500 kV變電站自動(dòng)化調(diào)試工作中無線傳輸?shù)募夹g(shù)路徑研究

顧 銓，李學(xué)福，張曦源，夏聆峰，劉朔呈

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000）

1 變電站概述

變電站是連接發(fā)電廠和用戶的過渡裝置。由于電廠與用戶相距較遠(yuǎn)，電廠發(fā)電壓不高，因此電流很大。如果電流較大，根據(jù)焦耳定律會產(chǎn)生大量熱量，對輸電線路造成損害，且將電流轉(zhuǎn)換成熱量也是一種損失。因此，發(fā)電廠的電壓需要通過變電站提高到500 kV，長距離輸送到城市。工廠、普通居民用電，則通過當(dāng)?shù)氐淖冸娬窘档碗妷海ㄟ^配電等措施降壓成日常使用的220 V電壓。

我國電力事業(yè)的整體環(huán)境中，變電站發(fā)揮著重要的樞紐作用。這種變電體系的重要地位，一方面基于國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)的成立，采用了集中的電力生產(chǎn)；另一方面是我國地域遼闊，電力需求相對分散。在供需之間產(chǎn)生了集中與分散的矛盾。為了實(shí)現(xiàn)更低損耗的電力輸送，高壓輸電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。想要實(shí)現(xiàn)高壓輸電，變電體系必須成熟和發(fā)達(dá)，才能切實(shí)有效實(shí)現(xiàn)電力的安全、穩(wěn)定傳輸。

2 變電站自動(dòng)化調(diào)試工作

2.1 概 述

變電所電氣設(shè)備包括一次與二次設(shè)備。一次設(shè)備指直接生產(chǎn)、運(yùn)輸、分配和應(yīng)用電能的設(shè)備，涉及變壓器、高壓斷路器、隔離開關(guān)、變壓器（電流互感器、電壓互感器）、母線、避雷器、避雷針、電容器等以及反應(yīng)器等。變電所二次設(shè)備指測量、監(jiān)控、控制和保護(hù)一次設(shè)備與系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的設(shè)備，包括繼電保護(hù)、自動(dòng)、測控和計(jì)量等。自動(dòng)化系統(tǒng)中，如果二次設(shè)備供電的直流設(shè)備繼電保護(hù)測試不當(dāng)，可能導(dǎo)致設(shè)備事故，甚至造成整個(gè)電網(wǎng)崩潰。變電站線路保護(hù)設(shè)備的自動(dòng)化調(diào)試工作在區(qū)域變電站試驗(yàn)中發(fā)揮著重要作用[1]。

2.2 自動(dòng)調(diào)試工作

第一，通電前檢查。一般情況下，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員不做電路連接總會出現(xiàn)各種狀況，所以通電前的檢查工作尤為關(guān)鍵。檢測的內(nèi)容主要包括短路、開路與接地絕緣檢查[2]。第二，通電前電源電壓檢查。為防止出現(xiàn)過多耗損，通電前必須檢查匯入電源的電壓是否與原理圖規(guī)定的電壓相對應(yīng)。對諸如PLC和逆變器等成本大的電氣部件而言，必須仔細(xì)開展此流程，以防止造成電源匯入和輸出的反向連接、部件損壞。第三，參考策略。打開主電源開關(guān)前先檢查電壓，并記載在冊，主要查看PLC的輸入和輸出數(shù)值。第四，參數(shù)設(shè)置。主要包括文字、觸摸屏、變頻器和二次儀表等，并記載在冊。第五，設(shè)備功能測試。斷電報(bào)警后，要測試設(shè)備的功能。第一步是掌握設(shè)備的操作流程，第二步手動(dòng)開展空載測試。測試時(shí)要保證手動(dòng)操作正確，自動(dòng)空載測試。空載測試完成后，執(zhí)行負(fù)載測試，并記錄測試過程中的測試電流、電壓等運(yùn)行數(shù)據(jù)。不僅要模擬每個(gè)元件的功能，而且要模擬設(shè)定報(bào)警，以保證達(dá)到故障條件時(shí)能切實(shí)滿足報(bào)警需求。對于需要加熱和設(shè)備恒溫的試驗(yàn)，記錄加熱恒溫曲線，保障設(shè)備工作正常[3]。第六，系統(tǒng)在線測試。

2.3 自動(dòng)化調(diào)試工作的目的

自動(dòng)化調(diào)試工作的目的：檢驗(yàn)自動(dòng)化裝置的功能、特性是否達(dá)到設(shè)計(jì)和有關(guān)規(guī)定的要求；與變電站二次回路的連接是否正確。

2.4 自動(dòng)化調(diào)試工作的具體工作

自動(dòng)化調(diào)試工作的具體工作包括：檢驗(yàn)和調(diào)試自動(dòng)化裝置三遙等功能；遙控執(zhí)行繼電器、遙信轉(zhuǎn)接繼電器等原件的檢驗(yàn)調(diào)試。

3 無線傳輸?shù)募夹g(shù)路徑

3.1 無線傳輸自動(dòng)化調(diào)試工作現(xiàn)狀及對策

自動(dòng)測試工作中，信號接收裝置用于待測保護(hù)裝置面板前，開關(guān)量收集在待測裝置觸點(diǎn)的另一端，接觸干觸點(diǎn)，檢測跳閘線圈的干節(jié)點(diǎn)。線路與發(fā)射單元相連，采集的開關(guān)量通過無線信號傳輸?shù)叫盘柦邮昭b置。該系統(tǒng)包括一組接收單元和可擴(kuò)展的發(fā)射單元。無線傳輸距離高達(dá)200 m。信號經(jīng)ISM波段微功率50 ms瞬間傳輸，經(jīng)GFSK解調(diào)后，抗干擾性能強(qiáng)、誤碼率低、數(shù)據(jù)可靠，且運(yùn)用硬件和軟件進(jìn)行驗(yàn)證。接收開關(guān)信號后維持此狀態(tài)，直至手動(dòng)釋放。接收單元運(yùn)用便攜式七英寸觸摸屏機(jī)箱自動(dòng)接收全部的發(fā)射機(jī)模塊信號，并使用智能軟件呈現(xiàn)。無線傳輸同步技術(shù)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無線傳輸同步技術(shù)在變電站中的結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)初期，經(jīng)過現(xiàn)場測試與比較，明確了提高試驗(yàn)可靠性和精確性的策略，即利用無線技術(shù)，經(jīng)過即時(shí)收集、傳輸、接收和呈現(xiàn)，精確記載干觸點(diǎn)的通斷情況，提高測試精度與穩(wěn)定性。研究計(jì)劃：完成項(xiàng)目所需材料的準(zhǔn)備工作20天，原型開發(fā)制造60天，軟件編程開發(fā)、原型測試和性能測試10天，原型測試和總結(jié)評估10天（如表1所示）。

3.2 干接點(diǎn)

干接點(diǎn)是一類無源開關(guān)，擁有閉合與斷開兩種模式，兩個(gè)接點(diǎn)之間無極性，能夠轉(zhuǎn)換。通用的干接點(diǎn)信號包括多類型的開關(guān)、按鍵、傳感器的輸出、繼電器和干簧管的輸出。有干接點(diǎn)就有濕接點(diǎn)。電力工業(yè)中的許多電子元件都借助干觸點(diǎn)的開閉進(jìn)行監(jiān)控。自動(dòng)化過程中，有必要對開關(guān)量干接點(diǎn)控制進(jìn)行人工通斷測試。由于500 kV變電站的保護(hù)屏柜在試驗(yàn)過程中均裝置在保護(hù)室內(nèi)，與主控室的背景距離很遠(yuǎn)，導(dǎo)致人工使用對講機(jī)時(shí)，觸點(diǎn)閉合和斷開的狀態(tài)交流對話不能精確計(jì)數(shù)實(shí)際的干觸點(diǎn)開關(guān)時(shí)間和干觸點(diǎn)延時(shí)等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)而難以得到準(zhǔn)確判斷。干接點(diǎn)可以隨意接入，有效減少了工程費(fèi)用，滿足了工作人員需求，提升了工程進(jìn)度。此外，干接點(diǎn)接入便捷，接口統(tǒng)一。本文提出一種干接點(diǎn)開關(guān)通斷信號裝置，旨在運(yùn)用無線技術(shù)，經(jīng)過即時(shí)收集、傳輸、接收和呈現(xiàn)，準(zhǔn)確記載干觸點(diǎn)的通斷模式，提高測試精度與穩(wěn)定性。

3.3 智能化干接點(diǎn)開關(guān)通斷信號裝置

本文的智能裝置是16路數(shù)字量（DI）收集裝置。借助科學(xué)的Modbus RTU通信協(xié)議，可通過RS485總線部署遠(yuǎn)程DI信息的收集與傳送，擁有良好的擴(kuò)展水平，使用方便。另外，可通過M244、M244-A、M281、M281-A、M2IA和M2VA等具有組網(wǎng)功能的收集設(shè)備，采用方便靈活的級聯(lián)方式完成以太網(wǎng)接入，實(shí)現(xiàn)多類型數(shù)字與模擬量的組合擴(kuò)展收集。智能化干接點(diǎn)開關(guān)通斷信號設(shè)備，提供16路220 V交流輸入至16路集電極開路輸出的采集轉(zhuǎn)換功能，可以即時(shí)測試各220 V交流電源的通斷狀況，輸出對應(yīng)的集電極開路信號，進(jìn)而滿足交流向開關(guān)量信號的切換，便于干接點(diǎn)檢測設(shè)備的監(jiān)控接入。它廣泛應(yīng)用于機(jī)房，監(jiān)控重要設(shè)備交流電源開關(guān)狀態(tài)和交流電通斷監(jiān)測。

表1 項(xiàng)目進(jìn)展及計(jì)劃用時(shí)表

3.4 智能化干接點(diǎn)開關(guān)通斷信號裝置的特點(diǎn)

16路數(shù)字量輸入；數(shù)字量輸入與系統(tǒng)完全隔離；利用Modbus RTU通信協(xié)議；RS485通信端口，光電隔離，每線600 W浪涌保護(hù)；電源通過高效的過流過電壓和抗逆保護(hù)功能作業(yè)；指示燈多種多樣，綜合檢查情況，故障立即排除，安裝簡便。

（1）智能化干接點(diǎn)開關(guān)通斷信號裝置采集模塊技術(shù)參數(shù)主要包括I/O接口、DI特性、16路干接點(diǎn)輸入、60 V過壓保護(hù)和100 mA過流保護(hù)。（2）智能化干接點(diǎn)開關(guān)通斷信號裝置通信參數(shù)設(shè)置。通信接口：RS485；波特率：1 200～115 200 b/s；數(shù)據(jù)位：8；奇偶效驗(yàn)：無；停止位：1；485地址：1～255；通信協(xié)議：Modbus RTU；串口保護(hù)：1.5 kV/600 W防雷保護(hù)、240 V過壓保護(hù)和80 mA過流保護(hù)。（3）智能化干接點(diǎn)開關(guān)通斷信號裝置電源需求。工作電壓：9～24 VDC（推薦12 VDC）；工作電流：＜100 mA；功耗：＜2 W；浪涌保護(hù)：1.5 kW；過流過壓保護(hù)：60 V過壓保護(hù)、500 mA過流保護(hù)。（4）提供資源。測試軟件：IO設(shè)備管理程序；文檔：Modbus通信協(xié)議、寄存器地址文檔；DEMO：Modbus通信示例程序及代碼。（5）智能化干接點(diǎn)開關(guān)通斷信號裝置工作環(huán)境。其中，操作溫度為-25～85 ℃，存儲溫度-60～125 ℃，工作濕度RH為5%～95%不凝露。

4 結(jié) 論

測試和實(shí)踐樣機(jī)證明該裝置測量精確，操作方便，可大大提高電力行業(yè)干觸點(diǎn)測量的工作效率。它擁有廣泛的應(yīng)用范圍與前景，對工業(yè)生產(chǎn)貢獻(xiàn)巨大，尤其在降低人工費(fèi)用和工作風(fēng)險(xiǎn)方面具有推廣價(jià)值。