塔河油田電力調度數據遠傳輪臺縣基地電調室的通信方案設計

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塊。油田電管中心通過組建光纖同步傳輸網絡，實現了變電站無人值守，電調自動化、視頻監控和視頻會議等自動化系統。變電站無人值守的實現為單位節省了每變電站14人的人工成本。

隨著油田的生產發展和辦公優化，需在距離油區 60km外的輪臺縣基地新建電調中心，使領導能全面及時的掌控塔河電網的電調數據，正確作出電網維護建設的決策。

1 塔河油田電管中心的同步光纖傳輸網絡（以下簡稱SDH網絡）簡介

1.1 組網目的

塔河油田電管中心的 SDH網絡的組建目的是實現變電站的無人值守，將變電站的綜合自動化監控系統數據、視頻監控系統數據上傳電調中心，后期利用SDH網絡實現了遠程故障錄波系統、網絡電話、視頻會議等自動化系統。

1.2 組網結構及性能分析

由于油田的變電站在地理位置上比較分散，同時從經濟性上考慮，SDH網絡建設成樹形拓撲結構。樹形結構的優點是建設光纖路徑少，比較經濟。缺點是可靠性差，光纖網絡中某一點中斷，其下站點的通信業務中斷。因此，將來會根據站點的地理位置，新建部分光纜形成環網，配置保護業務，提高通信可靠性。

1.3 組網光傳輸設備

每個變電站的綜合自動化系統流量估算為12M，因此末端節點的光傳輸設備配置為 ZXMP-S200光端機（155M），樞紐節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品）。

2 輪臺縣電調中心節點網絡拓撲設計

2.1 網絡拓撲結構

SDH網絡有鏈型、星型、樹形結構、環網等拓撲結構。以上拓撲結構中，環網結構具有較高的可靠性，同時構建自愈環網，進一步提高可靠性。

自愈環網的優點：某一條光纜出現故障時，數據業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務中斷。

因此將輪臺縣電調中心節點網絡拓撲結構設計為環網型，并配置自愈環網保護業務。

2.2 環網型拓撲結構光纖路徑設計

根據輪臺縣電調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，實現環網結構（見圖 1）。

圖1 塔河油田電管中心SDH網絡拓撲圖

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

第二條光纜建設路徑：雅克拉村節點新建一條光纜到輪臺縣電調中心，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×0.02]+[適配器連接次數×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，數據如下：

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。

3 SDH網絡的數據流分析

3.1 SDH網絡傳輸數據類型

聯合基地電調中心向輪臺縣基地電調中心傳遞的數據業務有：電調自動化系統數據、遠程故障錄波數據、變電站視頻監控數據、視頻會議數據等。

3.2 SDH網絡傳輸數據的數據流的流量分析

1）電調自動化系統數據流分析

電調自動化數據由變電站的遙測值、遙信值和遙控值構成，以上數據在配置為轉發表后通過遠動機進行上傳，采用IEC 104規約。

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規約，每個遙測量占2個字節，即16個比特；每個遙信占1個字節，即8個比特。以塔河油田九區變電站為例，共有135個遙測量，66個遙信量，那么該站一次上傳數據流量為

電調中心給變電站的下發數據為遙控量，每個遙控信息占2個字節，即16個比特，由于遙控信息只在電調室遙控操作才傳輸，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）遠程故障錄波數據流分析

（1）遠程錄波故障數據由遙測值、遙信值構成。

（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點組成。

同樣按照IEC 104規約，以塔河油田九區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據流量為：

3）變電站視頻監控數據流分析

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

4）視頻會議數據流分析

視頻會議根據單位需要，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×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×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，單個變電站總的數據流量為

10個變電站總的數據流量為

由于SDH網的最小數據傳輸通道為2mb/s，因此需配置55條數據傳輸通道。

4 SDH網絡業務設計及光傳輸設備選型

4.1 SDH網絡業務設計

輪臺縣節點網絡業務配置有兩種方式：

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

2）輪臺縣節點網絡配置點對點透傳以太網業務，通過連接聯合基地電調機房的數據采集網絡去采集數據。該種方式克服了第一種方式缺點：①只需選擇帶寬小的網絡設備，如ZXMP-S200光端機，成本低；②即網絡業務配置改動小，只需配置2條從聯合基地電調機房數據上裝經中間節點到輪臺縣基地電調機房下發的路徑，不影響變電站的通信。

因此，選擇開通兩條從聯合基地電調機房到輪臺縣電調機房的點對點透傳以太網業務，各分配帶寬110M。

4.2 新增輪臺節點網絡設備選型

開通兩條從聯合基地電調機房到輪臺縣電調機房的點對點透傳以太網業務，相關站點需增加的網絡設備為：

電調室機房 ZXMP-S330光端機設備需增加 1塊快速智能以太網板。

發送端3種狀態中均對應著同步機制,CGS狀態對應碼組(字節)同步,ILAS狀態對應初始通道同步,DATA狀態則對應用戶數據傳輸過程中的幀/多幀同步。其中sync信號是接收端反饋給發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，網絡傳輸速率為 155Mb/s；多功能業務光端機簡單實用，兼備電話功能，網絡傳輸速率為155Mb/s。為了達到可靠性，選擇用ZXMP-S200光端機傳輸設備主用，多功能業務光端機用作事故應急。

5 SDH網管系統業務配置

5.1 根據設計的SDH網絡方式為點對點透傳以太網業務，在網管系統配置步驟如下

1）新建網元參數設置

在網管系統新建網元：網元名稱為輪臺，網元地址為193.1.17.18，系統類型和設備類型均為ZXMPS200光端機，網元類型為ADM®，速率等級為STM-1。

圖2 新建網元

2）網管系統配置數據傳輸路徑

聯合基地電力調度中心網元的智能以太網板—電力調度中心網元光板—索拉電站網元光板—布朗電站網元光板—雅克拉氣田網元光板—雅克拉村變網元光板—輪臺網元光板—輪臺網元以太網板。

圖3 傳輸路徑配置

聯合基地電調室網元的數據端口屬性開通用戶端口1和用戶端口2，靜態MAC地址配置選擇用戶端口 1、2和系統端口 1、2，通道組配置選擇開通的150個2M業務；LCAS配置的系統端口1占用55個2M業務，系統端口2占用55個2M業務，數據單板屬性選擇透傳模式。

圖4 以太網業務參數設置

輪臺網元以點對點透傳太網配置同上。

5.2 測試網絡通信

1）電調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）電調機房的電腦網線連ZXMP-S330光端機的17號以太網板的網口1，輪臺新辦公樓機房電腦網線連ZXMP-S200光端機的網口1。

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

4）如ping通則網絡配置成功。

另外一條點對點網絡透傳業務測試方法同上。

6 結論

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

1）電調中心從油田前線的聯合基地搬遷到輪臺縣，改善了職工生產生活環境。

2）電調自動化系統能快速切除和恢復電網故障，節省了操作人員到現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省從輪臺縣到聯合基地開會的往返用車費用。

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