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GPRS DTU在自动化油田数据传输中的应用

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 某油田电网调度自动化通道系统的特点及现状,阐述了现有通信手段在自动化数据传输中的不足,并介绍了一种新的数据传输模式——GPRS DTU技术。利用GPRS DTU技术来丰富完善现有电力调度自动化通道系统。移动通信网络(GPRS数据传输),针对工业监控等行业的数据通信所开发的GPRS DTU技术,解释了该技术在调度自动化通道系统的框架模型,分析了其可行性及应用前景。
 
引言
    某油田现有约273座110kV及35kV变电站,由于油田电网的独有特点,各变电站分布范围较广,尤其是35kV变电站,大多设置在偏远地区。目前,部分110kV及35kV变电站因无数据传输通道致使调度自动化数据不能上传调度端;电力载波及一点多址设备连续运行已近12年,设备严重老化,各类故障频繁出现,因厂家已停止生产,难以维持正常运行。想要单独靠油田电力调度自动化通道系统的通信网络来解决上述变电所的数据传输问题投资巨大且不现实。在此,我们引入了GPRS DTU技术。
 
一、GPRS DTU技术
概述
    GPRS是通用分组无线业务(General Packet RadioService)的英文简称,特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS是一种新的移动数据通信业务,在移动用户和数据网络之间提供一种连接。实际应用中可以通过调整GSM网络中暂时没占用的话音信道来提高分组数据的传输速率以满足用户的需要。在此信道上提供TCP/IP连接,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以由多个用户共享,资源被有效的利用。
    GPR DTU技术是基于移动通信网络,针对工业监控、交通管理、金融等行业的数据通信业务而开发的。与数据中心的接口设备一起提供透明数据传输通道,组成用户所需的各类专用数据网络。
1.2优点
1.2.1GPRS用户可随意分布和移动自己的网点,无需担心线路的维护或在移机时导致的通讯中断。建设新的监测点无需进行拉线、埋线等工作。较光纤或专线系统投资较少,设备安装方便。
1.2.2带宽在35K至45K之间,可根据用户需求,通过网络优化进行调整。
1.2.3GPRS能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务。通信质量稳定可靠。
1.2.4GPRS网络接入速度快,传输速率高,提供了与现有数据网的无缝连接。
1.2.5信号覆盖好。截止2005年底,网络已经100%覆盖全国县(市),主要交通干线实现连续覆盖。
1.2.3安全性
    电力调度数据网是电力系统安全稳定运行的中枢神经网络,安全性、可靠性是调度数据传输网络的首要要求。
GPRS的物理链路数据本身已经采用了加密传送。监控中心直接连接到GPRS网络,实质为内网方案,为安全和信道保证,开通专用的APN(接入点名称)网络,只有经过授权的用户才能访问指定的APN。
 
二、GPRS DTU技术调度自动化数据传输中的应用
2.1现状简述及应用研究原因
2.1.1现状简述 
    油田电力调度自动化通道系统现已发展成以光纤、数字微波为干线,以电力载波、一点多址、扩频通信为支线的星型通信网。可为电网调度自动化(包括集中监控中心信息)、在线监测、电量集中抄收、故障录波、变电站图像的信息传输、电话及企业网信息业务提供传输通道。完善的调度自动化通信网络已成为调度自动化系统的重要组成部分,提升了电网技术含量和管理水平。尽管油田电力调度自动化通信网已具备了一定规模,但还不能完全满足调度自动化实时数据上传的需求,如:位于偏远地区的两座1lOkV变电站,自1998年至今,经通信公司、通信设备厂方、油田设计院及用户方技术人员多次试验,终因受该类变电站至调度端路径上大面积树林、水泡、高岗等障碍物的影响,微波、一点多址、扩频等视距通信均不能开通。如采用光通信方式解决调度自动化数据上传问题,投资巨大(约350万元)、也无经济价值。
2.1.2应用研究原因
    为了解决类似于上述变电站调度自动化数据上传问题,我们引入了GPRS DTU技术作为辅助手段,来补充现有通信网的不足。自2005年6月份开始,利用GPRS DTU技术先后在不同地区、不同方向、不同环境的3座llOkV变电站及2座35kV变电站对SYR-A型远动设备进行了调度自动化数据(遥信、遥测)点对点上传调度中心试验,近半年的多次试验表明,尽管前置机的通道指示灯显示GPRS DTU技术在打包传输时,每两个数据包之间有近lOOms的延时,但终端上显示的整组数据、变化数据、遥信变位信息均正常,也就是说不影响调度自动化业务的正常开展,仍可满足自动化数据上传需求,达到了预期的试验目的,可以进入下一步的点对多点应用研究。
2.2应用的可行性
    引入GPRS DTU技术并不是为了解决单个变电站自动化数据上传问题,我们的主要目的是为了实现多个变电站自动化数据上传调度中心,即点对多点通信问题。由于GPRS DTU技术在电力系统中从未有过类似应用,因此在点对点自动化数据上传试验成功的基础上,我们与设备厂方及移动局技术人员进行了多次分析讨论,一致认为,现有技术条件下完全可以实现多个变电站自动化数据上传调度中心,即点对多点通信问题。该技术在应用中需解决的关键问题是如何将各不同类型规约的站端数据在调度端汇接、分离并接入前置系统。经详细分析后,我们认为,将通用无限分组交换技术、数据终端技术、网络技术及软件技术相结合,在变电站端采用GPRS DTU技术,在中心站使用软件+PC服务器的方式,中心站服务器使用专线(光纤通道)方式接入到移动公司机房,即可实现站端数据上传调度端。该技术实现后可作为辅助手段解决目前油田电力调度通信系统难以解决的问题,丰富并优化目前的通信系统。
2.3、应用研究原理
2.3.1传输原理
    由于目前变电站与调度中心之间采用点对点的传输方式,在不影响目前系统结构的前提下,变电站端采用GPRS DTU技术,调度中心使用软件+PC服务器的方式经专线接入到移动公司机房。系统采用双机热备用方式以避免服务器故障导致服务中断,同时本系统也很方便的支持日后全面改造为基于TCP/IP的数据传输方式。由于采用透明传输方式,不改变原调度自动化系统的结构,保证了数据的准确性和一致性(传输原理见下图)
上传信息: 来自变电站端RTU(远动终端单元)的信息通过RS232接口进入DTU(数据终端单元),首先进行TCP/IP协议封包和无线调N/解调,再通过GPRS移动数据网络传送到移动公司的交换网络,然后通过专线(光纤)传送到调度中心新增的数据服务器进行协议转换并传送至前置机,同时将接收数据处理并存储。
下传信息: 来自工作站的信息首先经前置机传送至数据服务器,由其处理后经专线发送到移动公司的交换网络,再通过GPRS移动数据网络发送到DTU进行无线调N/解调和TCP/IP协议解包,然后发送到RTU。
2.3.2系统软件
    软件采用面向对象编程技术,是电力专业应用与工业自动化监控组态软件的完美结合,是一个组态灵活、开放性的软件系统。可以充当通信管理机,具备多种标准电力规约的并发采集与转发功能,不但可以作为SCADA系统的平台软件来实现四遥及综合管理监控的功能。还可以在变电站综合自动化、配电自动化、智能变配电自动化等电力行业中作为通信前置机管理软件。
2.3.2.1规约采集
    可以与多种硬件厂商的设备进行通信,具备电力自动化系统中的101,103,104,CDT,Modbus,1801,DNP等多种标准规约采集标准,且支持各电力设备厂家的保护测控装置、直流屏、小电流选线等多种装置。
2.3.2.2规约转发
    具备性能良好的数据转发规约驱动开发平台,可以将按多种规约进行数据采集的设备以不同的规约进行数据转发,模块可根据用户需求灵活开发,目前支持101,104,CDT,Modbus,1801,DNP等多种标准规约的转发,可以作为自动化系统的规约转换平台。
 
三、GPRS DTU在自动化油田数据传输中的应用
3.1、应用范围
3.1.1可用于解决部分投资大且难以实现数据传输的110kV及35kV变电站的数据通道。
3.1.2可用于解决分布范围较广的6kg开闭所的数据上传。
3.1.3可作为应急补充手段,在故障时替代部分老化严重、难以维持的通信设备所提供的数据通道,如电力载波及一点多址设备,自1994年至1995年投入运行至今,连续运行已近12年,设备严重老化,各类故障频繁出现,因厂家已停止生产,难以维持正常运行,尤其是一点多址设备,传输的大部分为关口变自动化数据,故障时需及时恢复。
3.2、经济效益分析
    用光通信方式解决前面所提到的2座llOkV变电站的数据传输需投资约350万元,按设备10年期寿命计算每站每年约投资7.5万元;解决一个站端数据上传即使用最经济的载波或扩频通信方式也需15-30万元,按设备10年期寿命计算每站每年约投资1.5-3万元;且上述两种方式均不含人工及维护费;如用GPRS DTU技术,按30个点投资25万元、设备10年期寿命计算,解决一个站端数据上传每年约投资3500元,且不需人工及维护费。
 
四、结束语
    采用GPRS DTU无线数据传输业务,能有效提高电力调度数据网的覆盖范围,解决部分现有自动化数据网络所无法解决的问题,实现对自动化数据网络的优化和补充。但因GPRS DTU技术受带宽所限,最大为45K,对一个变电站只能提供一条数据传输通道,而不能同时传输电话、图象及其他数据业务。另外,截至目前为止,GPRS DTU技术的试验范围仅局限于常规变的SYR-A型远动设备,综自变的应用还有待于进一步探讨,所以,GPRS DTU技术只能作为现有网络的一种辅助数据传输手段。

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