油气管道微波通信系统设计.pdf

石油天然气学报 江汉 石油学院学报2 0 1 3 年 8 月 第 3 5 卷 第 8 期 J o u r n a l o f Oi l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A u g ． 2 0 1 3 V o 1 ． 3 5 N o ． 8 油气管道微波通信系统设计 刘永军 中国 石油天 然气管道工程有限公司， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 闫志强 中国 石油天 然气管道局国际事业部， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 闫丽 中国 石油管道学院， 。 河北廊坊0 6 5 0 0 0 [ 摘 要]微波通信技术是在 油气管道 行业应用较早 的通信方 式，在光纤通信 已经 普及 的今天 ，仍 然以其不 可替代 的优势发挥着重要作 用。结合 油气管道 建设 实例 ，介 绍 了微 波通信特 点、组成 、设 计 方法、设计 过 程中应注意的 问题等 ，为油气管道建设 中的微 波设计总结经验 ，以便 日后工程借鉴 。 [ 关键词]油 气管道 ；微 波通信 ；铁 塔高度 ；余 隙；等效地球半径 系数 ；断面 [ 中图分类号]T E 9 7 8 [ 文献标 志码]A [ 文章编号 ]1 0 0 0 ～9 7 5 2 2 0 1 3 0 8 0 3 6 9 0 4 微波是一种 电磁波 ，微波射频为 3 0 0 MHz 3 0 0 GHz ，波长在 1 ～l O 0 0 mm，它的波长与长波、中波 与短波相比来说要 “ 微小”得多 ，所以得名为 “ 微波” 。微波通信技术 问世半个多世纪以来 ，作为微波 频段信号通过地面视距信息传播的一种无线手段 ，经历 了由模拟到数字的转变 。2 o世纪 8 o年代末以后 基本 上 就都 淘 汰 了模 拟微 波 ，现在 所讲 的微 波 都是 指数 字微 波 。 微 波通 信技 术 是 中国石 油天 然气 管道 局 以下 简称 “ C P P ” 应用 较早 的长 距离 干线 数 据传 输 方式 。 随着管道信息化建设 的需求及光纤通信技术 的发展 ，光纤通信传输平 台已经成为 了 C P P长输管道业务 传输的首选通信方式，且 中石油已组建了庞大的光通信 网络 。但是微波通信作为一种无线通信方式 ，有 着光通信不可替代的优势，仍然在油气管道通信中占有非常重要 的地位。 1 微波 系统 的特点 微波通信的频带宽 、容量较大，适用于电话、数据、图像等业务的传输。由于微波通信是在空中传 送 ，因此具有 良好的抗灾性能 ，受水灾、风灾 、地震等 自然灾害影响小。但是微波信号易受干扰 ，在同 一 微波 电路上 不能 在 同一方 向使 用相 同的频 率 ，因此微 波 电路 必须 经无 线 电管理 部 门审批 。此外 由于微 波 直线 传 播 的特性 ，在 电波 波束 方 向上不 能有 高楼 阻 挡 ，因此 还要 报批城 市规 划 部 门来 考虑 城市 空 间微 波通道 的规划 ，使之不受高楼的阻隔。 微波通信与光纤通信特点的比较见表 1 。从表 1可以看出，在跨越能力 、抗灾能力 、投资和建设周 期方面微波通信占有优势，因此能够在如今光纤通信技术一统天下的油气管道领域仍然 占有一席之地 。 表 1 微波通信 与光纤通信特点的 比较 微波通信 光纤通信 跨越 空间能力强 ，占地少 投 资少，周期短 ，维护方便 具有很强 的抗 自然 灾害能 力 频率 资源有 限，需要 申请频率 传输 质量受气候 和地形 的影 响大 传输 容量有 限 需要铺设光缆 ，占用土地 基础建设投资多 ，建设周期较长 需要室外光缆维护 ，易受 自然灾害影响 不受频率限制 ，无需 申请许可 传输质量稳定可靠 ，不受外来因素干扰 传输容量大 [ 收稿 日期] 2 0 l 3 0 62 3 [ 作者 简介 ]刘永 军 1 9 7 9 一 ，男 ，2 0 0 2年石油大学 华东毕业 ，工程师 ，现从事通讯设 计方面的工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 微 波系 统的组 皮 冀Journal o⋯f O il and～ G as ～T echn o ～ l o g y j ． J P I A u g ． 2 01 3藐 2 堕 KR 生 。 为 ～ 的 ～ ／ 隙 余 ～ 吼 ／ 射 ～ f f 大 虑 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5卷第 8期 刘永 军 等 油气管道微波通信 系统设计 式 中 h 、 h 为收 发天 线相 对 山 顶高 度 ， m； H 、 H 为 收发 点 山 顶 海 拔 高度 ， m； d 、 d 。 为 收发 点 至 障 碍 点 反射点 距离 ， k m； H。 为障碍点 反射点 海拔高度 ， I T I ；h 为障碍点 反射点等效地 面突起高度 ， m； K 为等效 地球 半径 系 数 ； R。 为地 球 半径 ， R。一 6 3 7 0 k m。 微 波 通信 线路 的每 一个 接力 段 ，在 所 考虑 的等 效 地球 半 径 系 数 K 值 变 化 范 围 内 ，电波 直射 线 与 下 方障碍物之间应有一定余隙值 。一般单障碍物余 隙值宜满足 以下标准 。 对 于 刃型 障碍 物 K K i 时 ， ≥ 0 ；K 一 4 ／ 3时 ， ≥ 0 ． 6 F 。 对于平滑地面及其他障碍物 K K 时 ， ≥ 0 ． 3 F ；K 一 4 ／ 3时， ≥ 0 ． 6 F 。 式 中 K 。 为 0 ． 1 9 ／ 5 所对 应 的统计 K 值 ； F 为 第一 菲涅 尔半 径 ， m。 根据路径余隙标准计算出来的微波天线挂高并不能保证可靠 的微波传输 ，这只是微波设计 的第一 步 ，许多情况下 由于微波余隙大大超出余隙标准反而会带来传输 问题 ，微波天线挂高并不是越高越好 。 余 隙标 准仅 是设 计微 波天 线挂 高 的手段 ，它并 不是 决定 天线 挂高 的必 要条 件 ，最终 天线 挂高 取决 于满 足 路由传播可靠性要求下的最低天线挂高。 微波链路设计还需考虑另外两点 直线型接力段间的越站干扰和与其他系统之 间的多系统干扰。当 路由接近直线时应仔细计算越站干扰；当微波链路附近有其他无线系统如卫星通信系统 、雷达系统 、其 他微波系统时，必须仔细核查 、仔细计算 ，以确定频段 、频点、极化 、站点位置、天线位置等防止存在 多 系统 间干扰 。 4 油气管道微波断面设计实例 油气 管道 的 站址是 根 据油气 输 送流 程计 算 出来 的 ，而并不 取 决于 建设 微波 站 的需求 ，也 就是说 油气 管道微波链路 的设计是先根据已经确定的微波站址基础上再进行微波链路设计 。所 以，经常会 出现两点 之 间有 阻 挡或 者距 离太 远等 情况 ，增 加 了微 波链 路 的设计 难度 。 下 面 是一个 实 际工 程 的例子 。一 个输 油 管道 有 2个站 场 Z OC和 Z MS之 间需要 建立微 波链 路 ，路 由 断 面见 图 3 。 叠 ． - l ‘ 看 一 2 ； ；； l ； ； ； _，／ ▲ 缓l ； ； ； ； ； ； 一 I ． l r ，重 量 叠 A l ； ； ； ； ； ； ≥ 簪 _一 一 tl I 。 l 萄 目 ， 一 搦 崩 ． A 1 ▲ 五 一 l 玖 l 翁 l O 5 1 0 1 5 2 0 2 5 Pa t h le n g t h4 0 ． 4 0 k m’ 图 3站 场 Z OC和 ZMS的 路 由 断 面 Z ， L a t it u d e 1 44 1 0 2 ． O 1 N L o n fl u d e 0 9 8 2 02 7 ．6 0 E A 西mu l h 2 5 7 ．6 7 口 E l e v a t i o n 4 5 5m ASL A n te n n aCL 11 4 ．Om AGL 4 0 咖 锄垂 }伽 蜘 咖| i咖 瑚伽 伽 如 。 E一 暑要母面 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 油 气管道 工程 2 O 1 3 年 8 月 由计 算结 果可 知 ，在 里程 1 6 ． 5 k m 处 ，有 一座 高 山遮 挡 了微 波 的视 距 。如 果使 微 波 链路 畅通 ，那 么 只能提 高铁塔 的高度 ，将 Z OC天线挂 高 定 为 1 2 0 m，Z MS天线 挂 高定 为 8 4 m，微 波塔 的塔 高 则会 更 高 。超高 的微波 塔在 工程造 价 、施工难 度 、设 备 的安装 维护 、人身 安全等 各方 面都不 利 。而 且 1 2 0多米 高 的塔建 在站 内与站 场整体 很不 协调 ，天线 基础 占地也较 大 ，约 4 0 0 m 。因此在这 2座站 场 内直接建 设 微 波链路 的方案 不合 理 。 解决方案可以在中间区域找一个相对的高点建设中继站 ，采用 2跳的方式消除视距遮挡 。但是该项 目中继站方案处在深山之 中，没有路可以走 ，征地 、修路、供电等各方面的成本也不经济。 ’ 从地图上看，Z O C地势较低 ，海拔只有 2 5 m，而 Z OC站西侧紧邻一座 山脉 ，因此 ，建议将 Z OC 站 的铁塔 建在 山上 ，就可 以降低 微波塔 高度 。 ’ 微 波塔 距离 Z O C站不 足 l k m，可 以敷 设 1条 光缆 和 1条 电力电缆，解决信号和供 电问题 。根据初步计算，Z O C天线挂高 1 5 m，Z MS天线挂高约 5 5 m，大幅度 降低 了铁 塔高 度 。新的微 波塔址 的微 波链 路断 面如 图 4所示 。 ‘ ； ； ； 孑 ≥ 蠡 ； 一 A 搦 l J 羞 参 ； ； ； ≥ 乎 一 ． 溉 嗣 阻 盈 ； 一 I - -- 一 ■ l 裼 娥 J l 幽 l 盈 ， 荔 纛 莲 0 5 1 0 5 2 0 2 5 P a t h le n g t h41 ． 3 2 k m 图 4 新 的微波塔址的微波链路断面 L a ti tu d e 1 44 1 0 2 ．0 1N L o n g it u d e 1 1 9 82 11 2 7 ． 6 0 E Az i mu th 2 5 7 1 5 口 E le v a t io n 4 5 5m AS l _ An te n n aC L 5 5 ．0m A GL 从 图 4 来 看 ，将 Z OC铁塔 建在 山上后 ，Z OC I F Z MS两 点均 为高点 ，中间 4 k m 处 有一 座 山 ，但 满 足余隙要求 ，可保证微波链路畅通。 这种方案既解决了塔高问题，又不需要建设 中继站 ，降低了施工和运行维护的难度和成本 。 5 结语 微 波是 一种无 线通信 方式 ，涉 及 的影 响 因素很 多 ，要 做好微 波链 路 的设 计 ，必须 了解微 波 的基本 内 容，掌握设计方法 ，并结合微波传输和油气管道通信 的特点，充分考虑视距、干扰、造价等各方面因 素，才能发挥微波通信的优势，使其更好地服务于油气管道建设 。 [ 编辑] 萧雨 咖 锄 舌 荸 珊 瑚 季 } 季 i 珊 瑚 伽 啪 ∞ 0 一 邑 c o I 毋 口 I | 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m