CN203722274U - 一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的供电系统，在每个无线收发节点设备处，供电系统包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，太阳能电池板安装在安装支架上，安装支架设置在煤层气生产井的井口处，安装支架通过支架基础固定在地面上，蓄电池设置在安装支架一侧的地下；无线收发节点设备设置在安装支架上，无线收发节点设备与设置在该煤层气生产井中的工艺参数采集设备和视频采集设备相连接，无线收发节点设备与设置控制中心的无线收发根节点设备之间通过无线网络构成无线通信连接；太阳能电池板与无线收发节点设备相连接，太阳能控制器连接在太阳能电池板与蓄电池之间。

Description

一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的供电系统

技术领域

本实用新型涉及煤层气生产井监控领域，具体而言，涉及一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的供电系统。

背景技术

煤层气俗称“瓦斯”，存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。但其开采、集输的技术难度大，建设和运营成本较高。

煤层气具有不同于常规油气集输的生产特点：

煤层气井多、井距小、低压、低产（不足天然气井的1/10），经济效益不高；

煤层气井场位于偏远山区，部分区域无无线公网信号的覆盖，通信困难；

自动化水平不高，采用就地仪表，依靠人工巡井抄表和人工操作；

井场分布广（井多），地形复杂（山峦重叠、沟壑纵横），人工巡井工作量巨大，恶劣天气时无法达到井场；

煤层气研究和开发在“十一五”取得了丰硕的成果，但实际生产中仍然存在的一定问题：

无信号覆盖区域成为监控盲区，过分依赖移动运营商；

视频监控成本居高不下；

工艺参数得不到及时调整，煤层气集输效益难以提高；

流程自动切换及突发事件应急处理不及时；

煤层气不同于常规油气（如天然气），其具有低压、低产、井多并且多处于偏远山区等生产特点，自动化水平低、经济效益低、安全水平低严重阻碍了煤层气工业的发展。主要原因之一为井区的通信网络链路问题，即井场工艺数据/视频数据无法上行至中控室，中控室的控制指令无法下行至井场。

随着煤层气规模开发，提高集输的安全性和经济效益，这些问题显得更为突出。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的供电系统，用以为用于煤层气生产井无线节点通信网络提供电能。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的供电系统，在每个无线收发节点设备处，供电系统包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，其中：

太阳能电池板安装在安装支架上，安装支架设置在煤层气生产井的井口处，安装支架通过支架基础固定在地面上，蓄电池设置在安装支架一侧的地下；

无线收发节点设备设置在安装支架上，无线收发节点设备与设置在该煤层气生产井中的工艺参数采集设备和视频采集设备相连接，无线收发节点设备与设置控制中心的无线收发根节点设备之间通过无线网络构成无线通信连接；

太阳能电池板与无线收发节点设备相连接，太阳能控制器连接在太阳能电池板与蓄电池之间。

可选的，上述供电系统还包括稳压模块和浪涌保护模块，稳压模块连接在太阳能电池板与无线收发节点设备之间，浪涌保护模块与太阳能电池板相连接。

上述实施例根据煤层气生产特点和实际需求，通过对煤层气工业的工艺过程、现场特点、自动化现状、生产需求的详细调研与分析，通过对有线网络、无线网络及无线网络技术的全方位的比较，最终确定了“利用802.11n技术建立主干网络，以树型冗余拓扑为主、静态结构优化与实时动态自愈合相结合”的无线节点网络技术方案，从而保证无线节点网络具有传输距离远、传输数据量大、实时性高、覆盖范围大、安全可靠、建设和运行维护费用低等特点。该无线节点网络应该具备以下技术优势：

摆脱了有线网络在煤层气田地处偏远山区应用环境下需要敷设线缆的束缚，不仅降低了建设成本和后期维护成本，而且缩短了建设周期；

克服了有线网络容易遭受人为或意外破坏的问题，降低了由于监控网络故障、失修而造成的无法实时监控的风险；

无线主干网络提供了宽带宽的通信链路（大于20Mbps），满足煤层气集输工艺需要同时监测现场工艺变量和视频图像的多应用远程监控要求；

数据或视频图像采集终端直接与主干网络无线通信，摒弃了原有的RTU单元，从而减少了现场的供电设备以及隐含故障点；

易拓展的“根-枝-叶”的网络拓展形式，扩展费用低、扩展施工周期短，满足煤层气滚动开发且监测需求不断增长的要求；

“利用802.11n技术建立主干网络，以根-枝-叶节点为主干元素，以树型冗余拓扑为主、静态结构优化与实时动态自愈合相结合”；使系统既具备802.11n系统的传输速率高的优势，又具备MESH网络鲁棒性强特点，提高主干网的数据传输速度和可靠性，保障了无线节点网络在煤层气领域的有效应用；

该网络采用了自建无线网络的形式，规避了GPRS/3G无线公网过渡依赖通信运营商的弊端，实现了生产区域的有效覆盖，扫清了监控盲点；

无线节点网络采用2.4GHz/5.8GHz的世界公用频段，无需申请，即插即用，而且由于是自建无线网络，无需租用，因此大大降低了数据采集及监控系统的运营成本，网络传输路径、流量、网络时延等主动可控；

该无线节点网络兼容多种国际开放标准，兼容性强，保护现有建设投资，降低建设成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一个实施例的用于煤层气生产井无线节点通信网络的供电系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型一个实施例的用于煤层气生产井无线节点通信网络的供电系统示意图。如图所示，在每个无线收发节点设备处，供电系统包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，其中：

太阳能电池板安装在安装支架上，安装支架设置在煤层气生产井的井口处，安装支架通过支架基础固定在地面上，蓄电池设置在安装支架一侧的地下；

无线收发节点设备设置在安装支架上，无线收发节点设备与设置在该煤层气生产井中的工艺参数采集设备和视频采集设备相连接，无线收发节点设备与设置控制中心的无线收发根节点设备之间通过无线网络构成无线通信连接；

太阳能电池板与无线收发节点设备相连接，太阳能控制器连接在太阳能电池板与蓄电池之间。

太阳能电池板模块是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

太阳能控制器模块的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，太阳能控制器模块还可以具备温度补偿的功能。蓄电池的作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，在无光照时（如阴雨天、夜间）将电能释放出来，供用电设备使用。

其中，工艺参数采集设备和视频采集设备采集该煤层气生产井中的工艺参数数据和视频图像数据，并通过无线收发节点设备无线发送给无线收发根节点设备。

例如，上述供电系统还包括稳压模块和浪涌保护模块，稳压模块连接在太阳能电池板与无线收发节点设备之间，浪涌保护模块与太阳能电池板相连接。浪涌保护模块、稳压模块等附件的主要功能是防止在室外空旷的场所里受到雷击而损坏设备以及提供稳定电压的附属模块。

多个无线收发节点设备与无线收发根节点设备组成无线节点网络，以根-枝-叶节点为主干元素，以树型冗余拓扑结构为主、静态结构优化与实时动态自愈合相结合。可以利用802.11n技术建立主干网络，在此基础上保持MESH网络的动态自愈合能力，使系统既具备802.11n系统的传输速率高的优势，又具备MESH网络鲁棒性强特点，其主要特点如下：

井场/集气阀组至增压站之间的无线主干网络采用基于802.11N点对多点的树型网络拓扑，保障主干网的传输率；满足煤层气数据采集及监控系统快速、宽带宽、可靠、中距离的无线传输要求；利用802.11N设备的通用性，提高系统的可维护性和今后的升级换代。此外，视频设备可只与主干网连接，通过UDP传输图像数据。

上述实施例根据煤层气生产特点和实际需求，通过对煤层气工业的工艺过程、现场特点、自动化现状、生产需求的详细调研与分析，通过对有线网络、无线网络及无线网络技术的全方位的比较，最终确定了“利用802.11n技术建立主干网络，以树型冗余拓扑为主、静态结构优化与实时动态自愈合相结合”的无线节点网络技术方案，从而保证无线节点网络具有传输距离远、传输数据量大、实时性高、覆盖范围大、安全可靠、建设和运行维护费用低等特点。该无线节点网络应该具备以下技术优势：

摆脱了有线网络在煤层气田地处偏远山区应用环境下需要敷设线缆的束缚，不仅降低了建设成本和后期维护成本，而且缩短了建设周期；

克服了有线网络容易遭受人为或意外破坏的问题，降低了由于监控网络故障、失修而造成的无法实时监控的风险；

无线主干网络提供了宽带宽的通信链路（大于20Mbps），满足煤层气集输工艺需要同时监测现场工艺变量和视频图像的多应用远程监控要求；

数据或视频图像采集终端直接与主干网络无线通信，摒弃了原有的RTU单元，从而减少了现场的供电设备以及隐含故障点；

易拓展的“根-枝-叶”的网络拓展形式，扩展费用低、扩展施工周期短，满足煤层气滚动开发且监测需求不断增长的要求；

“利用802.11n技术建立主干网络，以根-枝-叶节点为主干元素，以树型冗余拓扑为主、静态结构优化与实时动态自愈合相结合”；使系统既具备802.11n系统的传输速率高的优势，又具备MESH网络鲁棒性强特点，提高主干网的数据传输速度和可靠性，保障了无线节点网络在煤层气领域的有效应用；

该网络采用了自建无线网络的形式，规避了GPRS/3G无线公网过渡依赖通信运营商的弊端，实现了生产区域的有效覆盖，扫清了监控盲点；

无线节点网络采用2.4GHz/5.8GHz的世界公用频段，无需申请，即插即用，而且由于是自建无线网络，无需租用，因此大大降低了数据采集及监控系统的运营成本，网络传输路径、流量、网络时延等主动可控；

该无线节点网络兼容多种国际开放标准，兼容性强，保护现有建设投资，降低建设成本。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种用于煤层气生产井无线节点通信网络的供电系统，其特征在于，在每个无线收发节点设备处，所述供电系统包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，其中：

所述太阳能电池板安装在安装支架上，所述安装支架设置在煤层气生产井的井口处，所述安装支架通过支架基础固定在地面上，所述蓄电池设置在所述安装支架一侧的地下；

所述无线收发节点设备设置在所述安装支架上，所述无线收发节点设备与设置在该煤层气生产井中的工艺参数采集设备和视频采集设备相连接，所述无线收发节点设备与设置控制中心的无线收发根节点设备之间通过无线网络构成无线通信连接；

所述太阳能电池板与所述无线收发节点设备相连接，所述太阳能控制器连接在所述太阳能电池板与所述蓄电池之间。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括稳压模块和浪涌保护模块，所述稳压模块连接在所述太阳能电池板与所述无线收发节点设备之间，所述浪涌保护模块与所述太阳能电池板相连接。