(wǎng)段為非實時網(wǎng)段，主要借鑒IEC61968配網(wǎng)管理系統(tǒng)接口設(shè)計，對數(shù)據(jù)的獲取是通過請求實現(xiàn)。
③  數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)
該網(wǎng)段是一獨立的10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)段，該網(wǎng)段通過掛接終端服務(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)點是：數(shù)據(jù)采集開放性及可擴充性好；同時與實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)隔離，減輕了實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載，數(shù)據(jù)傳輸實時性更高，系統(tǒng)安全性、可靠性更高。
(2)  兩個運行平臺
①  實時運行平臺
該平臺主要針對應(yīng)用功能在內(nèi)部進行集成。ON2000系統(tǒng)在計算機硬件支撐平臺和操作系統(tǒng)軟件平臺基礎(chǔ)上，主要包括5個子系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、人機界面子系統(tǒng)、報表子系統(tǒng)。這5個子系統(tǒng)相互配合，用來實現(xiàn)7個應(yīng)用：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、饋線自動化（FA）、電能量計費（PBS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、調(diào)度自動化系統(tǒng)（SCADA）。目的是對配電網(wǎng)進行監(jiān)視和控制，保證電網(wǎng)可靠、安全、經(jīng)濟運行。
②  調(diào)度及配網(wǎng)管理運行平臺
該平臺的構(gòu)造主要參照IEC61968配電管理系統(tǒng)接口規(guī)范。主要實現(xiàn)應(yīng)用之間的集成，使得不同的子系統(tǒng)（如配電管理、設(shè)備管理、故障投訴、停電管理、運行分析等），雖然在運行環(huán)境、編程語言、實現(xiàn)方式上有差異，但只要遵循IEC61968接口規(guī)范，就能進行信息的無縫接口，非常方便所需功能的靈活擴展。目的在于提高企業(yè)的管理自動化水平，提高工作效率，改善對用戶的服務(wù)。
3.3  通信方案選擇
在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通道是實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。它直接影響系統(tǒng)的可靠性，電力系統(tǒng)常采用的通信手段有光纖通信、電力線載波通信、無線電臺通信、擴頻通信、電話撥號等多種通信方式，就應(yīng)用于電力線路配網(wǎng)自動化而言，遠方終端的接入采用光纖通信成本太高，尤其遠距離施工價格昂貴；電力載波通信設(shè)備成熟、安裝調(diào)試簡便、通信距離長、速率低、投資小，特別在通信業(yè)務(wù)量較小時更顯其優(yōu)越性，而當電力線路故障或停電檢修時，載波通信將受到中斷影響，易受干擾和電網(wǎng)波動影響，誤碼率高；無線電臺通信，成本較低，具有較強的抗干擾能力，通信穩(wěn)定性較好，數(shù)據(jù)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足要求，采用一點多址和中繼方式，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，無線移動通信技術(shù)如GSM通信、GPRS通信的發(fā)展，在電力通信系統(tǒng)建設(shè)中亦將發(fā)揮越來越重要的作用。利用手機短消息能很方便的傳送實時性不很強的信息，如：告警信息，配變運行監(jiān)測狀況。因短信發(fā)送/接收走的是控制信道，不是話音信道，在數(shù)據(jù)的雙向傳輸上存在延時問題，依賴網(wǎng)絡(luò)的實際運行情況表現(xiàn)出相對的不穩(wěn)定性，應(yīng)用時必須從技術(shù)手段上加以改進。
基于上述分析，通信方案最后選定為配電遠方終端FTU通過無線電臺或電力線載波技術(shù)接入到配網(wǎng)子站系統(tǒng)，此種方式結(jié)構(gòu)靈活，可擴充性強，容易安裝調(diào)試，且運行維護工作量小。而TTU則通過基于手機短消息方式的無線信息通信，各配網(wǎng)子站與中心主站專用配網(wǎng)工作站的通信則通過已有的光纖局域網(wǎng)接入。同時，針對油田此次信息整合，為了較好的解決短信延時問題，特在移動短信中心設(shè)立了一臺專用短信網(wǎng)關(guān)，各TTU終端的信息發(fā)送通過無線方式（移動的空中信道），而配網(wǎng)子站與短信中心的信息獲取則通過專線方式，這種應(yīng)用方式下表現(xiàn)的結(jié)果是非常穩(wěn)定和可靠的，時延非常小（1到3秒），完全可以滿足電力行業(yè)的需要。另外，針對長期短信服務(wù)，已與當?shù)匾苿油ㄐ欧?wù)商達成了很好的付費協(xié)議。
4  配網(wǎng)子站主要應(yīng)用功能
配網(wǎng)子站主要應(yīng)用功能有：
(1)  SCADA功能(Supervisory Control And Data Acqusition，SCADA)
主要包括：遠方終端（FTU、TTU）實時數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、顯示，告警處理，曲線顯示，歷史數(shù)據(jù)處理，電網(wǎng)調(diào)度控制，事故追憶，報表顯示與打印，系統(tǒng)時鐘，系統(tǒng)安全策略，多媒體集成，通信服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)拓撲著色。
(2)  饋線自動化(Feeder Automation，F(xiàn)A)
該功能主要有：故障自動檢測與識別；故障自動定位與故障區(qū)段自動隔離；網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，快速恢復(fù)非故障區(qū)的供電；饋線正常運行狀態(tài)檢測；正常計
劃切換操作；無功補償電容器投切控制及統(tǒng)計分析。
(3)  線路運行管理功能（Distribution Management System，DMS）
該功能主要有：指標管理如線損分析與管理、供電可靠率分析與管理；圖形及數(shù)據(jù)維護；信息查詢與統(tǒng)計；運行分析如運行方式分析、配變負載率分析、事故預(yù)演或重演；停電管理；用戶電話受理；工作票單管理；安全管理；設(shè)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、線損計算、報表統(tǒng)計、分類電費匯總分析、竊電監(jiān)測等。
(5)  地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）
GIS主要功能有：實時地理信息顯示功能；網(wǎng)絡(luò)拓撲與著色；多種統(tǒng)計維護功能；圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)錄入和維護，全局或局部工程圖紙輸出；區(qū)域查詢與統(tǒng)計，分類查詢與統(tǒng)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(yù)報、無功優(yōu)化控制。
5  結(jié)語
油田的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，很大程度上取決于先進的實用技術(shù)的推廣。可以預(yù)見，通過生產(chǎn)管理信息集成系統(tǒng)的建設(shè)，建立起該子系統(tǒng)與其它三個子系統(tǒng)聯(lián)動效應(yīng)，將會帶來很大的系統(tǒng)集成效益。當電力線路發(fā)生的故障排除后，聯(lián)動功能將及時開啟受線路故障影響的油井，縮短油井因失電造成的停產(chǎn)時間，同時減少了管理維護人員的工作量，帶來廣泛的經(jīng)濟和社會效益。

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