GPRS DTU助力油田自動化

摘要：某油田現有約273座110kV及35kV變電站，由于油田電網的獨有特點，各變電站分布范圍較廣，尤其是35kV變電站，大多設置在偏遠地區。目前，部分110kV及35kV變電站因無數據傳輸通道致使調度自動化數據不能上傳調度端 電力載波及一點多址設備連續運行已近12年，設備嚴重老化，各類故障頻繁出現，因廠家已停止生產，難以維持正常運行。想要單獨靠油田電力調度自動化通道系統的通信網絡來解決上述變電所的數據傳輸問題投資巨大且不現實。在此，引入了GPRS DTU技術http://www.gprsmk.com/case/172304546.html。
一、GPRS DTU技術
　　GPRS是通用分組無線業務(General Packet RadioService)的英文簡稱，特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS是一種新的移動數據通信業務，在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接。實際應用中可以通過調整GSM網絡中暫時沒占用的話音信道來提高分組數據的傳輸速率以滿足用戶的需要。在此信道上提供TCP/IP連接，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用。
　　GPR DTU技術是基于移動通信網絡，針對工業監控、交通管理、金融等行業的數據通信業務而開發的。與數據中心的接口設備一起提供透明數據傳輸通道，組成用戶所需的各類專用數據網絡。
1、優點
　　1）GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網點，無需擔心線路的維護或在移機時導致的通訊中斷。建設新的監測點無需進行拉線、埋線等工作。較光纖或專線系統投資較少，設備安裝方便。
　　2）帶寬在35K至45K之間，可根據用戶需求，通過網絡優化進行調整。
　　3）GPRS能最好地支持頻繁的、少量突發型數據業務。通信質量穩定可靠。
　　4）GPRS網絡接入速度快，傳輸速率高，提供了與現有數據網的無縫連接。
　　5）信號覆蓋好。截止2005年底，網絡已經100%覆蓋全國縣(市)，主要交通干線實現連續覆蓋。
2、安全性
　　電力調度數據網是電力系統安全穩定運行的中樞神經網絡，安全性、可靠性是調度數據傳輸網絡的首要要求。
　　GPRS的物理鏈路數據本身已經采用了加密傳送。監控中心直接連接到GPRS網絡，實質為內網方案，為安全和信道保證，開通專用的APN(接入點名稱)網絡，只有經過授權的用戶才能訪問指定的APN。
二、GPRS DTU系統原理
1、傳輸原理
　　由于目前變電站與調度中心之間采用點對點的傳輸方式，在不影響目前系統結構的前提下，變電站端采用GPRS DTU技術，調度中心使用軟件+PC服務器的方式經專線接入到移動公司機房。系統采用雙機熱備用方式以避免服務器故障導致服務中斷，同時本系統也很方便的支持日后全面改造為基于TCP/IP的數據傳輸方式。由于采用透明傳輸方式，不改變原調度自動化系統的結構，保證了數據的準確性和一致性。

上圖是GPRS數據傳輸配置圖
　　上傳信息： 來自變電站端RTU(遠動終端單元)的信息通過RS232接口進入DTU(數據終端單元)，首先進行TCP/IP協議封包和無線調N/解調，再通過GPRS移動數據網絡傳送到移動公司的交換網絡，然后通過專線(光纖)傳送到調度中心新增的數據服務器進行協議轉換并傳送至前置機，同時將接收數據處理并存儲。
　　下傳信息： 來自工作站的信息首先經前置機傳送至數據服務器，由其處理后經專線發送到移動公司的交換網絡，再通過GPRS移動數據網絡發送到DTU進行無線調N/解調和TCP/IP協議解包，然后發送到RTU。
2、系統軟件
　　軟件采用面向對象編程技術，是電力專業應用與工業自動化監控組態軟件的完美結合，是一個組態靈活、開放性的軟件系統。可以充當通信管理機，具備多種標準電力規約的并發采集與轉發功能，不但可以作為SCADA系統的平臺軟件來實現四遙及綜合管理監控的功能。還可以在變電站綜合自動化、配電自動化、智能變配電自動化等電力行業中作為通信前置機管理軟件。
　　1）規約采集
　　可以與多種硬件廠商的設備進行通信，具備電力自動化系統中的101，103，104，CDT，Modbus，1801，DNP等多種標準規約采集標準，且支持各電力設備廠家的保護測控裝置、直流屏、小電流選線等多種裝置。
　　2）規約轉發
　　具備性能良好的數據轉發規約驅動開發平臺，可以將按多種規約進行數據采集的設備以不同的規約進行數據轉發，模塊可根據用戶需求靈活開發，目前支持101，104，CDT，Modbus，1801，DNP等多種標準規約的轉發，可以作為自動化系統的規約轉換平臺。
三、GPRS DTU系統應用　　
1、應用范圍
　　1）可用于解決部分投資大且難以實現數據傳輸的110kV及35kV變電站的數據通道。
　　2）可用于解決分布范圍較廣的6kg開閉所的數據上傳。
　　3）可作為應急補充手段，在故障時替代部分老化嚴重、難以維持的通信設備所提供的數據通道，如電力載波及一點多址設備，自1994年至1995年投入運行至今，連續運行已近12年，設備嚴重老化，各類故障頻繁出現，因廠家已停止生產，難以維持正常運行，尤其是一點多址設備，傳輸的大部分為關口變自動化數據，故障時需及時恢復。
2、經濟效益分析
　　用光通信方式解決前面所提到的2座llOkV變電站的數據傳輸需投資約350萬元，按設備10年期壽命計算每站每年約投資7.5萬元 解決一個站端數據上傳即使用最經濟的載波或擴頻通信方式也需15-30萬元，按設備10年期壽命計算每站每年約投資1.5-3萬元 且上述兩種方式均不含人工及維護費 如用GPRS DTU技術，按30個點投資25萬元、設備10年期壽命計算，解決一個站端數據上傳每年約投資3500元，且不需人工及維護費。
四、GPRS DTU結束語
　　采用GPRS DTU無線數據傳輸業務，能有效提高電力調度數據網的覆蓋范圍，解決部分現有自動化數據網絡所無法解決的問題，實現對自動化數據網絡的優化和補充。但因GPRS DTU技術受帶寬所限，最大為45K，對一個變電站只能提供一條數據傳輸通道，而不能同時傳輸電話、圖象及其他數據業務。另外，截至目前為止，GPRS DTU技術的試驗范圍僅局限于常規變的SYR-A型遠動設備，綜自變的應用還有待于進一步探討，所以，GPRS DTU模塊有效的解決的油田數據無線傳輸，助力了油田自動化的進程。