張水鵬

（西安市高新區(qū)天翔建設(shè)有限公司，陜西 西安 712000）

變電站正常運行時，其空間存在強工頻電磁場；當發(fā)生雷擊、系統(tǒng)故障以及開關(guān)操作等情況時，會產(chǎn)生強瞬態(tài)電磁場。強工頻電磁場與強瞬態(tài)電磁場會通過二次電纜或電源線對二次設(shè)備產(chǎn)生干擾，使得通訊收發(fā)設(shè)備出現(xiàn)誤碼、丟包甚至停機現(xiàn)象，即形成了電磁干擾。

強電磁對變電站內(nèi)通信系統(tǒng)的干擾途徑主要是電磁脈沖，能量通過“前門”耦合和“后門”耦合兩種方式進入通信系統(tǒng)。因此，對于高速數(shù)字系統(tǒng)中通訊收發(fā)模塊的抗擾度特性和抑制措施的探討至關(guān)重要。

目前在變電站中可供選擇的傳輸方式有無線傳輸、有線傳輸。有線傳輸方式在變電站的信息傳輸中應(yīng)用最為廣泛，多采用光纖傳輸和網(wǎng)線傳輸。無線傳輸方式更易于采集設(shè)備狀態(tài)信息，且經(jīng)濟性好，并可設(shè)在電纜達不到的地方。但無線信號在傳輸過程中易受環(huán)境變化與外界干擾影響，使用仍會受到限制。

現(xiàn)對某750kV強電磁環(huán)境下，進行光纖通信、網(wǎng)線通信、4G通信、無線通信這幾種數(shù)據(jù)傳輸方式的對比、分析，期望找出幾種方式下數(shù)據(jù)傳輸抗干擾的措施以及在強電磁環(huán)境下的幾種數(shù)據(jù)傳輸模式的應(yīng)用方向。

1 變電站高壓強磁環(huán)境對數(shù)據(jù)通訊的干擾分析

變電站的無線電干擾產(chǎn)生有以下三種因素：高壓母線與電氣設(shè)備連線的電暈放電，電氣設(shè)備產(chǎn)生高頻電流向與其連接的母線或連線上傳輸，以及電氣部件的火花放電。另外，電暈放電會受到天氣變化的影響，放電強度在雨天明顯要比平時高出許多，同樣，站內(nèi)無線電干擾也會因天氣變化而其干擾強度發(fā)生大范圍的變化。

無線電干擾作為環(huán)境影響因子，主要考慮對電站的電子設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

2 不同數(shù)據(jù)傳輸方式抗電磁干擾能力比較

首先通過采用回路法測量了750kV母線產(chǎn)生的無線電干擾。測量參考頻率為0.5、1MHz。回路法的測量原理見圖1。被測的高壓設(shè)備C0產(chǎn)生的無線電噪聲電流(脈沖電流)通過耦合單元Z1和R(R1+R2)構(gòu)成回路，阻波器Z0用于阻止試驗變壓器T和C0之間脈沖電流。施加的試驗電壓一般大于1.1倍被測的高壓設(shè)備額定電壓。

1）正常運行電壓下，測得某750kV變電站試驗?zāi)妇€的無線電干擾電平(μV/m)在0.5MHz時約57dB，小于750kV線路58dB的無線電干擾限值要求。其試驗結(jié)果如表1所示：

表1

2）正常運行電壓下，750kV變電站母線下的地面電場<13kV/m；其試驗結(jié)果如表2所示：

表2

在測試電磁及電場較強的分別采用光纖，4G，6類網(wǎng)線（CAT6）及330MHz(50米范圍接收組件)的無線通信傳輸方式，進行數(shù)據(jù)傳輸試驗。每天選擇8個時段，每次進行30分鐘的數(shù)據(jù)傳輸共進行了7天，通過對數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)測驗證，得出四種傳輸方式在強磁環(huán)境下的誤碼率的曲線如圖1所示。

通過對圖中數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計及分析，得出以下結(jié)論：光纖的傳輸誤碼率最低，其次是網(wǎng)線，再次是4G，最差是340MHz無線傳輸（本次使用的是50米的無線收到組件）。

圖1

3 數(shù)據(jù)傳輸方式及抗電磁干擾措施

3.1 需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)

需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要有視頻數(shù)據(jù)，溫度數(shù)據(jù)，濕度數(shù)據(jù)，火警數(shù)據(jù)，小動物監(jiān)測數(shù)據(jù)，有毒有害氣體數(shù)據(jù)，水浸數(shù)據(jù)等。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸方案

通過前面對不同數(shù)據(jù)傳輸方式抗電磁干擾能力比較，對這幾種傳輸方式進行分析，以便確定每種方式的應(yīng)用場景和方向。

1）光纖通信。（1）光纖通信是傳輸光波信號。光波在一般電磁場對光的影響不明顯，只有在強磁場中通過時，影響效果會很明顯，但其傳輸是光的變化率，而不是光的強弱，通過對光纖收發(fā)器的前端及后端的電路進行優(yōu)化設(shè)計可以糾正其偏移相位，所以其抗干擾能力強。（2）損耗低。在同軸電纜組成的系統(tǒng)中，最好的電纜在傳輸800MHz信號時，每公里的損耗都在40dB以上。相比之下，光導(dǎo)纖維的損耗則要小得多，傳輸1.31um的光，每公里損耗在0.35dB以下，若傳輸1.55um的光，每公里損耗更小，可達0.2dB以下。（3）光纖傳輸距離較遠，頻帶寬，主要適用于變電站的主干網(wǎng)。

2）網(wǎng)口通信。（1）由于其是靠金屬導(dǎo)線傳輸，所以會被強電磁場干擾，容易疊加。要增加其抗干擾能力就要以犧牲有效性為代價，只有降低其通信速率，增加屏蔽措施。因而適合于大數(shù)據(jù)，短距離傳輸模式。（2）傳輸距離有限，最大100米，主要用于變電站內(nèi)設(shè)備之間到光電轉(zhuǎn)換器之間的短距離的傳輸。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸方案

數(shù)據(jù)傳輸方案采用無線＋網(wǎng)線＋光纖方案模式。具體如下：溫度測試設(shè)備通過無線方式將測試結(jié)果傳輸?shù)綔囟冉邮罩鳈C，溫度接收主機通過網(wǎng)線進入光電轉(zhuǎn)換器后就近接入到光纖環(huán)網(wǎng)，光纖環(huán)網(wǎng)將數(shù)據(jù)送到輔助控制主機后臺。視頻攝像通過網(wǎng)線進入光電轉(zhuǎn)換器后就近進入光纖環(huán)網(wǎng)，電加熱地板，能量管控等通過RS485進入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換主機后通過網(wǎng)線進入光電轉(zhuǎn)換器后就近接入光纖環(huán)網(wǎng)。巡檢機器人通過無線進入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換主機后，通過光電轉(zhuǎn)換器后通過光纖進入后臺。

4 結(jié)束語

通過以上分析，在強電磁環(huán)境下的最適合的數(shù)據(jù)傳輸方式為光纖通信，但其成本較高，適合新建站。RJ45網(wǎng)線傳輸距離有限，通常不超過100米，同時也只適合新建站的部份短距離傳輸。若是后期增加功能而要進行數(shù)據(jù)傳輸，為了減少工作量及成本仍建議采樣終端采用無線傳輸方式，再由無線接收裝置通過網(wǎng)線到光電轉(zhuǎn)換器進入光纖。