基于無線傳輸的特高壓GIS局放在線監測系統探究

龔鵬

摘要：本文首先介紹了當前特高壓GIS局在線監測系統的組成，并分析了從局部放電傳感器到集成應用服務器的連接過程。然后介紹了特高壓變電站的無線專用網的組網方案，然后討論了基于無線傳輸的GIS本地在線監測系統的組網方法。最后，分析了該應用程序所面臨的問題和解決方案。

關鍵詞：特高壓;氣體絕緣金屬封閉開關設備;局部放電;在線監測;無線傳輸

一、引言

隨著我國土地資源的使用向集約發展，應用技術也不斷進步，GIS在新的變電站中的使用越來越多。GIS使用的壓縮SF6氣體，占地面積小，不受大氣條件的影響，并提高了操作的可靠性和人身安全。隨著國家電網泛在電力物聯網建設大綱的引入，無處不在的物聯網概念在任何時間，任何地方，任何人和任何東西之間的信息連接和交互作用已經得到了闡明。在浙江省特高壓L站基于無線傳輸的GIS局在線監測系統構建的基礎上，分析了GIS局放的在線監測方法，并詳細闡述了無線專用網的組網方案，它可以通過WLAN傳輸到內部網，從而減少了電纜，光纜和其他相關設備的數量。

二、GIS局放在線監測現狀

目前在中國投入運行的特高壓變電站GIS局放在線監測均采用有線聯網模式。本文以特高壓L站為例進行介紹，L站是一個交流特高壓變電站，于2014年投入運行。該站1000kV側的GIS區域配備了UHF本地線路監視設備。UHF局部放電傳感器安裝在GIS內部，收集的信號傳輸到局部放電OCU監控單元，然后通過現場局部放電電源柜連接到遠程控制柜，最后傳輸到集成應用程序中服務器通過II區域切換。L站機房內有一個1000kV本地在線狀態監控柜，可以迅速的對上傳的數據進行統計分析和圖形處理，方便操作維護和維護人員檢查，并及時發現GIS設備可能出現的放電問題，以便在發生事故時緊急采取必要的措施，避免由于設備故障而造成負載損失。在L站的500kV側GIS未配備本地在線監視設備，但保留了安裝接口，即PD傳感器已嵌入GIS中，但PDOCU監視單元及其后續單元已安裝在GIS中。單元之間通過電纜或光纖直接連接，電纜或光纖一旦損壞，將導致損壞部分電纜或光纖無法將數據發送到GIS局部放電監視單元。

三、無線專網組網方案

目前我國電力無線接入網目前主要使用的頻段為230MHz和1800MHz。230MHz屬于低頻段，空間傳播損耗小，信號衍射能力強，適用于大面積連續覆蓋，但頻點數量很少，因此通信系統的上下行帶寬也很小，只適合攜帶低速，小顆粒商業。230MHz頻段位于一個適中的頻段，靠近公共網絡頻段，更適合于大面積連續覆蓋，系統工作帶寬大，對應的通信系統具有較大的上行鏈路和下行鏈路帶寬，可以承載中到高速的大顆粒服務。考慮到較高頻段的優點，因此本次選擇了1800MHz的頻段進行建設。隨著智能電網對通信需求的日益完善和多樣化的要求，新型專用網絡無線通信技術具有長期演技的特點在電力通信系統中備受關注。隨著LTE無線通信技術的發展，其無處不在的靈活接入功能為各種電力服務的大規模接入提供了一種經濟，安全，可靠的專用通信網絡。本文以TD-LTE通信系統為例，其工作頻段為1785～1795MHz，TD-LTE無線專用網以相同頻率組網方式建立;分布式核心聯網模式用于同一站點部署NFV核心網絡服務器，BBU，RRU，天線以及輔助設備和材料。核心網絡服務器和BBU具有獨立的優先級。TD-LTE通信系統不需要在省/市中心節點上部署核心網絡設備。基于10MHz帶寬的TD-LTE系統用于無線專用網建設，并且上下行子幀的比例為3：1，以完全滿足相對較大的上行業務。使用BBU+RRU設備形式模式，按照每個基站3個小區的方向進行天線覆蓋。在完整配置的情況下，BBU應支持不少于6個單元的處理能力。在單站點3小區配置中，RRU應該能夠支持8個信道，并且最大發射功率不應小于20W。天線可以配置為8T8R，水平半功率角不是大于65°的SmartPanel天線;當使用更多小區配置來增加單個站點的上行鏈路容量時，RRU應該能夠支持至少4個信道，最大發射功率應不小于20W，并且天線可以與較小的水平半天線一起使用。功率角為4T4R的天線。在變電站主控制大樓的頂部，增加3根用于安裝天線和RRU的桿;機房中的通信開關電源應至少具有兩個63ADC端子，以連接到用于無線專用網絡設備的專用DCDU。DCDUDC輸出端子的分布：NFV核心網絡服務器，BBU和RRU均配有16A端子。

四、GIS局放在線監測無線傳輸方案

以“傳感器和信號處理模塊，通信模塊”為基礎的高度集成，按照低功耗，小型化的部署條件建設，使用電力物聯網模塊進行區域級信息交換以及電力無線專用網絡來實現電力設備狀態監視物聯網它已建立了泛在電力物聯網，用于電力設備的運行和維護，以擴大對電網設備絕緣狀態監視的覆蓋范圍。根據不同的供電方式，無線傳輸智能網絡可以分為有線電源和無線傳輸智能網絡方案以及無線電源和無線傳輸智能網絡方案。與無線電源的無線傳輸方案相比，有線電源的無線傳輸方案具有實時采樣，維護成本低，放電類型識別精度高的優點。因此，采用有線電源的無線傳輸方案。

五、面臨的問題及解決方法

（一）短距離無線通信網絡安全

UHF傳感器可以組建一個無線傳感器網絡，由于其資源有限，開放通道的同時但也很容易受到各種攻擊。因此，建立網絡層安全機制顯得尤為重要，采用加密的算法，通過建立多通道密鑰管理系統，用來實現傳感器采集和傳輸的安全性。使用消息認證代碼（MAC）和其他機制來完成認證。建立完善的路由安全機制，采用無線多徑或信道過濾方式，防止DoS等攻擊。

（二）無線專網網絡安全

無線傳輸即方便，又易于部署，但也有許多問題，比如無線傳輸通道開放的問題，因此確定安全接入和安全傳輸方法尤為重要。使用無線網絡傳輸業務數據時，應使用VPN或APN服務，并且應使用端到端安全密碼算法來確保在無線網絡上傳輸的數據的機密性和完整性。設備制造商應在材料采購和調試階段進行安裝，并保護庫存。運維人員通過掃描變電站中設備的QR碼或RFID獲得設備的電子標簽，直接關聯并顯示保護設備的相關參數信息，人工確認后即可完成分類賬信息的輸入和補充。對于現有的保護設備，運維人員先從服務器獲取變電站保護設備的分類賬信息，然后通過設備列表選擇要修改的保護設備的分類賬信息，并手工核對和補充相關信息。

六、結語

本文通過對當前繼電保護設備分類帳管理系統的現狀和要求的分析，介紹了一種手持移動終端的繼電保護設備分類帳管理系統的設計方法。它利用移動通信技術實現移動終端與服務器端系統之間的數據聯通，避免運維人員重復輸入設備分類賬信息，提高了現場設備分類賬管理的自動化程度和工作效率。該移動設備可以識別保護設備電子標簽，實現電子標簽信息與設備分類賬信息的關聯，然后可以通過電子標簽標識直接獲取設備分類賬信息，也可以用于繼電保護和繼電保護的后續開發。安全自動設備物理對象“ID”和標識代碼為設備操作和維護管理提供了技術條件。

參考文獻：

[1]張樹培，李新洪，邵宗官.智能手機繼電保護設備臺賬系統開發[J].云南電力技術，2016，44（S2）：75，79.

[2]張烈，王德林，申華，等.繼電保護運行管理及統計分析系統設計與開發[J].電力信息化，2012，10（9）：12-18.