(大港油田公司第三采油厂 河北沧州 061035)
摘要：中压电力线宽带通信（MV-BPLC），是利用中压电力配电网作为数据通信的载体，将配电网转变为通信网络。文章介绍了基于OFDM的中压电力线宽带通信技术，建立“MV-BPLC+光纤”生产性专用网络，解决了陆上油田“最后一公里”的通信网络瓶颈。
关键词：OFDM;中压电力线宽带载波(MV-BPLC);井丛场;通信网络
引言：通信网络是数字化油田的高速公路，负责井丛场与生产管理调度中心的双向数据传递，是油气生产物联网系统的基础。目前，大港油田主要通过无线网络（GPRS、4G基站等）蜂窝通信技术来实现井丛场的生产数据通信与远动。由于其存在低通信速率、高建设成本、高运营成本等特点，油气井视频监控系统无法得到广泛的推广和普及。
配电网网络的结构复杂，分布广，节点多，覆盖了变电站、采油管理站和所有的油井丛场。中压电力线宽带通信（MV-BPLC）将中压电力配电网作为数据通信的载体，可以建设“MV-BPLC+光纤”生产通信网络。
1 电力线通信技术的概述
电力线通信(PLC，Power Line Communication)是指用电力线作为信号的传输介质；在发送端，电力线通信技术把载有信息的高频信号加载到电流上；在接收端，通过调制解调装置将高频有用信号从电流中分离出来，送到计算机或网络等终端，从而实现了电力线上的数据传输。
1.1 窄带载波通信技术
窄带载波通信技术是指载波信号频率范围≤500kHz的电力线载波通信，数据传输速率较低。采用这种通信方式时无需另外铺设通信线路，安装方便、可以方便地将电力通信网络延伸到电力线路沿线，实现对各种信息节点的通信、管理。
1.2 宽带载波通信技术
宽带载波通信技术（BPLC）指载波信号频率范围＞1MHz的电力线载波通信。它占用频带宽，数据传输速率高，数据容量大，双向传输，无需另外铺设通信线路，安装方便、可以方便地将电力通信网络延伸到低压用户侧。因其采用较高频率的载波信号，在电力线中信号衰减较快，因此在长距离通信中需要采用中继组网的方式。
1.3 技术对比
窄带和宽带电力线载波方式，在应用实施方式上有很多类似的地方，如借助电力线网络实现通信节点间免布线或少布线，但在通信机制、通信协议、载波和调制方式等方面具有巨大的差别。两者相比较来看，宽带电力线载波通信方式无疑具有较高的技术水平和性能，在速率、可靠性、扩展性上的优势尤为明显。
1)宽带载波基于TCP/IP网络技术，具有完善的链路层和网络层数据保护与验证，远非窄带载波所使用的各种轻量级结点组织和中继算法可比。
2)宽带载波通信速率高，可以在极短的时间内完成数据传输，可大大降低遭受突发干扰的影响，即使一次通信失败，也可迅速进行重发，确保数据可靠。
3)宽带载波芯片大都基于高性能32位核心和DSP技术制造，在技术等级和性能上都具有优势。
4)即使是在窄带载波较有优势的通信距离上，宽带载波通过OFDM等高性能调制方式，以及完善的中继组网机制，完全可以满足当前大部分场合的应用需求。
5)宽带载波通信性能高、速率快、扩展能力强，但其成本相对于窄带载波并未增加多少，因此具有性价比优势。
2 正交频分复用技术的技术原理
正交频分复用技术（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一种多载波调制技术(MCM，Multi-Carrier Modulation)。OFDM技术使信号在多个不同的频率上进行传送，使其信号的频带利用率大大提高，又通过特殊的编码技术，使其能有效地抵抗多径干扰，使受干扰的信号仍能可靠接受。
其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
3 电力网结构及输电线路的传输特性
3.1电力网结构
配电网呈现阶梯式的分布：超高压、高压、中压、低压，如图所示。
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电力网结构
超高压的范围是大于300kV，超过36kV的为高压，1kV以上36KV以下为中压，小于1kV指的就是低压。超高压和高压线为纯电力传送网；中压和低压线路构成配电网。中压线路直接进入油田井丛场的箱式变，低压线路进入油井设备驱动原油开采。BPLC利用配电网络来实现宽带传输。
3.2 输电线路的传输特性
输电线路用作信号传输线路时，其一次传输参数可用单位长度电阻R，电感L、电容C以及电导率G来描述。其中，R取决于导线的材料、尺寸等因素，G主要取决于导线的被覆层材料的特性。由于R和G的存在，信号沿线路传输时信号的能量不断损耗。
配电网中一段输电线路的传输函数H（f）还与信号频率有关。不同长度输电线路的传输函数的幅度随信号频率变化的实测曲线。由图可见，传输线路的衰减随信号频率和线路长度而变化，信号频率越高，衰减越大;线路越长，衰减越大，因此在BPLC频率分配时，应注意以下几个原则：信号的工作频段应在2-34MHz；由于低频段显示更低的衰减特性，故在室外线路上传输时宜采用低频段，如2－10MHz；使信号能传得更远一些；室内传输距离较短，而且电子器件在高频段产生的信道噪声小，所以在室内线路上传输时，宜采用高频段。
此外，线路的传输函数还与线路的分支程度有关。在中压网络中存在很多不同型号的电力电缆，这不但会引起传输函数衰减的增大，还会引起干扰，影响mv-BPLC的质量。
4 基于OFDM的油田井丛场中压电力线宽带通信解决方案
目前，大港油田的作业区和采油管理站已经建成了光纤通信网络；采油自然站和油田井丛场，因施工困难、高建设成本等因素，无法实现光缆敷设。通过“MV-BPLC+光纤”技术思路，建立油田综合生产通信网络。
该通信网络具有组网灵活的特点，可以组成星型通信网络、树形通信网络及混合通信网络，就近接入具备光纤资源的作业区、采油管理站、井丛场。除此之外，还具有以下特性：
1）通信速率高
针对配电网线路距离、受干扰程度的不同，电力MV-BPLC应用层通信速率能稳定达到20M-150Mbps，运行稳定可靠，完全满足视频监控系统、工控自动化系统的通信需求。
2）高可靠性和抗干扰性
OFDM技术将信息分配在1536个子信道上传输，采取智能检测信道和规避干扰的技术，最大限度的提高抗电磁干扰和多径干扰能力。对同频干扰，电力MV-BPLC的通信频率达到2-34MHz，远离一般电气设备所能产生的频率干扰，同时也远离6kV配电网的噪声和脉动干扰。
3）通信距离长
点对点的通信距离能达到1.5Km左右；通过中继模式（最高10级），可满足更长的线路通信需求。
4）工程实施简单
工程实施免布线，无土方作业，免断电安装，免调试；一般情况下，1小时左右即可以建立点对点的宽带通信通道。
5 结束语
“MV-BPLC+光纤”生产通信网络，解决了陆上油田的“最后一公里”通信网络瓶颈，对建设数字化油田具有积极的推动作用。
参考文献：
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