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沈昌國

1  引言
隨著網絡化時代的到來及信息化建設的進一步發展和拓寬，向信息技術要效益、要速度成為我國石油開發的主要發展方向和戰略手段。如何保證油田電力線路的正常運行和降低用電成本，在油田生產經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電力線路現狀及存在問題，在此基礎上，較全面介紹了“電力線配電自動化子系統”的系統總體結構和主要應用功能，通過該設計方案的實施，不僅有效保證了電力線路的正常運行監測、及時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路損耗，達到了降低用電成本的目標。同時，通過實現線路的自動、優化、高效運行，減輕了勞動強度，提高了經濟效益。
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、生產大隊）已全部連入油田內部局域網，整個油田主干網絡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。為了進一步加強生產現場實時數據監控，實現信息共享，由油田信息通訊管理服務中心（簡稱信通中心）牽頭，各二級采油單位共同參與的企業生產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年下半年開始分階段實施，該集成系統主要包括“電力線路配電自動化子系統”、“生產井（油井、氣井、注水井）遠程監控子系統”、“集輸管線（輸油、輸氣、注水）監控子系統”、“站庫（集油庫、集氣站、注水站）智能生產管理子系統”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據自動加載到集團中心數據庫，為各管理部門提供開放的數據平臺，實現生產的遠程管理和調度監控，最大限度發揮系統集成效益。
2  電力線路現狀及存在問題
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一管理，且均已配置了微機自動監控系統；而10kV電力線路則分別歸所在區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控設備，并實現了雙電源供電，而大部分線路運行了十幾年以上，由于油田的持續開發，覆蓋半徑加大，造成現有10kV線路結構布局不合理，部分線路負荷重、故障頻繁，由此引發了許多問題。
(1)  由于線路布局不合理、部分線路負荷重、設備老化嚴重，造成10kV線路運行損耗大，線路跳閘事故時有發生，嚴重影響了油井生產。
(2)  當10kV線路發生故障時，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計分析，發現造成線路事故頻發的重要原因有近98%發生在線路的分支線上，由于線路是一條完整的網絡，因此，一個支線故障或一臺變壓器發生故障，都要殃及全線跳閘斷電，造成全線停電停產。
(4)  線路調度運行靈活性差，不能實時對配電線路的運行狀況進行監控和管理，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)  由于現行廣泛應用的故障處理方法，無法及時準確確定事故地點，都是根據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，導致生產井停井時間延長，從而嚴重影響了各采油廠原油的正常生產時間。
因此，利用信息技術改造現行電力線路運行監控管理模式勢在必行。
3  總體結構
整套生產信息管理集成系統采用三級網絡化結構體系，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、雙服務器、雙工作站等的全冗余配置，設置專用配網工作站、生產井工作站、集輸管線工作站、站庫工作站，并經Web服務器與集團MIS系統相連。在中心主站系統，建立一套衛星授時系統，自中心主站到配網子站、再到各遠方終端，實行全網統一時鐘。其中，專用配網工作站作為10kV電力線路配電自動化系統的信息管理、查詢、指導中心，承擔各配網子站系統即采油廠的轉發信息處理及各種統計、管理、高級應用等任務。
每套“電力線配電自動化子系統”則采用集散型二級網絡化結構設計，由位于各采油廠信通分中心的配網子站系統和分散安裝于各條線路的遠方終端（FTU、TTU）、配電智能開關、通訊設備組成。配網子站系統專用于該采油廠的10kV電力線路配網遠方終端數據采集、信息轉發，管轄范圍內的線路故障自動診斷、隔離、恢復送電，以及各種信息統計、報表、GIS功能，并具有與相關聯變電站自動化系統的通信接口；配網自動化遠方終端包括配電智能開關監控終端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，綜合分析配電網對信息采集和控制的要求，能方便地實現對環網柜、柱上開關、配變變壓器、電容器等一次設備的實時監控。可以采集足夠多的實時運行數據并對其進行處理及分析，從而使配網子站能隨時監視配網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進行必要的調度操作，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設計技術；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（黑匣子），便于實現電能質量分析、事故后故障分析、裝置故障分析、一次設備開關壽命分析；⑥ 具有遠程設置和維護功能；⑦ 多種集成通信接口，具備重要信息主動上發功能；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；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，出線靈活。
3.2  配網子站系統 

圖1  配網子站系統結構示意圖

配網子站選用ON2000一體化配網綜合調度自動化系統[2]，每套子站系統是小型或中型的配電網自動化監控中心，采用緊湊型配置，除數據庫/GIS服務器、前置機為冗余配置外，其余均為單機配置。各配網子站系統采用中高檔PC服務器，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圖1，該系統在組成結構上其突出之處可概括為：三個網段，兩個運行平臺。
(1)  三個網段
①  實時數據網絡
該網段采用雙網結構，組成基于可靠聯接的平衡分流的網絡子系統，以適應實時數據網段數據流量大的特點，主要用于實現系統服務器、工作站、前置機之間的快速數據交換。
②  管理數據網絡
該網段為非實時網段，主要借鑒IEC61968配網管理系統接口設計，對數據的獲取是通過請求實現。
③  數據采集網絡
該網段是一獨立的10M/100M自適應網段，該網段通過掛接終端服務器映射為多組串口，再經通信介質完成與遠方終端（FTU，TTU）的聯絡。其優點是：數據采集開放性及可擴充性好；同時與實時數據網絡隔離，減輕了實時數據網絡負載，數據傳輸實時性更高，系統安全性、可靠性更高。
(2)  兩個運行平臺
①  實時運行平臺
該平臺主要針對應用功能在內部進行集成。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個子系統：網絡子系統、實時數據庫子系統、歷史數據庫子系統、人機界面子系統、報表子系統。這5個子系統相互配合，用來實現7個應用：數據采集系統、數據庫服務、饋線自動化（FA）、電能量計費（PBS）、地理信息系統（GIS）、調度自動化系統（SCADA）。目的是對配電網進行監視和控制，保證電網可靠、安全、經濟運行。
②  調度及配網管理運行平臺
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），雖然在運行環境、編程語言、實現方式上有差異，但只要遵循IEC61968接口規范，就能進行信息的無縫接口，非常方便所需功能的靈活擴展。目的在于提高企業的管理自動化水平，提高工作效率，改善對用戶的服務。
3.3  通信方案選擇
在配網自動化系統中，數據通道是實現數據傳輸的關鍵。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，就應用于電力線路配網自動化而言，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；電力載波通信設備成熟、安裝調試簡便、通信距離長、速率低、投資小，特別在通信業務量較小時更顯其優越性，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，通信穩定性較好，數據傳輸速率低，且此速率用于配電網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、港口等大型企業配電網通信的手段。另外，無線移動通信技術如GSM通信、GPRS通信的發展，在電力通信系統建設中亦將發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，配變運行監測狀況。因短信發送/接收走的是控制信道，不是話音信道，在數據的雙向傳輸上存在延時問題，依賴網絡的實際運行情況表現出相對的不穩定性，應用時必須從技術手段上加以改進。
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接入到配網子站系統，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則通過基于手機短消息方式的無線信息通信，各配網子站與中心主站專用配網工作站的通信則通過已有的光纖局域網接入。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立了一臺專用短信網關，各TTU終端的信息發送通過無線方式（移動的空中信道），而配網子站與短信中心的信息獲取則通過專線方式，這種應用方式下表現的結果是非常穩定和可靠的，時延非常小（1到3秒），完全可以滿足電力行業的需要。另外，針對長期短信服務，已與當地移動通信服務商達成了很好的付費協議。
4  配網子站主要應用功能
配網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）實時數據采集、傳輸、處理、顯示，告警處理，曲線顯示，歷史數據處理，電網調度控制，事故追憶，報表顯示與打印，系統時鐘，系統安全策略，多媒體集成，通信服務，網絡拓撲著色。
(2)  饋線自動化(Feeder Automation，FA)
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段自動隔離；網絡重構，快速恢復非故障區的供電；饋線正常運行狀態檢測；正常計
劃切換操作；無功補償電容器投切控制及統計分析。
(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；圖形及數據維護；信息查詢與統計；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；用戶電話受理；工作票單管理；安全管理；設備維護與檢修管理；Web發布等。
(4)  電能量計費（Power Business System，PBS）
主要包括：電能量采集、線損計算、報表統計、分類電費匯總分析、竊電監測等。
(5)  地理信息系統（Geographic Information System，GIS）
GIS主要功能有：實時地理信息顯示功能；網絡拓撲與著色；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；區域查詢與統計，分類查詢與統計。
(6)  高級分析軟件（Power Advanced Software，PAS）
主要有：網絡建模、狀態估計、網絡拓撲、負荷預報、無功優化控制。
5  結語
油田的持續穩定發展，很大程度上取決于先進的實用技術的推廣。可以預見，通過生產管理信息集成系統的建設，建立起該子系統與其它三個子系統聯動效應，將會帶來很大的系統集成效益。當電力線路發生的故障排除后，聯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時間，同時減少了管理維護人員的工作量，帶來廣泛的經濟和社會效益。

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