智能變電站就地化保護無線接入方案設(shè)計

仲寬廣

摘 要：為提高智能變電站運行的穩(wěn)定性、安全性與可靠性，本文主要對變電站就地化保護無線接入方案設(shè)計問題進行了分析。文章首先分析了智能變電站就地化保護設(shè)備及接入要求，并介紹了相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)。其次，重點從計算機網(wǎng)關(guān)、接入與就地化保護、無線模塊方面，闡述了具體的設(shè)計方案。通過對接入效果的觀察，證實了各項方案的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：智能變電站;就地化保護;無線接入方案

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）23-0125-02

0 引言

智能變電站運行過程中，各類風(fēng)險的發(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，繼電保護裝置則出現(xiàn)了分散分布的特點。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。將就地化保護無線接入方案應(yīng)用到變電站建設(shè)過程中，可確保變電站安全運行?？梢?，對就地化保護無線接入方案進行設(shè)計較為重要。

1 智能變電站就地化保護設(shè)備特點及接入要求

1.1 就地化保護設(shè)備特點

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

1.2 就地化保護無線接入要求

明確就地化保護無線接入設(shè)計要求，是提高設(shè)計水平、改善智能變電站運行效果的關(guān)鍵。具體的設(shè)計要求，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行的狀態(tài)。通常情況下，噪聲為干擾智能變電站運行的主要因素，而噪聲則一般來源于大物件的遮擋。進行就地化保護無線接入設(shè)計時，需重點對噪聲進行預(yù)防[2]。（2）可靠性：所謂可靠性，指智能變電站設(shè)備均可無故障運行的狀態(tài)。因智能變電站運行環(huán)境特殊，為提升運行的可靠性，需在就地化保護無線接入設(shè)計的過程中，充分考慮環(huán)境問題。（3）實時性：所謂實時性，指智能變電站連續(xù)不間斷運行的狀態(tài)。

2 智能變電站就地化保護無線接入關(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無線接入設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。智能變電站具有保護裝置分散的特點，且保護裝置總量大。如未給予監(jiān)測，很難了解各個保護裝置的運行狀態(tài)。因此，需利用大量的監(jiān)測裝置，進行無線接入設(shè)計。本課題主要采用增強星型拓撲結(jié)構(gòu)對監(jiān)測裝置進行了設(shè)計，該結(jié)構(gòu)含有一個中心，且含有多個現(xiàn)場設(shè)備。各個現(xiàn)場設(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)對智能變電站就地化保護無線接入方案進行設(shè)計，可有效避免變電站因保護裝置過于分散而發(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無線接入設(shè)計關(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，以對數(shù)據(jù)傳輸問題進行控制為主。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，我國電力系統(tǒng)所應(yīng)用的WIA無線網(wǎng)絡(luò)，含有唯一的64位長地址，且含有兩個短地址。上述多樣化傳輸技術(shù)的應(yīng)用，對就地化保護無線接入方案設(shè)計水平的提升，具有重要價值。

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)運行，且其運行數(shù)據(jù)可被可靠的傳輸?shù)较鄳?yīng)終端的技術(shù)。本設(shè)計中所應(yīng)用的可靠傳輸技術(shù)，需要依靠重傳而實現(xiàn)。因智能變電站具有運行環(huán)境質(zhì)量差的特點，且運行區(qū)域內(nèi)多伴有電磁干擾，如未確保其可靠準確，極容易影響供電的連續(xù)性。為解決上述問題，本文以重傳等方式為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)進行了設(shè)計，并采用以下公式，對其可靠度進行了計算：

R（t）=P（T>t）（t≥0）

上述公式中，R（t）代表可靠度，P（T>t）指在某個時刻的可靠性。確保變電站運行可靠后，應(yīng)以多次廣播重傳為準，完成重傳的過程，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β?，改善傳輸效果?/p>

3 智能變電站就地化保護無線接入方案設(shè)計與效果

3.1 就地化保護無線接入方案設(shè)計

3.1.1 計算機及網(wǎng)關(guān)

計算機與網(wǎng)關(guān)設(shè)計，為系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容。具體設(shè)計方法如下：（1）計算機：對計算機進行設(shè)計的過程中，應(yīng)以IEE 802.11n標準，對繼而網(wǎng)路結(jié)構(gòu)進行選擇。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)為準進行接入設(shè)計，保證接入網(wǎng)絡(luò)可靠。本系統(tǒng)中，主控計算機位于變電站站控層，可用于對網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)整，并對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測與分析。（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)，且能夠為變電站提供MMS接口。此外，網(wǎng)關(guān)設(shè)備同樣具有安全管理之功能。采用上述方法對計算機與網(wǎng)關(guān)進行設(shè)計，有助于提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，確保網(wǎng)絡(luò)時間同步，改善無線接入效果。

3.1.2 接入與就地化保護

接入與就地化保護設(shè)計，同樣為統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容之一。兩者的設(shè)計方法具體如下：（1）接入設(shè)備：就地化保護無線接入方案中，接入設(shè)備以無線設(shè)備為主。設(shè)計時，應(yīng)使其成為網(wǎng)絡(luò)信息交換的樞紐，負責(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設(shè)備，而保護設(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)保護設(shè)備接收到系統(tǒng)命令后，可立即實現(xiàn)報警，提醒有關(guān)人員對故障進行處理。（2）就地化保護：就地化保護設(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)備運行參數(shù)提取的實時性與可靠性，從而實現(xiàn)對設(shè)備運行過程的控制。

3.1.3 無線模塊設(shè)計

智能變電站中，無線模塊包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層等多個層次構(gòu)成。上述各層中，不同層的特點及功能存在差異。本文所設(shè)計的無線模塊，網(wǎng)路處理器型號以RT3050 Ralink為主。為保證無線接收器能夠?qū)崟r接收到相應(yīng)的信息及數(shù)據(jù)，應(yīng)對無線收發(fā)模塊進行設(shè)計，以RT 3050作為核心處理器，并設(shè)備存儲器接口、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

電網(wǎng)設(shè)備運行過程中，如受到干擾，容易導(dǎo)致運行穩(wěn)定性與安全性下降，對供電的連續(xù)性造成影響。對智能變電站運行產(chǎn)生干擾的信號，一般來源于地面、水及空中。可采用以下公式，對接收端的信號功率進行計算，從而判斷變電站運行期間的干擾程度：

S=Ps+Gs+Gr-Lsp

上述公式中，S代表接收端信號功率，Ps代表傳輸信號功率，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代表損耗。計算上述公式后，便可得出當(dāng)前的接收端信號功率。有關(guān)人員應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果，對抗干擾方案進行設(shè)計，提高設(shè)計水平。

3.2 就地化保護無線接入方案設(shè)計效果

為判斷本文所設(shè)計的就地化保護無線接入方案應(yīng)用效果，本文在設(shè)置相應(yīng)設(shè)計環(huán)境的基礎(chǔ)上，對智能變電站的抗干擾、可靠性、實時性情況進行了觀察。

3.2.1 測試環(huán)境

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

3.2.2 抗干擾效果

為評估本文設(shè)計的就地化保護無線接入抗干擾性能，本文于測試期間，將組網(wǎng)加入了電磁干擾，并展開了測試。通過對測試結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)讀取碼片數(shù)量為10時，振幅值一般為4、5及8。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，上述振幅值呈逐漸遞增的趨勢。以上述振幅值為基礎(chǔ)，對智能變電站干擾值進行計算，便可得到最終的計算結(jié)果，從而確定不同強度干擾下的不同誤碼率。

3.2.3 可靠性效果

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

3.2.4 實時性效果

為評估就地化保護無線接入方案的實時性效果，本文以計算機為基礎(chǔ)，對實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進行了分析，采用數(shù)據(jù)到達與發(fā)送時間之間的差值，作為數(shù)據(jù)包延時時間，評估了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嵤┬?。延時時間越短，則傳輸實時性越強。測試中所接入的設(shè)備數(shù)量，主要包括6臺、9臺、12臺三種。打開ESC矢量信號發(fā)生器后，噪聲可產(chǎn)生，對信號傳輸造成干擾。通過對試驗結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，無干擾環(huán)境下，時間傳輸最大延時為9.6s。隨著干擾的出現(xiàn)，延時逐漸增加，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)計的保護無線接入方案，應(yīng)用價值值得肯定。

4結(jié)語

綜上所述，本文對智能變電站就地化保護無線接入方案設(shè)計問題的研究，不僅增強了變電站的抗干擾性能，且提升了電力系統(tǒng)運行的可靠性與實時性，取得了良好的設(shè)計效果。未來，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)，對智能變電站進行設(shè)計，建立就地化保護接入，為電力系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定、安全的運行奠定基礎(chǔ)，保證各領(lǐng)域供電無異常。

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