基于載波通信的站域之間聯絡線備自投裝置的研制

王舒，周達開，汪明玲，金春華，孟艷萍

（國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

一、引言

隨著人們對電力需求的不斷增大，以及電網的快速發展壯大，對電能質量的要求也更加嚴格，供電可靠性成為供電考核的重要指標。一直以來，保證電力系統可靠和不間斷供電都是電力部門工作的核心，但由于電網發展資金的限制，僅從電網結構改善一方面不可能從根本解決此問題。因此，需研制一種站域之間的聯絡線備自投通信裝置，在與系統聯系相對較弱的一些220kV 變電站，保證電網安全、穩定、可靠的運行。該裝置以合理的通信方式實現兩站域間信號傳遞，若其中任一站失壓全停，可由相鄰的另一站供電，有效防止由線路跳閘導致的全站失壓等情況發生的同時，保證系統的不間斷供電。

新型聯絡線備自投通信系統可以克服現有技術的不足，對與系統聯系較弱的220kV 變電站提供基于載波技術的站域之間通信方式，通過載波裝置分別對兩個變電站進行遠程控制和數據采集，實現站域之間的信號傳遞，實現互為備用，減少變電站全停等事故。兩個220kV 變電站實現互為備用時，備用電源可采用66kV 系統聯絡線。

二、載波技術簡介

隨著現代通訊技術的發展，電力線載波通訊水平有了很大的提高，使采用電力線載波通訊方式進行遠程控制以及數據采集成為電力載波技術的一個新的發展方向，使其有著良好的發展前景和廣闊的市場。同時，電力線載波通信技術具有組網簡單、成本低、易于實現的優勢，受到越來越多人的關注[1]。

近年來，主要有GPRS 通信、光纖通信、TCP/IP以太網通信、載波通信等技術，都存在一定的優點和缺點，如無線通信易受電磁干擾、以太網線傳輸距離短、光纖通信造價成本較高等[2]，在一定程度上不能滿足現場通信要求。電力線載波技術是電力系統中唯一不需線路投資的有線通信方式，其將電力線作為信號傳遞載體，把需傳輸的數據通過電力線載波通信機轉換成載波調制模擬或數字信號后，通過線路耦合裝置將模擬或數字信號耦合到電力線中，再高速傳輸的一種信號傳輸方式。電力線載波通信利用現有的電力線傳輸數據而無需另加傳輸線路，亦不占用現有的通訊頻率資源[3]，在可靠性、抗干擾性、實時性、穩定性等方面均具有優勢，因此，本文選用電力載波方式進行站域間的信號通信。

三、聯絡線備自投裝置簡介

備用電源自動投入裝置（簡稱備自投）是電力系統故障或其他原因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源或備用設備或其他正常工作的電源自動投入工作，使原來工作電源被斷開的用戶能迅速恢復供電的一種自動控制裝置。該裝置能夠快速、可靠地投入備用電源，縮短停電時間[4]，是保證電力系統連續可靠供電的重要措施，是變電站綜合自動化系統的基本功能之一。

備用電源自投裝置在變電站聯絡線上的應用已非常廣泛，這類裝置既具備本地備自投功能，又具備遠方備自投功能。目前，國內備用電源自動投入裝置主要應用于110kV 及以下變電站中，在220kV 電壓等級有少量母線備自投運行，按功能大致分為以下三種類型：（1）母聯備自投；（2）變壓器備自投；（3）110kV 線路進線備自投。上述三類備自投，動作原理相對簡單[5]。

在一次變電所裝設66kV 聯絡線備用電源自動切換裝置是防止發生一次變全停、保證對用戶連續可靠供電的重要手段。當一次變220kV 系統失去供電時，66kV 聯絡線備自投裝置啟動，將全部或部分負荷通過66kV 聯絡線轉由其他一次變供電。區別于傳統的備自投裝置，聯絡線備自投的兩條出線可能位于不同的兩個變電站，需要將兩條出線及相應母線的數據送至一處，并將跳合閘命令發送到不同變電站。所以聯絡線備自投裝置的開發需要考慮備自投通信方式的選擇。

四、新型聯絡線備自投通信系統

（一）載波通信系統

載波通信系統由備自投裝置、通訊接口、載波裝置和通訊模塊組成，如圖1 所示。

圖1 載波通信系統網絡圖

其中，在備自投裝置上連接通訊模塊，并通過通訊接口與載波裝置相連接后，再連接相應的220kV 變電站，每兩個載波裝置之間利用既有電力線的任意一相進行通訊。

載波裝置包括主載波機、從載波機、終端三部分，完成對兩座相應220kV 變電站的遠程控制和數據采集，掌握變電站內所有間隔的電壓電流，以及變壓器、刀閘、斷路器實時位置信息。其中，主載波機與從載波機相連接，從載波機與終端連接，主載波機通過光纖通信網絡與220kV 變電站總控系統連接，并利用全雙工通信方式，將同一載波通道內的所有從載波機和主載波機設有各自獨立的信號發送通道，實現同一臺載波機可同時接收多路信號，以實現相相間通訊，通訊接口為串行數據線接口或網絡數據接口。

兩變電站間聯絡線備自投系統如圖2 所示，甲乙兩個變電站通過載波通信系統連接，分別在備自投裝置上加裝通訊接口和模塊后，連接載波裝置，當甲站失電時，信號經載波裝置傳遞到乙站，乙站經分析決定是否具備給甲站供電的條件，實現互為備用。乙站通過備自投裝置可直接給甲站供電，可切除所供不重要負荷后給甲站供電，保證兩站所供重要負荷的不間斷供電，提高供電可靠性。

圖2 兩變電站間聯絡線備自投載波通信裝置系統圖

載波裝置位于配電網中通信系統的接入層，通過從載波機，其上行數據通道可連接光纖通信系統，下行數據通道可連接配網終端的數據端口，建立了一套中壓電力線的配網通信載波網絡。其中，根據實際需求不同，將主載波機和從載波機的連接端口分為網絡數據接口和串行數據接口。

載波裝置采用全雙工通信方式，在同一載波通道內合理劃分頻率資源，以提高載波數據的傳輸能力。同時，采用通道運用的頻率復用模式，使同一載波通道內的所有載波機均具有獨立的發送通道，使同一臺載波機具備同時接收多路信號的能力，實現實時的頻分復用載波通信，有效解決傳輸過程的載波信號排隊問題。

（二）特點分析

本文所研制的裝置具有如下特點：（1）由于某種原因造成一個變電站失壓全停時，可由相鄰變電站供電，真正做到互為備用。（2）該裝置的應用，一方面可降低變電站全停等事故發生次數，另一方面對于電網供電薄弱地區，可提高供電可靠性。（3）充分利用電力載波技術，用電力線完成數據傳輸，將載有實時信息的高頻信號加載到電力線上，可節約大量社會成本及運營成本，具有顯著的經濟效益。（4）在備用變電站投入運行前，可根據變電站實時運行方式、系統負荷，自動控制和合理切除部分負荷，保證兩站的重要負荷供電。

五、結論

本裝置的研制，進一步完善了我國備用電源自投裝置系列產品，大大提高了電網薄弱地區的供電可靠性，取得了顯著的經濟和社會效益，解決了供電可靠性低的問題，具有很大的推廣價值。