沈昌国

1  引言
随着网络化时代的到来及信息化建设的进一步发展和拓宽，向信息技术要效益、要速度成为我国石油开发的主要发展方向和战略手段。如何保证油田电力线路的正常运行和降低用电成本，在油田生产经营管理过程中占有极其重要的地位。本文首先简要分析了我国北方某油田10kV电力线路现状及存在问题，在此基础上，较全面介绍了“电力线配电自动化子系统”的系统总体结构和主要应用功能，通过该设计方案的实施，不仅有效保证了电力线路的正常运行监测、及时准确定位故障位置和恢复供电，而且最大限度地降低了电力线路损耗，达到了降低用电成本的目标。同时，通过实现线路的自动、优化、高效运行，减轻了劳动强度，提高了经济效益。
近几年，该油田加大了基础设施建设，所有三级单位（管理局、采油厂、生产大队）已全部连入油田内部局域网，整个油田主干网络整体性能已由百兆升级到千兆，使得内部信息的传递更加通畅。为了进一步加强生产现场实时数据监控，实现信息共享，由油田信息通讯管理服务中心（简称信通中心）牵头，各二级采油单位共同参与的企业生产管理信息集成系统方案出台，该方案按照“统一规划、统一标准、统一数据库”的建设原则，于2001年下半年开始分阶段实施，该集成系统主要包括“电力线路配电自动化子系统”、“生产井（油井、气井、注水井）远程监控子系统”、“集输管线（输油、输气、注水）监控子系统”、“站库（集油库、集气站、注水站）智能生产管理子系统”四大部分，旨在将油田的井、站、管线和电力线路的所有源头数据自动加载到集团中心数据库，为各管理部门提供开放的数据平台，实现生产的远程管理和调度监控，最大限度发挥系统集成效益。
2  电力线路现状及存在问题
该油田所属10kV电压等级以上的线路及所有的变电站（含开闭所）由油田供电公司集中统一管理，且均已配置了微机自动监控系统；而10kV电力线路则分别归所在区域的各采油厂分散管理。这些10kV线路，仅有少部分线路配置了自动采集和监控设备，并实现了双电源供电，而大部分线路运行了十几年以上，由于油田的持续开发，覆盖半径加大，造成现有10kV线路结构布局不合理，部分线路负荷重、故障频繁，由此引发了许多问题。
(1)  由于线路布局不合理、部分线路负荷重、设备老化严重，造成10kV线路运行损耗大，线路跳闸事故时有发生，严重影响了油井生产。
(2)  当10kV线路发生故障时，不能快速有效的选择、查找事故点，以致造成事故的扩大、停电时间过长。
(3)  通过对所有线路跳闸的种类、事故原因进行了全面的统计分析，发现造成线路事故频发的重要原因有近98%发生在线路的分支线上，由于线路是一条完整的网络，因此，一个支线故障或一台变压器发生故障，都要殃及全线跳闸断电，造成全线停电停产。
(4)  线路调度运行灵活性差，不能实时对配电线路的运行状况进行监控和管理，造成10kV线路被一些不法分子盗窃、破坏，严重影响了线路的安全运行。
(5)  由于现行广泛应用的故障处理方法，无法及时准确确定事故地点，都是根据事故上报情况对线路逐杆、逐基的检查，使事故处理时间延长，导致生产井停井时间延长，从而严重影响了各采油厂原油的正常生产时间。
因此，利用信息技术改造现行电力线路运行监控管理模式势在必行。
3  总体结构
整套生产信息管理集成系统采用三级网络化结构体系，由一套集团中心主站系统、若干智能监控子站系统和众多的智能远方终端组成。中心主站系统采用双网、双服务器、双工作站等的全冗余配置，设置专用配网工作站、生产井工作站、集输管线工作站、站库工作站，并经Web服务器与集团MIS系统相连。在中心主站系统，建立一套卫星授时系统，自中心主站到配网子站、再到各远方终端，实行全网统一时钟。其中，专用配网工作站作为10kV电力线路配电自动化系统的信息管理、查询、指导中心，承担各配网子站系统即采油厂的转发信息处理及各种统计、管理、高级应用等任务。
每套“电力线配电自动化子系统”则采用集散型二级网络化结构设计，由位于各采油厂信通分中心的配网子站系统和分散安装于各条线路的远方终端（FTU、TTU）、配电智能开关、通讯设备组成。配网子站系统专用于该采油厂的10kV电力线路配网远方终端数据采集、信息转发，管辖范围内的线路故障自动诊断、隔离、恢复送电，以及各种信息统计、报表、GIS功能，并具有与相关联变电站自动化系统的通信接口；配网自动化远方终端包括配电智能开关监控终端FTU、配电变压器监测终端TTU。
3.1  配电远方终端
配电远方终端为DAT-1系列配电终端[1]，该系列终端按照分布式模块化设计思想，综合分析配电网对信息采集和控制的要求，能方便地实现对环网柜、柱上开关、配变变压器、电容器等一次设备的实时监控。可以采集足够多的实时运行数据并对其进行处理及分析，从而使配网子站能随时监视配网运行情况并作出正确的决策，同时可以通过遥控命令对配电网进行必要的调度操作，从而缩短故障处理时间和降低劳动强度。其主要特点有：① 采用先进的CPU+DSP+EDA设计技术；② 具有单相接地故障检测功能；③ 柱上DAT-1P型FTU具有同杆架设多线路配置功能；④ 适应多种遥测量输入接口电路配置；⑤ 采用单FLASH芯片的信息记录盒技术（黑匣子），便于实现电能质量分析、事故后故障分析、装置故障分析、一次设备开关寿命分析；⑥ 具有远程设置和维护功能；⑦ 多种集成通信接口，具备重要信息主动上发功能；⑧ 提供交直流多种不同电压等级的工作电源接口；⑨ 免维护蓄电池组+均充/浮充可控制的充电技术；⑩ 背插式插件结构，具有电磁兼容性，表面贴装工艺，不锈钢外壳，出线灵活。
3.2  配网子站系统 

图1  配网子站系统结构示意图

配网子站选用ON2000一体化配网综合调度自动化系统[2]，每套子站系统是小型或中型的配电网自动化监控中心，采用紧凑型配置，除数据库/GIS服务器、前置机为冗余配置外，其余均为单机配置。各配网子站系统采用中高档PC服务器，所有工作站为中高档PC机；操作系统为Unix和Windows混合平台，数据库为SQL Server 2000。ON2000系统的组成结构示意图见图1，该系统在组成结构上其突出之处可概括为：三个网段，两个运行平台。
(1)  三个网段
①  实时数据网络
该网段采用双网结构，组成基于可靠联接的平衡分流的网络子系统，以适应实时数据网段数据流量大的特点，主要用于实现系统服务器、工作站、前置机之间的快速数据交换。
②  管理数据网络
该网段为非实时网段，主要借鉴IEC61968配网管理系统接口设计，对数据的获取是通过请求实现。
③  数据采集网络
该网段是一独立的10M/100M自适应网段，该网段通过挂接终端服务器映射为多组串口，再经通信介质完成与远方终端（FTU，TTU）的联络。其优点是：数据采集开放性及可扩充性好；同时与实时数据网络隔离，减轻了实时数据网络负载，数据传输实时性更高，系统安全性、可靠性更高。
(2)  两个运行平台
①  实时运行平台
该平台主要针对应用功能在内部进行集成。ON2000系统在计算机硬件支撑平台和操作系统软件平台基础上，主要包括5个子系统：网络子系统、实时数据库子系统、历史数据库子系统、人机界面子系统、报表子系统。这5个子系统相互配合，用来实现7个应用：数据采集系统、数据库服务、馈线自动化（FA）、电能量计费（PBS）、地理信息系统（GIS）、调度自动化系统（SCADA）。目的是对配电网进行监视和控制，保证电网可靠、安全、经济运行。
②  调度及配网管理运行平台
该平台的构造主要参照IEC61968配电管理系统接口规范。主要实现应用之间的集成，使得不同的子系统（如配电管理、设备管理、故障投诉、停电管理、运行分析等），虽然在运行环境、编程语言、实现方式上有差异，但只要遵循IEC61968接口规范，就能进行信息的无缝接口，非常方便所需功能的灵活扩展。目的在于提高企业的管理自动化水平，提高工作效率，改善对用户的服务。
3.3  通信方案选择
在配网自动化系统中，数据通道是实现数据传输的关键。它直接影响系统的可靠性，电力系统常采用的通信手段有光纤通信、电力线载波通信、无线电台通信、扩频通信、电话拨号等多种通信方式，就应用于电力线路配网自动化而言，远方终端的接入采用光纤通信成本太高，尤其远距离施工价格昂贵；电力载波通信设备成熟、安装调试简便、通信距离长、速率低、投资小，特别在通信业务量较小时更显其优越性，而当电力线路故障或停电检修时，载波通信将受到中断影响，易受干扰和电网波动影响，误码率高；无线电台通信，成本较低，具有较强的抗干扰能力，通信稳定性较好，数据传输速率低，且此速率用于配电网终端的信息传输已完全满足要求，采用一点多址和中继方式，能覆盖几十到上百公里范围，此方式是一种较好解决诸如油田、港口等大型企业配电网通信的手段。另外，无线移动通信技术如GSM通信、GPRS通信的发展，在电力通信系统建设中亦将发挥越来越重要的作用。利用手机短消息能很方便的传送实时性不很强的信息，如：告警信息，配变运行监测状况。因短信发送/接收走的是控制信道，不是话音信道，在数据的双向传输上存在延时问题，依赖网络的实际运行情况表现出相对的不稳定性，应用时必须从技术手段上加以改进。
基于上述分析，通信方案最后选定为配电远方终端FTU通过无线电台或电力线载波技术接入到配网子站系统，此种方式结构灵活，可扩充性强，容易安装调试，且运行维护工作量小。而TTU则通过基于手机短消息方式的无线信息通信，各配网子站与中心主站专用配网工作站的通信则通过已有的光纤局域网接入。同时，针对油田此次信息整合，为了较好的解决短信延时问题，特在移动短信中心设立了一台专用短信网关，各TTU终端的信息发送通过无线方式（移动的空中信道），而配网子站与短信中心的信息获取则通过专线方式，这种应用方式下表现的结果是非常稳定和可靠的，时延非常小（1到3秒），完全可以满足电力行业的需要。另外，针对长期短信服务，已与当地移动通信服务商达成了很好的付费协议。
4  配网子站主要应用功能
配网子站主要应用功能有：
(1)  SCADA功能(Supervisory Control And Data Acqusition，SCADA)
主要包括：远方终端（FTU、TTU）实时数据采集、传输、处理、显示，告警处理，曲线显示，历史数据处理，电网调度控制，事故追忆，报表显示与打印，系统时钟，系统安全策略，多媒体集成，通信服务，网络拓扑着色。
(2)  馈线自动化(Feeder Automation，FA)
该功能主要有：故障自动检测与识别；故障自动定位与故障区段自动隔离；网络重构，快速恢复非故障区的供电；馈线正常运行状态检测；正常计
划切换操作；无功补偿电容器投切控制及统计分析。
(3)  线路运行管理功能（Distribution Management System，DMS）
该功能主要有：指标管理如线损分析与管理、供电可靠率分析与管理；图形及数据维护；信息查询与统计；运行分析如运行方式分析、配变负载率分析、事故预演或重演；停电管理；用户电话受理；工作票单管理；安全管理；设备维护与检修管理；Web发布等。
(4)  电能量计费（Power Business System，PBS）
主要包括：电能量采集、线损计算、报表统计、分类电费汇总分析、窃电监测等。
(5)  地理信息系统（Geographic Information System，GIS）
GIS主要功能有：实时地理信息显示功能；网络拓扑与着色；多种统计维护功能；图形数据、属性数据录入和维护，全局或局部工程图纸输出；区域查询与统计，分类查询与统计。
(6)  高级分析软件（Power Advanced Software，PAS）
主要有：网络建模、状态估计、网络拓扑、负荷预报、无功优化控制。
5  结语
油田的持续稳定发展，很大程度上取决于先进的实用技术的推广。可以预见，通过生产管理信息集成系统的建设，建立起该子系统与其它三个子系统联动效应，将会带来很大的系统集成效益。当电力线路发生的故障排除后，联动功能将及时开启受线路故障影响的油井，缩短油井因失电造成的停产时间，同时减少了管理维护人员的工作量，带来广泛的经济和社会效益。

参考文献：
[1]  DAT-1系列配电自动化终端技术说明书[Z]. 国电自动化研究院农村电气化研究所/北京南瑞系统控制有限公司.
[2]  ON2000一体化配网综合调度自动化系统技术说明书[Z].国电自动化研究院农村电气化研究所/北京南瑞系统控制有限公司.