智能变电站就地化保护无线接入方案设计

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　　摘 要：为提高智能变电站运行的稳定性、安全性与可靠性，本文主要对变电站就地化保护无线接入方案设计问题进行了分析。文章首先分析了智能变电站就地化保护设备及接入要求，并介绍了相应关键技术。其次，重点从计算机网关、接入与就地化保护、无线模块方面，阐述了具体的设计方案。通过对接入效果的观察，证实了各项方案的应用价值。
　　关键词：智能变电站;就地化保护;无线接入方案
　　中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）23-0125-02
　　0 引言
　　智能变电站运行过程中，各类风险的发生率较高。分布式电源接入等技术的应用，有效提高了供电的连续性，继电保护装置则出现了分散分布的特点。受其影响，间隔层与站控层设备之间，距离逐渐增加，管理难度加大。将就地化保护无线接入方案应用到变电站建设过程中，可确保变电站安全运行。可见，对就地化保护无线接入方案进行设计较为重要。
　　1 智能变电站就地化保护设备特点及接入要求
　　1.1 就地化保护设备特点
　　智能变电站中，就地化保护设主备的特点，主要体现在以下方面：（1）智能变电站需于户外运行，受天气的影响，设备极容易出现故障。因此，保证就地化保护设备防护性能力良好较为重要，如此方可减少自然因素对设备的影响，保证智能变电站连续运行。（2）智能变电站中的就地化保护装置，具有可扩展性良好的特点。该特点的存在，为就地化保护无线设计提供了有利的支持。（3）智能化设备具有便于运行、便于调试的特点[1]。此外，各项设备同样具备统一的输出接口，便于进行无线接入设计。（4）就地化保护装置，与航空插头相互连接，能够与其他设备相连，改善保护效果。对就地化保护无线接入方案进行设计的过程中，应加强对上述特点的重视。
　　1.2 就地化保护无线接入要求
　　明确就地化保护无线接入设计要求，是提高设计水平、改善智能变电站运行效果的关键。具体的设计要求，主要体现在以下方面：（1）抗干扰：所谓抗干扰性，指智能变电站可在多种干扰因素的影响下可靠运行的状态。通常情况下，噪声为干扰智能变电站运行的主要因素，而噪声则一般来源于大物件的遮挡。进行就地化保护无线接入设计时，需重点对噪声进行预防[2]。（2）可靠性：所谓可靠性，指智能变电站设备均可无故障运行的状态。因智能变电站运行环境特殊，为提升运行的可靠性，需在就地化保护无线接入设计的过程中，充分考虑环境问题。（3）实时性：所谓实时性，指智能变电站连续不间断运行的状态。
　　2 智能变电站就地化保护无线接入关键技术
　　2.1 多设备接入
　　多设备接入技术，为智能变电站就地化保护无线接入设计的关键技术。智能变电站具有保护装置分散的特点，且保护装置总量大。如未给予监测，很难了解各个保护装置的运行状态。因此，需利用大量的监测装置，进行无线接入设计。本课题主要采用增强星型拓扑结构对监测装置进行了设计，该结构含有一个中心，且含有多个现场设备。各个现场设备，与中心相连接。而中心则与网关连接，可供多设备接入[3]。采用上述技术对智能变电站就地化保护无线接入方案进行设计，可有效避免变电站因保护装置过于分散而发生故障。
　　2.2 多样化传输
　　多样化传输技术，同样为智能变电站就地化保护无线接入设计关键技术之一。该技术中，物理层以IEEE 802.11n为主。该层的功能，以对数据传输问题进行控制为主。通常情况下，物理层可以借助不同的调制解调方法，为多样化的数据传输提供支持。为提高智能变电站运行的连续性，确保数据采集连贯且畅通，设置多样化地址同样较为重要。一般情况下，我国电力系统所应用的WIA无线网络，含有唯一的64位长地址，且含有两个短地址。上述多样化传输技术的应用，对就地化保护无线接入方案设计水平的提升，具有重要价值。
　　2.3 可靠传输技术
　　所谓可靠传输技术，指确保智能变电站可连续运行，且其运行数据可被可靠的传输到相应终端的技术。本设计中所应用的可靠传输技术，需要依靠重传而实现。因智能变电站具有运行环境质量差的特点，且运行区域内多伴有电磁干扰，如未确保其可靠准确，极容易影响供电的连续性。为解决上述问题，本文以重传等方式为基础，对系统进行了设计，并采用以下公式，对其可靠度进行了计算：
　　R（t）=P（T>t）（t≥0）
　　上述公式中，R（t）代表可靠度，P（T>t）指在某个时刻的可靠性。确保变电站运行可靠后，应以多次广播重传为准，完成重传的过程，提高数据传输的成功率，改善传输效果。
　　3 智能变电站就地化保护无线接入方案设计与效果
　　3.1 就地化保护无线接入方案设计
　　3.1.1 计算机及网关
　　计算机与网关设计，为系统拓扑结构设计的主要内容。具体设计方法如下：（1）计算机：对计算机进行设计的过程中，应以IEE 802.11n标准，对继而网路结构进行选择。本系统中，接入网络以星型结构为主。此外，还需以自适应调频技术为准进行接入设计，保证接入网络可靠。本系统中，主控计算机位于变电站站控层，可用于对网络进行调整，并对系统的运行状态进行实时监测与分析。（2）网关：电力系统中，网关的功能在于为网关设备提供接入网络，且能够为变电站提供MMS接口。此外，网关设备同样具有安全管理之功能。采用上述方法对计算机与网关进行设计，有助于提高网络数据传输的可靠性，确保网络时间同步，改善无线接入效果。
　　3.1.2 接入与就地化保护
　　接入与就地化保护设计，同样为统拓扑结构设计的主要内容之一。两者的设计方法具体如下：（1）接入设备：就地化保护无线接入方案中，接入设备以无线设备为主。设计时，应使其成為网络信息交换的枢纽，负责将数据传输给网关。当收到数据以及控制命令后，系统可立即将其传输给保护设备，而保护设备则应接收指令，并予以执行。如系统存在故障，当保护设备接收到系统命令后，可立即实现报警，提醒有关人员对故障进行处理。（2）就地化保护：就地化保护设备应于一次设备附近安装，采用上述方法安装，可有效提高一次设备运行参数提取的实时性与可靠性，从而实现对设备运行过程的控制。 　　3.1.3 无线模块设计
　　智能变电站中，无线模块包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层等多个层次构成。上述各层中，不同层的特点及功能存在差异。本文所设计的无线模块，网路处理器型号以RT3050 Ralink为主。为保证无线接收器能够实时接收到相应的信息及数据，应对无线收发模块进行设计，以RT 3050作为核心处理器，并设备存储器接口、总线接口为基础，保证系統功能完善。
　　3.1.4 抗干扰设计
　　电网设备运行过程中，如受到干扰，容易导致运行稳定性与安全性下降，对供电的连续性造成影响。对智能变电站运行产生干扰的信号，一般来源于地面、水及空中。可采用以下公式，对接收端的信号功率进行计算，从而判断变电站运行期间的干扰程度：
　　S=Ps+Gs+Gr-Lsp
　　上述公式中，S代表接收端信号功率，Ps代表传输信号功率，Gs与Gr，均代表天线增益。两者的差异在于，前者代表传输增益，后者则代表转发增益，Lsp代表损耗。计算上述公式后，便可得出当前的接收端信号功率。有关人员应根据计算结果，对抗干扰方案进行设计，提高设计水平。
　　3.2 就地化保护无线接入方案设计效果
　　为判断本文所设计的就地化保护无线接入方案应用效果，本文在设置相应设计环境的基础上，对智能变电站的抗干扰、可靠性、实时性情况进行了观察。
　　3.2.1 测试环境
　　本文主要选取330kV就地化线路作为测试线路，对智能变电站A与B的运行情况进行了观察。本测试环境下，测试频段主要包括三种，分别为2412MHz、2462MHz以及437MHz，测试温度为15～25℃，测试湿度为25～80%，压力为100kPa。测试所用仪器，主要包括接入设备、PC机以及就地化设备等。330kV变电站运行期间，数字化故障滤波器的功能，在于对故障进行检测。测试时，应保证滤波器与其他设备能够相互连接，保证数据能够被传输至计算机终端中，供有关人员对其特点进行分析。测试时，为保证温度与湿度能够控制在设计范围内，应于就地化装置之外，安装传感器，利用传感器对数据进行采集，并对其进行传输。
　　3.2.2 抗干扰效果
　　为评估本文设计的就地化保护无线接入抗干扰性能，本文于测试期间，将组网加入了电磁干扰，并展开了测试。通过对测试结果的观察发现，当读取码片数量为10时，振幅值一般为4、5及8。通过观察可以发现，上述振幅值呈逐渐递增的趋势。以上述振幅值为基础，对智能变电站干扰值进行计算，便可得到最终的计算结果，从而确定不同强度干扰下的不同误码率。
　　3.2.3 可靠性效果
　　为评估本文设计的就地化保护无线接入方案，在保证智能变电站运行可靠性方面的应用效果，本文于测试期间，分别对无干扰环境、物体遮挡环境、高斯白噪声环境下的变电站运行效果进行了观察。测试结果显示，处于无干扰环境中时，就地化保护无线接入系统运行状况较为理想，未见异常发生。当干扰模式以同频干扰为主时，接入系统的信噪比有所降低，且可见白噪声。当存在物体遮挡时，如将6台设备投入使用，当发包数为200000时，收包数为19999，收包成功率，可达到99.9%。上述研究结果表明，本文所设计的就地化保护无线接入方案，可靠性较强。
　　3.2.4 实时性效果
　　为评估就地化保护无线接入方案的实时性效果，本文以计算机为基础，对实时传输的数据包进行了分析，采用数据到达与发送时间之间的差值，作为数据包延时时间，评估了数据传输的实施性。延时时间越短，则传输实时性越强。测试中所接入的设备数量，主要包括6台、9台、12台三种。打开ESC矢量信号发生器后，噪声可产生，对信号传输造成干扰。通过对试验结果的观察发现，无干扰环境下，时间传输最大延时为9.6s。随着干扰的出现，延时逐渐增加，但均处于可接受的范围内。上述研究结果表明，本文所设计的保护无线接入方案，应用价值值得肯定。
　　4结语
　　综上所述，本文对智能变电站就地化保护无线接入方案设计问题的研究，不仅增强了变电站的抗干扰性能，且提升了电力系统运行的可靠性与实时性，取得了良好的设计效果。未来，电力系统可考虑应用多设备接入、多样化传输等技术，对智能变电站进行设计，建立就地化保护接入，为电力系统持续、稳定、安全的运行奠定基础，保证各领域供电无异常。
　　参考文献
　　[1] 赵灿，徐敏姣.基于无线技术和就地化保护的智能变电站站控层保护方案研究[J].中国新通信，2019，21（14）：44.
　　[2] 宋晓亮，王冰清，刘宏君，等.就地无防护安装方式构架下主设备保护的分析及应用[J].自动化技术与应用，2019，38（04）：112-116.
　　[3] 方贞泽，万淑娟，邱新娟，等.适应智能变电站就地化线路保护的双模高密度预制光缆研究[J].电力系统保护与控制，2019，47（01）：123-128.
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