塔河油田電力調(diào)度數(shù)據(jù)遠傳輪臺縣基地電調(diào)室的通信方案設計

蒲 軍 李 杰

（中石化西北油田分公司，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841600）

新疆塔河油田位于塔克拉瑪干沙漠北部邊緣，主油區(qū)面積達600km2。塔河油田電管中心的各個變電站及輸配電線路分布在各采油區(qū)塊。油田電管中心通過組建光纖同步傳輸網(wǎng)絡，實現(xiàn)了變電站無人值守，電調(diào)自動化、視頻監(jiān)控和視頻會議等自動化系統(tǒng)。變電站無人值守的實現(xiàn)為單位節(jié)省了每變電站14人的人工成本。

隨著油田的生產(chǎn)發(fā)展和辦公優(yōu)化，需在距離油區(qū) 60km外的輪臺縣基地新建電調(diào)中心，使領導能全面及時的掌控塔河電網(wǎng)的電調(diào)數(shù)據(jù)，正確作出電網(wǎng)維護建設的決策。

1 塔河油田電管中心的同步光纖傳輸網(wǎng)絡（以下簡稱SDH網(wǎng)絡）簡介

1.1 組網(wǎng)目的

塔河油田電管中心的 SDH網(wǎng)絡的組建目的是實現(xiàn)變電站的無人值守，將變電站的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳電調(diào)中心，后期利用SDH網(wǎng)絡實現(xiàn)了遠程故障錄波系統(tǒng)、網(wǎng)絡電話、視頻會議等自動化系統(tǒng)。

1.2 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及性能分析

由于油田的變電站在地理位置上比較分散，同時從經(jīng)濟性上考慮，SDH網(wǎng)絡建設成樹形拓撲結(jié)構(gòu)。樹形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是建設光纖路徑少，比較經(jīng)濟。缺點是可靠性差，光纖網(wǎng)絡中某一點中斷，其下站點的通信業(yè)務中斷。因此，將來會根據(jù)站點的地理位置，新建部分光纜形成環(huán)網(wǎng)，配置保護業(yè)務，提高通信可靠性。

1.3 組網(wǎng)光傳輸設備

每個變電站的綜合自動化系統(tǒng)流量估算為12M，因此末端節(jié)點的光傳輸設備配置為 ZXMP-S200光端機（155M），樞紐節(jié)點的光傳輸設備配置為ZXMPS330光端機（622M）（光傳輸設備為中興廠家產(chǎn)品）。

2 輪臺縣電調(diào)中心節(jié)點網(wǎng)絡拓撲設計

2.1 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

SDH網(wǎng)絡有鏈型、星型、樹形結(jié)構(gòu)、環(huán)網(wǎng)等拓撲結(jié)構(gòu)。以上拓撲結(jié)構(gòu)中，環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性，同時構(gòu)建自愈環(huán)網(wǎng)，進一步提高可靠性。

自愈環(huán)網(wǎng)的優(yōu)點：某一條光纜出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)業(yè)務自動切換到另一條光纜。在將故障光纜搶修完好后，再投入運行，用戶基本感覺不到業(yè)務中斷。

因此將輪臺縣電調(diào)中心節(jié)點網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)設計為環(huán)網(wǎng)型，并配置自愈環(huán)網(wǎng)保護業(yè)務。

2.2 環(huán)網(wǎng)型拓撲結(jié)構(gòu)光纖路徑設計

根據(jù)輪臺縣電調(diào)中心與塔河油田的地理位置，設計建設兩條不同路徑的光纜，實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)（見圖 1）。

圖1 塔河油田電管中心SDH網(wǎng)絡拓撲圖

第一條光纜建設路徑：電力調(diào)度中心節(jié)點新建一條光纜到輪臺縣電調(diào)中心，光纜長60km。

第二條光纜建設路徑：雅克拉村節(jié)點新建一條光纜到輪臺縣電調(diào)中心，光纜長55km。

2.3 新建光纜的光衰計算及實測值

1）光纜的理論光衰計算

光路衰減=[光纜長度(km)×0.36]+[熔接次數(shù)×0.02]+[適配器連接次數(shù)×0.5]

第一條光纜理論衰減值估算為：[60×0.36]+[2×0.02]+[2×0.5]=22.6DB

第二條光纜理論衰減值估算為：[55×0.36]+[2×0.02]+[2×0.5]=20.8DB

2）光纜的實測值

用光時域反射測試儀（OTDR）對兩條光纜進行光衰耗測試，數(shù)據(jù)如下：

第一條光纜光衰耗：?23DB

第二條光纜光衰耗：?22DB

可以看出，兩條光纜的實測值和理論計算值相差不大，SDH網(wǎng)絡的光纖使用的衰耗極限值為?27DB，兩條光纜都在使用范圍內(nèi)。

3 SDH網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流分析

3.1 SDH網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)類型

聯(lián)合基地電調(diào)中心向輪臺縣基地電調(diào)中心傳遞的數(shù)據(jù)業(yè)務有：電調(diào)自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)、遠程故障錄波數(shù)據(jù)、變電站視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、視頻會議數(shù)據(jù)等。

3.2 SDH網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流的流量分析

1）電調(diào)自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)流分析

電調(diào)自動化數(shù)據(jù)由變電站的遙測值、遙信值和遙控值構(gòu)成，以上數(shù)據(jù)在配置為轉(zhuǎn)發(fā)表后通過遠動機進行上傳，采用IEC 104規(guī)約。

變電站的遙測信息有：斷路器間隔的母線電壓、頻率；電流、有功、無功和功率因素；變壓器的檔位和溫度；直流系統(tǒng)的電池組電壓、合母電壓、控母電壓和負載電流；低壓站用系統(tǒng)的電壓。

變電站的遙信信息有:斷路器位置、刀閘位置、電機儲能、保護動作等信號。

按照IEC 104規(guī)約，每個遙測量占2個字節(jié)，即16個比特；每個遙信占1個字節(jié)，即8個比特。以塔河油田九區(qū)變電站為例，共有135個遙測量，66個遙信量，那么該站一次上傳數(shù)據(jù)流量為

電調(diào)中心給變電站的下發(fā)數(shù)據(jù)為遙控量，每個遙控信息占2個字節(jié)，即16個比特，由于遙控信息只在電調(diào)室遙控操作才傳輸，且遙控操作一般在變電站后臺進行，因此其流量可以忽略。

2）遠程故障錄波數(shù)據(jù)流分析

（1）遠程錄波故障數(shù)據(jù)由遙測值、遙信值構(gòu)成。

（2）遙測信息由電壓、各斷路器間隔電流組成。

（3）遙信信息由各斷路器的位置信號和保護裝置動作節(jié)點組成。

同樣按照IEC 104規(guī)約，以塔河油田九區(qū)變電站的故障錄波為例，共有 82個遙測量，44個遙信量，那么該站一次上傳數(shù)據(jù)流量為：

3）變電站視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)流分析

以塔河油田的變電站配置2個720P的攝像頭考慮，單個攝像頭的數(shù)據(jù)傳輸帶寬為 2mb/s，那么共需要4mb/s。

4）視頻會議數(shù)據(jù)流分析

視頻會議根據(jù)單位需要，將設置 5個會場，1個會場放置視頻會議服務器，其余4個會場放置客戶端。輪臺縣電調(diào)中心作為客戶端會場，其帶寬理論計算見下（視頻碼流150K，音頻帶寬24K）。

上行帶寬=廣播視頻路數(shù)×視頻帶寬+音頻帶寬=1×150K+24K=174K=1.36mb/s

下行帶寬=接受視頻路數(shù)×視頻帶寬+音頻帶寬=1×150K+24K=174K=1.36mb/s

視頻會議共計需要2.72mb/s

5）綜合以上因素，單個變電站總的數(shù)據(jù)流量為

10個變電站總的數(shù)據(jù)流量為

由于SDH網(wǎng)的最小數(shù)據(jù)傳輸通道為2mb/s，因此需配置55條數(shù)據(jù)傳輸通道。

4 SDH網(wǎng)絡業(yè)務設計及光傳輸設備選型

4.1 SDH網(wǎng)絡業(yè)務設計

輪臺縣節(jié)點網(wǎng)絡業(yè)務配置有兩種方式：

1）輪臺縣節(jié)點網(wǎng)絡配置為虛擬局域網(wǎng)節(jié)點。該種方式存在以下缺點：①輪臺縣節(jié)點作為數(shù)據(jù)采集終端，需選擇足夠帶寬的ZXMP-S330光端機，成本較高；②網(wǎng)絡業(yè)務配置改動很大，即由以前的各變電站數(shù)據(jù)本地上裝后經(jīng)中間站點到聯(lián)合基地電調(diào)機房下發(fā)，改為各變電站數(shù)據(jù)本地上裝后經(jīng)中間站點到輪臺縣電調(diào)機房后下發(fā)，會導致各變電站通信中斷一定時間。

2）輪臺縣節(jié)點網(wǎng)絡配置點對點透傳以太網(wǎng)業(yè)務，通過連接聯(lián)合基地電調(diào)機房的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡去采集數(shù)據(jù)。該種方式克服了第一種方式缺點：①只需選擇帶寬小的網(wǎng)絡設備，如ZXMP-S200光端機，成本低；②即網(wǎng)絡業(yè)務配置改動小，只需配置2條從聯(lián)合基地電調(diào)機房數(shù)據(jù)上裝經(jīng)中間節(jié)點到輪臺縣基地電調(diào)機房下發(fā)的路徑，不影響變電站的通信。

因此，選擇開通兩條從聯(lián)合基地電調(diào)機房到輪臺縣電調(diào)機房的點對點透傳以太網(wǎng)業(yè)務，各分配帶寬110M。

4.2 新增輪臺節(jié)點網(wǎng)絡設備選型

開通兩條從聯(lián)合基地電調(diào)機房到輪臺縣電調(diào)機房的點對點透傳以太網(wǎng)業(yè)務，相關站點需增加的網(wǎng)絡設備為：

電調(diào)室機房 ZXMP-S330光端機設備需增加 1塊快速智能以太網(wǎng)板。

發(fā)送端3種狀態(tài)中均對應著同步機制,CGS狀態(tài)對應碼組(字節(jié))同步,ILAS狀態(tài)對應初始通道同步,DATA狀態(tài)則對應用戶數(shù)據(jù)傳輸過程中的幀/多幀同步。其中sync信號是接收端反饋給發(fā)送端的關于同步完成的指示信號。

雅克拉村變 ZXMP-S330光端機設備增加 1塊OL1.1光接口板。

輪臺新辦公大樓機房的網(wǎng)絡設備有3種方案可選：①一臺ZXMP-S200光端機傳輸設備和兩個交換機；②一臺多功能業(yè)務光端機和兩個交換機。

兩種方案的比較：ZXMP-S200光端機傳輸設備可靠性高，網(wǎng)絡傳輸速率為 155Mb/s；多功能業(yè)務光端機簡單實用，兼?zhèn)潆娫捁δ?，網(wǎng)絡傳輸速率為155Mb/s。為了達到可靠性，選擇用ZXMP-S200光端機傳輸設備主用，多功能業(yè)務光端機用作事故應急。

5 SDH網(wǎng)管系統(tǒng)業(yè)務配置

5.1 根據(jù)設計的SDH網(wǎng)絡方式為點對點透傳以太網(wǎng)業(yè)務，在網(wǎng)管系統(tǒng)配置步驟如下

1）新建網(wǎng)元參數(shù)設置

在網(wǎng)管系統(tǒng)新建網(wǎng)元：網(wǎng)元名稱為輪臺，網(wǎng)元地址為193.1.17.18，系統(tǒng)類型和設備類型均為ZXMPS200光端機，網(wǎng)元類型為ADM®，速率等級為STM-1。

圖2 新建網(wǎng)元

2）網(wǎng)管系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)傳輸路徑

聯(lián)合基地電力調(diào)度中心網(wǎng)元的智能以太網(wǎng)板—電力調(diào)度中心網(wǎng)元光板—索拉電站網(wǎng)元光板—布朗電站網(wǎng)元光板—雅克拉氣田網(wǎng)元光板—雅克拉村變網(wǎng)元光板—輪臺網(wǎng)元光板—輪臺網(wǎng)元以太網(wǎng)板。

圖3 傳輸路徑配置

聯(lián)合基地電調(diào)室網(wǎng)元的數(shù)據(jù)端口屬性開通用戶端口1和用戶端口2，靜態(tài)MAC地址配置選擇用戶端口 1、2和系統(tǒng)端口 1、2，通道組配置選擇開通的150個2M業(yè)務；LCAS配置的系統(tǒng)端口1占用55個2M業(yè)務，系統(tǒng)端口2占用55個2M業(yè)務，數(shù)據(jù)單板屬性選擇透傳模式。

圖4 以太網(wǎng)業(yè)務參數(shù)設置

輪臺網(wǎng)元以點對點透傳太網(wǎng)配置同上。

5.2 測試網(wǎng)絡通信

1）電調(diào)機房和輪臺新辦公樓機房分別準備一臺電腦，電腦IP地址分別設置為192.168.0.5和192.168.0.6。

2）電調(diào)機房的電腦網(wǎng)線連ZXMP-S330光端機的17號以太網(wǎng)板的網(wǎng)口1，輪臺新辦公樓機房電腦網(wǎng)線連ZXMP-S200光端機的網(wǎng)口1。

3）點電調(diào)中心電腦的“開始”—“運行”，在彈出窗口輸入：Ping 192.168.0.6后點“確定”。

4）如ping通則網(wǎng)絡配置成功。

另外一條點對點網(wǎng)絡透傳業(yè)務測試方法同上。

6 結(jié)論

該通信方案的設計及實施成功，開通了塔河油田電調(diào)室至輪臺縣基地電調(diào)室的信息高速公路，為各種自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遠傳打下了堅實的基礎，目前在輪臺縣電調(diào)室安裝調(diào)試了電調(diào)自動化系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、遠程故障錄波系統(tǒng)、電話業(yè)務和視頻會議等，以上自動化系統(tǒng)帶來的效益列舉幾點如下：

1）電調(diào)中心從油田前線的聯(lián)合基地搬遷到輪臺縣，改善了職工生產(chǎn)生活環(huán)境。

2）電調(diào)自動化系統(tǒng)能快速切除和恢復電網(wǎng)故障，節(jié)省了操作人員到現(xiàn)場的幾小時乘車時間，減少油田停電時間。

3）視頻會議的應用為單位節(jié)省從輪臺縣到聯(lián)合基地開會的往返用車費用。

[1] 郝長端, 劉鈺, 陳樹果. 智能變電站網(wǎng)絡通信異常的分析[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(9): 135-138.

[2] 張福泉. 光纖復合架空地線 OPGW 的施工技術(shù)[J].電氣技術(shù), 2013, 14(7): 76-78.

[3] Unitrans ZXMP E300(V3.17)光網(wǎng)絡產(chǎn)品網(wǎng)元/子網(wǎng)層同一網(wǎng)管操作手冊[Z]. 中興通訊股份有限責任公司出版(2: 1-2: 20).

[4] Unitrans ZXMP S330(V1.3)基于SDH的多業(yè)務節(jié)點設備安裝手冊[Z]. 中興通訊股份有限責任公司出版(6: 1-6: 13).

[5] 中國電力科學研究院. 遠動設備及系統(tǒng) IEC 60870-5-104傳輸規(guī)約[Z]. 國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會: 24-32.

[6] 黃旭峰. 光纖復合架空地線接地方式的改進[J]. 高電壓技術(shù), 2010, 36(2): 356-364.

[7] 曹城鄉(xiāng). 光纖接入網(wǎng)傳輸技術(shù)解析[J]. 科技傳播,2014(15): 217-217, 141.

[8] 劉建國. 光纖接入網(wǎng)技術(shù)和拓撲結(jié)構(gòu)[J]. 信息與電腦, 2016(3): 167-168.

[9] 國家電網(wǎng)公司. 光纜工程作業(yè)指導書[M]. 北京: 中國電力出版社, 2004.

[10] 郭傳鐵. 光纖傳輸組網(wǎng)技術(shù)在電力通信中的應用[J].中國新科技新產(chǎn)品, 2009(9): 24.