仲寬廣

摘 要：為提高智能變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性與可靠性，本文主要對(duì)變電站就地化保護(hù)無(wú)線接入方案設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了分析。文章首先分析了智能變電站就地化保護(hù)設(shè)備及接入要求，并介紹了相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)。其次，重點(diǎn)從計(jì)算機(jī)網(wǎng)關(guān)、接入與就地化保護(hù)、無(wú)線模塊方面，闡述了具體的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)對(duì)接入效果的觀察，證實(shí)了各項(xiàng)方案的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能變電站;就地化保護(hù);無(wú)線接入方案

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）23-0125-02

0 引言

智能變電站運(yùn)行過(guò)程中，各類風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生率較高。分布式電源接入等技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了供電的連續(xù)性，繼電保護(hù)裝置則出現(xiàn)了分散分布的特點(diǎn)。受其影響，間隔層與站控層設(shè)備之間，距離逐漸增加，管理難度加大。將就地化保護(hù)無(wú)線接入方案應(yīng)用到變電站建設(shè)過(guò)程中，可確保變電站安全運(yùn)行。可見(jiàn)，對(duì)就地化保護(hù)無(wú)線接入方案進(jìn)行設(shè)計(jì)較為重要。

1 智能變電站就地化保護(hù)設(shè)備特點(diǎn)及接入要求

1.1 就地化保護(hù)設(shè)備特點(diǎn)

智能變電站中，就地化保護(hù)設(shè)主備的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下方面：（1）智能變電站需于戶外運(yùn)行，受天氣的影響，設(shè)備極容易出現(xiàn)故障。因此，保證就地化保護(hù)設(shè)備防護(hù)性能力良好較為重要，如此方可減少自然因素對(duì)設(shè)備的影響，保證智能變電站連續(xù)運(yùn)行。（2）智能變電站中的就地化保護(hù)裝置，具有可擴(kuò)展性良好的特點(diǎn)。該特點(diǎn)的存在，為就地化保護(hù)無(wú)線設(shè)計(jì)提供了有利的支持。（3）智能化設(shè)備具有便于運(yùn)行、便于調(diào)試的特點(diǎn)[1]。此外，各項(xiàng)設(shè)備同樣具備統(tǒng)一的輸出接口，便于進(jìn)行無(wú)線接入設(shè)計(jì)。（4）就地化保護(hù)裝置，與航空插頭相互連接，能夠與其他設(shè)備相連，改善保護(hù)效果。對(duì)就地化保護(hù)無(wú)線接入方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)上述特點(diǎn)的重視。

1.2 就地化保護(hù)無(wú)線接入要求

明確就地化保護(hù)無(wú)線接入設(shè)計(jì)要求，是提高設(shè)計(jì)水平、改善智能變電站運(yùn)行效果的關(guān)鍵。具體的設(shè)計(jì)要求，主要體現(xiàn)在以下方面：（1）抗干擾：所謂抗干擾性，指智能變電站可在多種干擾因素的影響下可靠運(yùn)行的狀態(tài)。通常情況下，噪聲為干擾智能變電站運(yùn)行的主要因素，而噪聲則一般來(lái)源于大物件的遮擋。進(jìn)行就地化保護(hù)無(wú)線接入設(shè)計(jì)時(shí)，需重點(diǎn)對(duì)噪聲進(jìn)行預(yù)防[2]。（2）可靠性：所謂可靠性，指智能變電站設(shè)備均可無(wú)故障運(yùn)行的狀態(tài)。因智能變電站運(yùn)行環(huán)境特殊，為提升運(yùn)行的可靠性，需在就地化保護(hù)無(wú)線接入設(shè)計(jì)的過(guò)程中，充分考慮環(huán)境問(wèn)題。（3）實(shí)時(shí)性：所謂實(shí)時(shí)性，指智能變電站連續(xù)不間斷運(yùn)行的狀態(tài)。

2 智能變電站就地化保護(hù)無(wú)線接入關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多設(shè)備接入

多設(shè)備接入技術(shù)，為智能變電站就地化保護(hù)無(wú)線接入設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。智能變電站具有保護(hù)裝置分散的特點(diǎn)，且保護(hù)裝置總量大。如未給予監(jiān)測(cè)，很難了解各個(gè)保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)。因此，需利用大量的監(jiān)測(cè)裝置，進(jìn)行無(wú)線接入設(shè)計(jì)。本課題主要采用增強(qiáng)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)含有一個(gè)中心，且含有多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，與中心相連接。而中心則與網(wǎng)關(guān)連接，可供多設(shè)備接入[3]。采用上述技術(shù)對(duì)智能變電站就地化保護(hù)無(wú)線接入方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，可有效避免變電站因保護(hù)裝置過(guò)于分散而發(fā)生故障。

2.2 多樣化傳輸

多樣化傳輸技術(shù)，同樣為智能變電站就地化保護(hù)無(wú)線接入設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)之一。該技術(shù)中，物理層以IEEE 802.11n為主。該層的功能，以對(duì)數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題進(jìn)行控制為主。通常情況下，物理層可以借助不同的調(diào)制解調(diào)方法，為多樣化的數(shù)據(jù)傳輸提供支持。為提高智能變電站運(yùn)行的連續(xù)性，確保數(shù)據(jù)采集連貫且暢通，設(shè)置多樣化地址同樣較為重要。一般情況下，我國(guó)電力系統(tǒng)所應(yīng)用的WIA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，含有唯一的64位長(zhǎng)地址，且含有兩個(gè)短地址。上述多樣化傳輸技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)就地化保護(hù)無(wú)線接入方案設(shè)計(jì)水平的提升，具有重要價(jià)值。

2.3 可靠傳輸技術(shù)

所謂可靠傳輸技術(shù)，指確保智能變電站可連續(xù)運(yùn)行，且其運(yùn)行數(shù)據(jù)可被可靠的傳輸?shù)较鄳?yīng)終端的技術(shù)。本設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的可靠傳輸技術(shù)，需要依靠重傳而實(shí)現(xiàn)。因智能變電站具有運(yùn)行環(huán)境質(zhì)量差的特點(diǎn)，且運(yùn)行區(qū)域內(nèi)多伴有電磁干擾，如未確保其可靠準(zhǔn)確，極容易影響供電的連續(xù)性。為解決上述問(wèn)題，本文以重傳等方式為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并采用以下公式，對(duì)其可靠度進(jìn)行了計(jì)算：

R（t）=P（T>t）（t≥0）

上述公式中，R（t）代表可靠度，P（T>t）指在某個(gè)時(shí)刻的可靠性。確保變電站運(yùn)行可靠后，應(yīng)以多次廣播重傳為準(zhǔn)，完成重傳的過(guò)程，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β剩纳苽鬏斝Ч?/p>

3 智能變電站就地化保護(hù)無(wú)線接入方案設(shè)計(jì)與效果

3.1 就地化保護(hù)無(wú)線接入方案設(shè)計(jì)

3.1.1 計(jì)算機(jī)及網(wǎng)關(guān)

計(jì)算機(jī)與網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。具體設(shè)計(jì)方法如下：（1）計(jì)算機(jī)：對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)以IEE 802.11n標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)繼而網(wǎng)路結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇。本系統(tǒng)中，接入網(wǎng)絡(luò)以星型結(jié)構(gòu)為主。此外，還需以自適應(yīng)調(diào)頻技術(shù)為準(zhǔn)進(jìn)行接入設(shè)計(jì)，保證接入網(wǎng)絡(luò)可靠。本系統(tǒng)中，主控計(jì)算機(jī)位于變電站站控層，可用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析。（2）網(wǎng)關(guān)：電力系統(tǒng)中，網(wǎng)關(guān)的功能在于為網(wǎng)關(guān)設(shè)備提供接入網(wǎng)絡(luò)，且能夠?yàn)樽冸娬咎峁㎝MS接口。此外，網(wǎng)關(guān)設(shè)備同樣具有安全管理之功能。采用上述方法對(duì)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)，有助于提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕_保網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步，改善無(wú)線接入效果。

3.1.2 接入與就地化保護(hù)

接入與就地化保護(hù)設(shè)計(jì)，同樣為統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。兩者的設(shè)計(jì)方法具體如下：（1）接入設(shè)備：就地化保護(hù)無(wú)線接入方案中，接入設(shè)備以無(wú)線設(shè)備為主。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使其成為網(wǎng)絡(luò)信息交換的樞紐，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)。當(dāng)收到數(shù)據(jù)以及控制命令后，系統(tǒng)可立即將其傳輸給保護(hù)設(shè)備，而保護(hù)設(shè)備則應(yīng)接收指令，并予以執(zhí)行。如系統(tǒng)存在故障，當(dāng)保護(hù)設(shè)備接收到系統(tǒng)命令后，可立即實(shí)現(xiàn)報(bào)警，提醒有關(guān)人員對(duì)故障進(jìn)行處理。（2）就地化保護(hù)：就地化保護(hù)設(shè)備應(yīng)于一次設(shè)備附近安裝，采用上述方法安裝，可有效提高一次設(shè)備運(yùn)行參數(shù)提取的實(shí)時(shí)性與可靠性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的控制。

3.1.3 無(wú)線模塊設(shè)計(jì)

智能變電站中，無(wú)線模塊包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層等多個(gè)層次構(gòu)成。上述各層中，不同層的特點(diǎn)及功能存在差異。本文所設(shè)計(jì)的無(wú)線模塊，網(wǎng)路處理器型號(hào)以RT3050 Ralink為主。為保證無(wú)線接收器能夠?qū)崟r(shí)接收到相應(yīng)的信息及數(shù)據(jù)，應(yīng)對(duì)無(wú)線收發(fā)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，以RT 3050作為核心處理器，并設(shè)備存儲(chǔ)器接口、總線接口為基礎(chǔ)，保證系統(tǒng)功能完善。

3.1.4 抗干擾設(shè)計(jì)

電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，如受到干擾，容易導(dǎo)致運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性下降，對(duì)供電的連續(xù)性造成影響。對(duì)智能變電站運(yùn)行產(chǎn)生干擾的信號(hào)，一般來(lái)源于地面、水及空中?？刹捎靡韵鹿?，對(duì)接收端的信號(hào)功率進(jìn)行計(jì)算，從而判斷變電站運(yùn)行期間的干擾程度：

S=Ps+Gs+Gr-Lsp

上述公式中，S代表接收端信號(hào)功率，Ps代表傳輸信號(hào)功率，Gs與Gr，均代表天線增益。兩者的差異在于，前者代表傳輸增益，后者則代表轉(zhuǎn)發(fā)增益，Lsp代表?yè)p耗。計(jì)算上述公式后，便可得出當(dāng)前的接收端信號(hào)功率。有關(guān)人員應(yīng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)抗干擾方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)水平。

3.2 就地化保護(hù)無(wú)線接入方案設(shè)計(jì)效果

為判斷本文所設(shè)計(jì)的就地化保護(hù)無(wú)線接入方案應(yīng)用效果，本文在設(shè)置相應(yīng)設(shè)計(jì)環(huán)境的基礎(chǔ)上，對(duì)智能變電站的抗干擾、可靠性、實(shí)時(shí)性情況進(jìn)行了觀察。

3.2.1 測(cè)試環(huán)境

本文主要選取330kV就地化線路作為測(cè)試線路，對(duì)智能變電站A與B的運(yùn)行情況進(jìn)行了觀察。本測(cè)試環(huán)境下，測(cè)試頻段主要包括三種，分別為2412MHz、2462MHz以及437MHz，測(cè)試溫度為15～25℃，測(cè)試濕度為25～80%，壓力為100kPa。測(cè)試所用儀器，主要包括接入設(shè)備、PC機(jī)以及就地化設(shè)備等。330kV變電站運(yùn)行期間，數(shù)字化故障濾波器的功能，在于對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)試時(shí)，應(yīng)保證濾波器與其他設(shè)備能夠相互連接，保證數(shù)據(jù)能夠被傳輸至計(jì)算機(jī)終端中，供有關(guān)人員對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行分析。測(cè)試時(shí)，為保證溫度與濕度能夠控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，應(yīng)于就地化裝置之外，安裝傳感器，利用傳感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對(duì)其進(jìn)行傳輸。

3.2.2 抗干擾效果

為評(píng)估本文設(shè)計(jì)的就地化保護(hù)無(wú)線接入抗干擾性能，本文于測(cè)試期間，將組網(wǎng)加入了電磁干擾，并展開(kāi)了測(cè)試。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)讀取碼片數(shù)量為10時(shí)，振幅值一般為4、5及8。通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)，上述振幅值呈逐漸遞增的趨勢(shì)。以上述振幅值為基礎(chǔ)，對(duì)智能變電站干擾值進(jìn)行計(jì)算，便可得到最終的計(jì)算結(jié)果，從而確定不同強(qiáng)度干擾下的不同誤碼率。

3.2.3 可靠性效果

為評(píng)估本文設(shè)計(jì)的就地化保護(hù)無(wú)線接入方案，在保證智能變電站運(yùn)行可靠性方面的應(yīng)用效果，本文于測(cè)試期間，分別對(duì)無(wú)干擾環(huán)境、物體遮擋環(huán)境、高斯白噪聲環(huán)境下的變電站運(yùn)行效果進(jìn)行了觀察。測(cè)試結(jié)果顯示，處于無(wú)干擾環(huán)境中時(shí)，就地化保護(hù)無(wú)線接入系統(tǒng)運(yùn)行狀況較為理想，未見(jiàn)異常發(fā)生。當(dāng)干擾模式以同頻干擾為主時(shí)，接入系統(tǒng)的信噪比有所降低，且可見(jiàn)白噪聲。當(dāng)存在物體遮擋時(shí)，如將6臺(tái)設(shè)備投入使用，當(dāng)發(fā)包數(shù)為200000時(shí)，收包數(shù)為19999，收包成功率，可達(dá)到99.9%。上述研究結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的就地化保護(hù)無(wú)線接入方案，可靠性較強(qiáng)。

3.2.4 實(shí)時(shí)性效果

為評(píng)估就地化保護(hù)無(wú)線接入方案的實(shí)時(shí)性效果，本文以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行了分析，采用數(shù)據(jù)到達(dá)與發(fā)送時(shí)間之間的差值，作為數(shù)據(jù)包延時(shí)時(shí)間，評(píng)估了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)施性。延時(shí)時(shí)間越短，則傳輸實(shí)時(shí)性越強(qiáng)。測(cè)試中所接入的設(shè)備數(shù)量，主要包括6臺(tái)、9臺(tái)、12臺(tái)三種。打開(kāi)ESC矢量信號(hào)發(fā)生器后，噪聲可產(chǎn)生，對(duì)信號(hào)傳輸造成干擾。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，無(wú)干擾環(huán)境下，時(shí)間傳輸最大延時(shí)為9.6s。隨著干擾的出現(xiàn)，延時(shí)逐漸增加，但均處于可接受的范圍內(nèi)。上述研究結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的保護(hù)無(wú)線接入方案，應(yīng)用價(jià)值值得肯定。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)智能變電站就地化保護(hù)無(wú)線接入方案設(shè)計(jì)問(wèn)題的研究，不僅增強(qiáng)了變電站的抗干擾性能，且提升了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與實(shí)時(shí)性，取得了良好的設(shè)計(jì)效果。未來(lái)，電力系統(tǒng)可考慮應(yīng)用多設(shè)備接入、多樣化傳輸?shù)燃夹g(shù)，對(duì)智能變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立就地化保護(hù)接入，為電力系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，保證各領(lǐng)域供電無(wú)異常。

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