某油田電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化通道系統(tǒng)的特點(diǎn)及現(xiàn)狀，闡述了現(xiàn)有通信手段在自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸中的不足，并介紹了一種新的數(shù)據(jù)傳輸模式——GPRS DTU技術(shù)。利用GPRS DTU技術(shù)來(lái)豐富完善現(xiàn)有電力調(diào)度自動(dòng)化通道系統(tǒng)。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(GPRS數(shù)據(jù)傳輸)，針對(duì)工業(yè)監(jiān)控等行業(yè)的數(shù)據(jù)通信所開發(fā)的GPRS DTU技術(shù)，解釋了該技術(shù)在調(diào)度自動(dòng)化通道系統(tǒng)的框架模型，分析了其可行性及應(yīng)用前景。
引言
某油田現(xiàn)有約273座110kV及35kV變電站，由于油田電網(wǎng)的獨(dú)有特點(diǎn)，各變電站分布范圍較廣，尤其是35kV變電站，大多設(shè)置在偏遠(yuǎn)地區(qū)。目前，部分110kV及35kV變電站因無(wú)數(shù)據(jù)傳輸通道致使調(diào)度自動(dòng)化數(shù)據(jù)不能上傳調(diào)度端；電力載波及一點(diǎn)多址設(shè)備連續(xù)運(yùn)行已近12年，設(shè)備嚴(yán)重老化，各類故障頻繁出現(xiàn)，因廠家已停止生產(chǎn)，難以維持正常運(yùn)行。想要單獨(dú)靠油田電力調(diào)度自動(dòng)化通道系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決上述變電所的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題投資巨大且不現(xiàn)實(shí)。在此，我們引入了GPRS DTU技術(shù)。
一、GPRS DTU技術(shù)
概述
GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(General Packet RadioService)的英文簡(jiǎn)稱，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS是一種新的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接。實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)調(diào)整GSM網(wǎng)絡(luò)中暫時(shí)沒(méi)占用的話音信道來(lái)提高分組數(shù)據(jù)的傳輸速率以滿足用戶的需要。在此信道上提供TCP／IP連接，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用。
GPR DTU技術(shù)是基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)工業(yè)監(jiān)控、交通管理、金融等行業(yè)的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)而開發(fā)的。與數(shù)據(jù)中心的接口設(shè)備一起提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道，組成用戶所需的各類專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
1．2優(yōu)點(diǎn)
1．2．1GPRS用戶可隨意分布和移動(dòng)自己的網(wǎng)點(diǎn)，無(wú)需擔(dān)心線路的維護(hù)或在移機(jī)時(shí)導(dǎo)致的通訊中斷。建設(shè)新的監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)需進(jìn)行拉線、埋線等工作。較光纖或?qū)＞€系統(tǒng)投資較少，設(shè)備安裝方便。
1．2．2帶寬在35K至45K之間，可根據(jù)用戶需求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化進(jìn)行調(diào)整。
1．2．3GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。通信質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
1．2．4GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，傳輸速率高，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無(wú)縫連接。
1．2．5信號(hào)覆蓋好。截止2005年底，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)100％覆蓋全國(guó)縣(市)，主要交通干線實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋。
1．2．3安全性
電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的中樞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，安全性、可靠性是調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的首要要求。
GPRS的物理鏈路數(shù)據(jù)本身已經(jīng)采用了加密傳送。監(jiān)控中心直接連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)質(zhì)為內(nèi)網(wǎng)方案，為安全和信道保證，開通專用的APN(接入點(diǎn)名稱)網(wǎng)絡(luò)，只有經(jīng)過(guò)授權(quán)的用戶才能訪問(wèn)指定的APN。
二、GPRS DTU技術(shù)調(diào)度自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用
2．1現(xiàn)狀簡(jiǎn)述及應(yīng)用研究原因
2．1．1現(xiàn)狀簡(jiǎn)述
油田電力調(diào)度自動(dòng)化通道系統(tǒng)現(xiàn)已發(fā)展成以光纖、數(shù)字微波為干線，以電力載波、一點(diǎn)多址、擴(kuò)頻通信為支線的星型通信網(wǎng)。可為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化(包括集中監(jiān)控中心信息)、在線監(jiān)測(cè)、電量集中抄收、故障錄波、變電站圖像的信息傳輸、電話及企業(yè)網(wǎng)信息業(yè)務(wù)提供傳輸通道。完善的調(diào)度自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)已成為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，提升了電網(wǎng)技術(shù)含量和管理水平。盡管油田電力調(diào)度自動(dòng)化通信網(wǎng)已具備了一定規(guī)模，但還不能完全滿足調(diào)度自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳的需求，如：位于偏遠(yuǎn)地區(qū)的兩座1lOkV變電站，自1998年至今，經(jīng)通信公司、通信設(shè)備廠方、油田設(shè)計(jì)院及用戶方技術(shù)人員多次試驗(yàn)，終因受該類變電站至調(diào)度端路徑上大面積樹林、水泡、高崗等障礙物的影響，微波、一點(diǎn)多址、擴(kuò)頻等視距通信均不能開通。如采用光通信方式解決調(diào)度自動(dòng)化數(shù)據(jù)上傳問(wèn)題，投資巨大(約350萬(wàn)元)、也無(wú)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
2．1．2應(yīng)用研究原因
為了解決類似于上述變電站調(diào)度自動(dòng)化數(shù)據(jù)上傳問(wèn)題，我們引入了GPRS DTU技術(shù)作為輔助手段，來(lái)補(bǔ)充現(xiàn)有通信網(wǎng)的不足。自2005年6月份開始，利用GPRS DTU技術(shù)先后在不同地區(qū)、不同方向、不同環(huán)境的3座llOkV變電站及2座35kV變電站對(duì)SYR-A型遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行了調(diào)度自動(dòng)化數(shù)據(jù)(遙信、遙測(cè))點(diǎn)對(duì)點(diǎn)上傳調(diào)度中心試驗(yàn)，近半年的多次試驗(yàn)表明，盡管前置機(jī)的通道指示燈顯示GPRS DTU技術(shù)在打包傳輸時(shí)，每?jī)蓚€(gè)數(shù)據(jù)包之間有近lOOms的延時(shí)，但終端上顯示的整組數(shù)據(jù)、變化數(shù)據(jù)、遙信變位信息均正常，也就是說(shuō)不影響調(diào)度自動(dòng)化業(yè)務(wù)的正常開展，仍可滿足自動(dòng)化數(shù)據(jù)上傳需求，達(dá)到了預(yù)期的試驗(yàn)?zāi)康?，可以進(jìn)入下一步的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)應(yīng)用研究。
2．2應(yīng)用的可行性
引入GPRS DTU技術(shù)并不是為了解決單個(gè)變電站自動(dòng)化數(shù)據(jù)上傳問(wèn)題，我們的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)變電站自動(dòng)化數(shù)據(jù)上傳調(diào)度中心，即點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信問(wèn)題。由于GPRS DTU技術(shù)在電力系統(tǒng)中從未有過(guò)類似應(yīng)用，因此在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)上傳試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，我們與設(shè)備廠方及移動(dòng)局技術(shù)人員進(jìn)行了多次分析討論，一致認(rèn)為，現(xiàn)有技術(shù)條件下完全可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)變電站自動(dòng)化數(shù)據(jù)上傳調(diào)度中心，即點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信問(wèn)題。該技術(shù)在應(yīng)用中需解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何將各不同類型規(guī)約的站端數(shù)據(jù)在調(diào)度端匯接、分離并接入前置系統(tǒng)。經(jīng)詳細(xì)分析后，我們認(rèn)為，將通用無(wú)限分組交換技術(shù)、數(shù)據(jù)終端技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及軟件技術(shù)相結(jié)合，在變電站端采用GPRS DTU技術(shù)，在中心站使用軟件+PC服務(wù)器的方式，中心站服務(wù)器使用專線(光纖通道)方式接入到移動(dòng)公司機(jī)房，即可實(shí)現(xiàn)站端數(shù)據(jù)上傳調(diào)度端。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)后可作為輔助手段解決目前油田電力調(diào)度通信系統(tǒng)難以解決的問(wèn)題，豐富并優(yōu)化目前的通信系統(tǒng)。
2．3、應(yīng)用研究原理
2．3．1傳輸原理
由于目前變電站與調(diào)度中心之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式，在不影響目前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下，變電站端采用GPRS DTU技術(shù)，調(diào)度中心使用軟件+PC服務(wù)器的方式經(jīng)專線接入到移動(dòng)公司機(jī)房。系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備用方式以避免服務(wù)器故障導(dǎo)致服務(wù)中斷，同時(shí)本系統(tǒng)也很方便的支持日后全面改造為基于TCP／IP的數(shù)據(jù)傳輸方式。由于采用透明傳輸方式，不改變?cè){(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性(傳輸原理見下圖)
上傳信息： 來(lái)自變電站端RTU(遠(yuǎn)動(dòng)終端單元)的信息通過(guò)RS232接口進(jìn)入DTU(數(shù)據(jù)終端單元)，首先進(jìn)行TCP／IP協(xié)議封包和無(wú)線調(diào)N／解調(diào)，再通過(guò)GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳送到移動(dòng)公司的交換網(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)專線(光纖)傳送到調(diào)度中心新增的數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換并傳送至前置機(jī)，同時(shí)將接收數(shù)據(jù)處理并存儲(chǔ)。
下傳信息： 來(lái)自工作站的信息首先經(jīng)前置機(jī)傳送至數(shù)據(jù)服務(wù)器，由其處理后經(jīng)專線發(fā)送到移動(dòng)公司的交換網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到DTU進(jìn)行無(wú)線調(diào)N／解調(diào)和TCP／IP協(xié)議解包，然后發(fā)送到RTU。
2．3．2系統(tǒng)軟件
軟件采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，是電力專業(yè)應(yīng)用與工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控組態(tài)軟件的完美結(jié)合，是一個(gè)組態(tài)靈活、開放性的軟件系統(tǒng)?？梢猿洚?dāng)通信管理機(jī)，具備多種標(biāo)準(zhǔn)電力規(guī)約的并發(fā)采集與轉(zhuǎn)發(fā)功能，不但可以作為SCADA系統(tǒng)的平臺(tái)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)四遙及綜合管理監(jiān)控的功能。還可以在變電站綜合自動(dòng)化、配電自動(dòng)化、智能變配電自動(dòng)化等電力行業(yè)中作為通信前置機(jī)管理軟件。
2．3．2．1規(guī)約采集
可以與多種硬件廠商的設(shè)備進(jìn)行通信，具備電力自動(dòng)化系統(tǒng)中的101，103，104，CDT，Modbus，1801，DNP等多種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約采集標(biāo)準(zhǔn)，且支持各電力設(shè)備廠家的保護(hù)測(cè)控裝置、直流屏、小電流選線等多種裝置。
2．3．2．2規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)
具備性能良好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)約驅(qū)動(dòng)開發(fā)平臺(tái)，可以將按多種規(guī)約進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的設(shè)備以不同的規(guī)約進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，模塊可根據(jù)用戶需求靈活開發(fā)，目前支持101，104，CDT，Modbus，1801，DNP等多種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約的轉(zhuǎn)發(fā)，可以作為自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)約轉(zhuǎn)換平臺(tái)。
三、GPRS DTU在自動(dòng)化油田數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用
3．1、應(yīng)用范圍
3．1．1可用于解決部分投資大且難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?10kV及35kV變電站的數(shù)據(jù)通道。
3．1．2可用于解決分布范圍較廣的6kg開閉所的數(shù)據(jù)上傳。
3．1．3可作為應(yīng)急補(bǔ)充手段，在故障時(shí)替代部分老化嚴(yán)重、難以維持的通信設(shè)備所提供的數(shù)據(jù)通道，如電力載波及一點(diǎn)多址設(shè)備，自1994年至1995年投入運(yùn)行至今，連續(xù)運(yùn)行已近12年，設(shè)備嚴(yán)重老化，各類故障頻繁出現(xiàn)，因廠家已停止生產(chǎn)，難以維持正常運(yùn)行，尤其是一點(diǎn)多址設(shè)備，傳輸?shù)拇蟛糠譃殛P(guān)口變自動(dòng)化數(shù)據(jù)，故障時(shí)需及時(shí)恢復(fù)。
3．2、經(jīng)濟(jì)效益分析
用光通信方式解決前面所提到的2座llOkV變電站的數(shù)據(jù)傳輸需投資約350萬(wàn)元，按設(shè)備10年期壽命計(jì)算每站每年約投資7．5萬(wàn)元；解決一個(gè)站端數(shù)據(jù)上傳即使用最經(jīng)濟(jì)的載波或擴(kuò)頻通信方式也需15-30萬(wàn)元，按設(shè)備10年期壽命計(jì)算每站每年約投資1．5-3萬(wàn)元；且上述兩種方式均不含人工及維護(hù)費(fèi)；如用GPRS DTU技術(shù)，按30個(gè)點(diǎn)投資25萬(wàn)元、設(shè)備10年期壽命計(jì)算，解決一個(gè)站端數(shù)據(jù)上傳每年約投資3500元，且不需人工及維護(hù)費(fèi)。
四、結(jié)束語(yǔ)
采用GPRS DTU無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，能有效提高電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的覆蓋范圍，解決部分現(xiàn)有自動(dòng)化數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)所無(wú)法解決的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和補(bǔ)充。但因GPRS DTU技術(shù)受帶寬所限，最大為45K，對(duì)一個(gè)變電站只能提供一條數(shù)據(jù)傳輸通道，而不能同時(shí)傳輸電話、圖象及其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。另外，截至目前為止，GPRS DTU技術(shù)的試驗(yàn)范圍僅局限于常規(guī)變的SYR-A型遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備，綜自變的應(yīng)用還有待于進(jìn)一步探討，所以，GPRS DTU技術(shù)只能作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的一種輔助數(shù)據(jù)傳輸手段。
