變電站強電磁環境抗干擾數據傳輸方式的對比探討

張水鵬

（西安市高新區天翔建設有限公司，陜西 西安 712000）

變電站正常運行時，其空間存在強工頻電磁場；當發生雷擊、系統故障以及開關操作等情況時，會產生強瞬態電磁場。強工頻電磁場與強瞬態電磁場會通過二次電纜或電源線對二次設備產生干擾，使得通訊收發設備出現誤碼、丟包甚至停機現象，即形成了電磁干擾。

強電磁對變電站內通信系統的干擾途徑主要是電磁脈沖，能量通過“前門”耦合和“后門”耦合兩種方式進入通信系統。因此，對于高速數字系統中通訊收發模塊的抗擾度特性和抑制措施的探討至關重要。

目前在變電站中可供選擇的傳輸方式有無線傳輸、有線傳輸。有線傳輸方式在變電站的信息傳輸中應用最為廣泛，多采用光纖傳輸和網線傳輸。無線傳輸方式更易于采集設備狀態信息，且經濟性好，并可設在電纜達不到的地方。但無線信號在傳輸過程中易受環境變化與外界干擾影響，使用仍會受到限制。

現對某750kV強電磁環境下，進行光纖通信、網線通信、4G通信、無線通信這幾種數據傳輸方式的對比、分析，期望找出幾種方式下數據傳輸抗干擾的措施以及在強電磁環境下的幾種數據傳輸模式的應用方向。

1 變電站高壓強磁環境對數據通訊的干擾分析

變電站的無線電干擾產生有以下三種因素：高壓母線與電氣設備連線的電暈放電，電氣設備產生高頻電流向與其連接的母線或連線上傳輸，以及電氣部件的火花放電。另外，電暈放電會受到天氣變化的影響，放電強度在雨天明顯要比平時高出許多，同樣，站內無線電干擾也會因天氣變化而其干擾強度發生大范圍的變化。

無線電干擾作為環境影響因子，主要考慮對電站的電子設備，數據傳輸的影響。

2 不同數據傳輸方式抗電磁干擾能力比較

首先通過采用回路法測量了750kV母線產生的無線電干擾。測量參考頻率為0.5、1MHz?；芈贩ǖ臏y量原理見圖1。被測的高壓設備C0產生的無線電噪聲電流(脈沖電流)通過耦合單元Z1和R(R1+R2)構成回路，阻波器Z0用于阻止試驗變壓器T和C0之間脈沖電流。施加的試驗電壓一般大于1.1倍被測的高壓設備額定電壓。

1）正常運行電壓下，測得某750kV變電站試驗母線的無線電干擾電平(μV/m)在0.5MHz時約57dB，小于750kV線路58dB的無線電干擾限值要求。其試驗結果如表1所示：

表1

2）正常運行電壓下，750kV變電站母線下的地面電場<13kV/m；其試驗結果如表2所示：

表2

在測試電磁及電場較強的分別采用光纖，4G，6類網線（CAT6）及330MHz(50米范圍接收組件)的無線通信傳輸方式，進行數據傳輸試驗。每天選擇8個時段，每次進行30分鐘的數據傳輸共進行了7天，通過對數據傳輸的監測驗證，得出四種傳輸方式在強磁環境下的誤碼率的曲線如圖1所示。

通過對圖中數據進行統計及分析，得出以下結論：光纖的傳輸誤碼率最低，其次是網線，再次是4G，最差是340MHz無線傳輸（本次使用的是50米的無線收到組件）。

圖1

3 數據傳輸方式及抗電磁干擾措施

3.1 需傳輸的數據

需要傳輸的數據主要有視頻數據，溫度數據，濕度數據，火警數據，小動物監測數據，有毒有害氣體數據，水浸數據等。

3.2 數據傳輸方案

通過前面對不同數據傳輸方式抗電磁干擾能力比較，對這幾種傳輸方式進行分析，以便確定每種方式的應用場景和方向。

1）光纖通信。（1）光纖通信是傳輸光波信號。光波在一般電磁場對光的影響不明顯，只有在強磁場中通過時，影響效果會很明顯，但其傳輸是光的變化率，而不是光的強弱，通過對光纖收發器的前端及后端的電路進行優化設計可以糾正其偏移相位，所以其抗干擾能力強。（2）損耗低。在同軸電纜組成的系統中，最好的電纜在傳輸800MHz信號時，每公里的損耗都在40dB以上。相比之下，光導纖維的損耗則要小得多，傳輸1.31um的光，每公里損耗在0.35dB以下，若傳輸1.55um的光，每公里損耗更小，可達0.2dB以下。（3）光纖傳輸距離較遠，頻帶寬，主要適用于變電站的主干網。

2）網口通信。（1）由于其是靠金屬導線傳輸，所以會被強電磁場干擾，容易疊加。要增加其抗干擾能力就要以犧牲有效性為代價，只有降低其通信速率，增加屏蔽措施。因而適合于大數據，短距離傳輸模式。（2）傳輸距離有限，最大100米，主要用于變電站內設備之間到光電轉換器之間的短距離的傳輸。

3.3 數據傳輸方案

數據傳輸方案采用無線＋網線＋光纖方案模式。具體如下：溫度測試設備通過無線方式將測試結果傳輸到溫度接收主機，溫度接收主機通過網線進入光電轉換器后就近接入到光纖環網，光纖環網將數據送到輔助控制主機后臺。視頻攝像通過網線進入光電轉換器后就近進入光纖環網，電加熱地板，能量管控等通過RS485進入協議轉換主機后通過網線進入光電轉換器后就近接入光纖環網。巡檢機器人通過無線進入協議轉換主機后，通過光電轉換器后通過光纖進入后臺。

4 結束語

通過以上分析，在強電磁環境下的最適合的數據傳輸方式為光纖通信，但其成本較高，適合新建站。RJ45網線傳輸距離有限，通常不超過100米，同時也只適合新建站的部份短距離傳輸。若是后期增加功能而要進行數據傳輸，為了減少工作量及成本仍建議采樣終端采用無線傳輸方式，再由無線接收裝置通過網線到光電轉換器進入光纖。