浅谈天然气长输管道通信方案的选择

摘 要:天然气长输管道的通信系统是天然气长输管道建设的重要组成部分,通信方案选择的正确与否不仅是通信系统在天然气长输管道管理、建设、投产、维护、运行和抢险中能否发挥其作用的关键,而且还关系到能否实现通信方案设计的目的、关系到工程投资的时效性、经济性、合理性和可靠性,决定着整个通信系统质量。根据通信系统在天然气长输管道行业的应用特点,天然气长输管道通信方案主要有专用光缆通信方案、公网通信方案和专用卫星通信方案。文章重点对天然气长输管道通信方案的选择进行了探讨。

关键词:天然气长输管道 通信 方案 选择

中图分类号:F416.22 文献标识码:A

文章编号:1004-4914(2010)08-253-02

长距离天然气输气管道(几百公里或几千公里)是油气储运工程的重要组成部分。近几年来,随着我国石化天然气工业的跨越式发展,天然气这种清洁能源在国民经济发展中的使用比例持续增长。天然气使用量的增长促进了国内长距离天然气输气管道的发展。由此可见,长距离天然气输气管道在油气储运工程中的地位必将进一步加强(长距离天然气输气管道以下简称“长输管道”)。

长输管道通信系统是与长输管道同时平行建设的重要项目,是完成长输管道管理、建设、投产、维护、运行和抢险的必备手段。特别是自20世纪80年代以来,自动化、通信与遥控技术是长输管道技术中发展最快的一个方面。目前,国内外普遍采用SCADA(监控及数据采集)系统对长输管道或管网进行全线或区域集中控制,SCADA系统必须依赖长输管道通信系统对输气管线或管网的设备状态,运行参数进行遥测、遥控、遥调,从而实现各站、场的无人值守、无人操作,使长输管道建设向自动化、智能化的方向发展。

没有长输管道通信系统的长输管道是不可能正常运行的。天然气长输管道如果没有长输管道通信系统是不可想象的。天然气长输管道通信系统在长输管道的建设、维护与管理中具有如此重要的作用,那么,究竟采用哪种通信方式更具有效性,是一个非常值得探讨的问题。下面是笔者的一些粗略看法,供同行探讨。

一、专用光纤长输管道通信系统

专用光纤通信系统是在长输管道建设的同时,沿长输管道同沟敷一条或数条光缆,同时沿线一般建设若干个SDH/MSTP光传输通信站,使用G.652光纤。干线网络一般选用同步数字系列STM-16等级的光传输设备,传输容量2.5Gbit/s,专用光纤传输系统有以下主要功能:一是为天然气长输管道SCADA系统提供可靠的数据传输通道;二是为天然气长输管道生产调度提供可靠的通信通道;三是为天然气长输管道例行巡检、故障排除、抢险救灾提供通信保障;四是为生产现场自动操作及工业电视监视系统提供传输通道;五是为天然气长输管道行政管理提供视频、音频和数据通信信道;六是为天然气长输管道信息化建设提供网络传输通道。

专用光纤通信系统是一种设计非常理想的天然气长输管道通信系统,它最大的优势在于传输容量巨大,一般干线容量2.5Gbnt/s,能够满足当前及今后发展的需要。

但是,这种通信系统的缺点也是显而易见。

首先,该通信系统时效性较差,施工速度缓慢。因为在上千公里的施工路途上,分布着不同的施工队伍,这些队伍分属不同的部门,在人员、设备、施工经验、管理水平等方面存在着不小的差距;再有沿途一般要经过山川、丘陵、河流、水网、农田或是戈壁沙漠等复杂地形,且沿线施工气候多变,风、霜、雨、雪、交替显现,这些主观的和客观的因素,对施工速度和质量的影响不可小视。尤其在上千公里的长输管道建设中,光缆的敷设常常落后于天然气长输管道施工建设,与之配套的SDH/MSTP设备也常常因通信机房建设滞后而无法安装。在天然气长输管道建设的初期以及分段投产的过程中,该通信系统根本不能胜任它所应有的功能。其次,该通信系统投资较大。物资方面,要敷设几百更多是上千公里的硅芯管、光缆、成百个光纤接续盒、接续盒保护箱等等。工程方面,施工队伍多、牵扯面广、占地费、补偿费等名目繁多,加之分属不同的行政区域,协调困难。这些因素都加大了投资费用,而且即使在建成之后光缆的维护、检修和抢修的费用也为数不小。第三,该系统的稳定性也值得商榷。因为天然气长输管道沿途地形复杂,沿线气候多变,人为事故或是自然灾害对光缆的安全性都构成威胁;再有上千个光缆接头的稳定性也令人担忧。第四,该系统光缆一旦出现故障,抢修是一件非常困难的事。光缆埋于地下断点位置不易确定,及时位置确定,抢修人员和机械到达故障点的时间也较长;现场开挖土方相当困难,水网地带排水较难,山区丘陵地带大型机械施展不开,有时为更换一段光缆需多处开挖土方。抢修的实效性能否得到保障,还值得商榷和实践检验。

二、公网天然气长输管道通信系统

该系统就是利用现有的公网通信网络,组建专用的天然气长输管道通信系统。可采用SDH、PDH、DDN等通信方式,同样可以完成长输管道通信系统的六大功能。这种通信系统具有见效快,建设周期短的优势。

但是,该系统也存在着明显的缺点。首先,天然气长输管道跨越多个省、市行政区域,网络的建设、运行、管理具有较大的不确定性,各部门使用的通信设备也不尽相同,网络的稳定性较差。其次,对整个网络的维护和使用难以行成统一的调度和指挥,不利于该系统发挥最大的效能,尤其是在突发事故抢险抢修方面矛盾更加突出。第三,在一些复杂地域,架空或地埋光纤很难进入到现场,施工相当困难。第四,该系统一般是租用公网电路,传输带宽受到一定的限制,很难满足大容量的视频会议和工业监控图像的传输。

三、天然气长输管道卫星通信系统

天然气长输管道卫星通信系统就是采用卫星通信作为天然气长输管道的主要通信手段,为在天然气长输管道建设、投产和后期运行维护中为SCADA数据、生产调、行政电话、传真、图像提供传输信道。

天然气长输管道卫星通信系统可采用KU波段VSAT卫星通信系统,以时分复用/时分多址(TDM/TDMA)方式传输实时数据;以单路单载波(SCPC)方式传输语言信号。

该系统具有以下优点:一是通信覆盖面积大,可覆盖中国境内及周围邻国。建站不受地理位置地面距离以及地形地貌的限制,系统建设速度较快,基本可以与天然气长输管道建设同步进行,在天然气长输管道建设的初期就可以发挥它的作用,时效性较好。二是网控站具有很强的集中网管功能,不受行政区域划分的限制。可形成统一的调度和指挥,网控站可以方便地对远端站进行软件下载,远程监控,可实现无人值守,网络的安全性较高。三是卫星通信信道大部分在外层空间,不受多变气象以及人为因素的干扰,稳定性较好。四是采用独立建网的卫星通信系统具有较大的扩容潜力,并且扩容简便快捷。五是该系统可配备静中通移动卫星通信车,组成卫星应急通信系统,在发生自然灾害或突发事件时,可迅速达事故地点,组成现场指挥系统。六是该系统也可方便地接入公网系统。七是天然气长输管道卫星通信系统的建设投资项目较少,参与全线运行维护及管理的技术人员配置较少,整体投资合理。八是随着我国航天技术和通信卫星技术的飞跃发展,阻碍卫星通信技术发展的瓶颈已被打开,技术稳定可靠,成本更为合理。

四、通信方案的选择

任何一种通信方案的确立都需综合考虑当地的自然条件、设备技术性能、初期建设费用、长期维护管理等诸多因素。

天然气长输气管道通信的基本特点是:一是大部分管道途经山川、丘陵、河流、水网、农田或是戈壁沙漠等复杂地形,且沿线气候多变,风、霜、雨、雪、交替显现,人为或是自然的突发事件较多。二是每条管道一般均有一个调度控制中心,沿线还有必要的输气管理部门。通信站点一般设在沿线各站场。每个站需与调度控制中心建立通信联络,并与有关的输气管理部门保持通信能力。三是大部分RTU阀室为无人值守站,工作环境较恶劣。使用简化供电系统,通信设备耗电量要小是一个重要的考虑因素。四是在故障发生时,抢修速度一定要快,时效性非常强。

根据天然气长输管道的实际情况,综合考虑技术、经济、运行维护、故障抢修及今后发展等各种因素,笔者认为应优先选择专用卫星通信为主、公网通信为辅的通信方案作为天然气长输管道主用通信方案。

五、卫星专网通信方案的优势

1.该方案实施简单。设备安装调试简单,易于上手;运行环境要求低,易于实现,同时服务质量可以得到充分保障。

2.该方案移动性好。采用可搬动式野外型设备,人到那里,网络就可以覆盖到那里,时效性非常突出。

3.接入方式快捷。采用同步卫星对地球进行覆盖,卫星终端在陆地上基本可以做到无缝覆盖,用户可以随时随地接入Internet,进行数据传输。

4.提供多种功能。卫星终端在提供语音通信信道的同时,还可以提供数据传输功能,租用合理的带宽,亦可满足视屏会议、工业监控、SCADA数据上传等业务需求,而且数据和语音可以同时进行。

六、结论

综上所述,天然气长输管道易采用卫星通信为主、公网通信为辅的通信方案。它具有投资少、性能价格比高、功能强、可靠性高、信道稳定、管理容易、投入运行周期短等诸多优点。

(作者单位:中石化川气东送管道分公司鄂东管理处 湖北武汉 430074)

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