500 kV變電站自動化調試工作中無線傳輸的技術路徑研究

顧 銓，李學福，張曦源，夏聆峰，劉朔呈

（云南電網有限責任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000）

1 變電站概述

變電站是連接發電廠和用戶的過渡裝置。由于電廠與用戶相距較遠，電廠發電壓不高，因此電流很大。如果電流較大，根據焦耳定律會產生大量熱量，對輸電線路造成損害，且將電流轉換成熱量也是一種損失。因此，發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，則通過當地的變電站降低電壓，通過配電等措施降壓成日常使用的220 V電壓。

我國電力事業的整體環境中，變電站發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、南方電網的成立，采用了集中的電力生產；另一方面是我國地域遼闊，電力需求相對分散。在供需之間產生了集中與分散的矛盾。為了實現更低損耗的電力輸送，高壓輸電技術應運而生。想要實現高壓輸電，變電體系必須成熟和發達，才能切實有效實現電力的安全、穩定傳輸。

2 變電站自動化調試工作

2.1 概 述

變電所電氣設備包括一次與二次設備。一次設備指直接生產、運輸、分配和應用電能的設備，涉及變壓器、高壓斷路器、隔離開關、變壓器（電流互感器、電壓互感器）、母線、避雷器、避雷針、電容器等以及反應器等。變電所二次設備指測量、監控、控制和保護一次設備與系統運轉狀態的設備，包括繼電保護、自動、測控和計量等。自動化系統中，如果二次設備供電的直流設備繼電保護測試不當，可能導致設備事故，甚至造成整個電網崩潰。變電站線路保護設備的自動化調試工作在區域變電站試驗中發揮著重要作用[1]。

2.2 自動調試工作

第一，通電前檢查。一般情況下，因為設計人員不做電路連接總會出現各種狀況，所以通電前的檢查工作尤為關鍵。檢測的內容主要包括短路、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定的電壓相對應。對諸如PLC和逆變器等成本大的電氣部件而言，必須仔細開展此流程，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。打開主電源開關前先檢查電壓，并記載在冊，主要查看PLC的輸入和輸出數值。第四，參數設置。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，設備功能測試。斷電報警后，要測試設備的功能。第一步是掌握設備的操作流程，第二步手動開展空載測試。測試時要保證手動操作正確，自動空載測試。空載測試完成后，執行負載測試，并記錄測試過程中的測試電流、電壓等運行數據。不僅要模擬每個元件的功能，而且要模擬設定報警，以保證達到故障條件時能切實滿足報警需求。對于需要加熱和設備恒溫的試驗，記錄加熱恒溫曲線，保障設備工作正常[3]。第六，系統在線測試。

2.3 自動化調試工作的目的

自動化調試工作的目的：檢驗自動化裝置的功能、特性是否達到設計和有關規定的要求；與變電站二次回路的連接是否正確。

2.4 自動化調試工作的具體工作

自動化調試工作的具體工作包括：檢驗和調試自動化裝置三遙等功能；遙控執行繼電器、遙信轉接繼電器等原件的檢驗調試。

3 無線傳輸的技術路徑

3.1 無線傳輸自動化調試工作現狀及對策

自動測試工作中，信號接收裝置用于待測保護裝置面板前，開關量收集在待測裝置觸點的另一端，接觸干觸點，檢測跳閘線圈的干節點。線路與發射單元相連，采集的開關量通過無線信號傳輸到信號接收裝置。該系統包括一組接收單元和可擴展的發射單元。無線傳輸距離高達200 m。信號經ISM波段微功率50 ms瞬間傳輸，經GFSK解調后，抗干擾性能強、誤碼率低、數據可靠，且運用硬件和軟件進行驗證。接收開關信號后維持此狀態，直至手動釋放。接收單元運用便攜式七英寸觸摸屏機箱自動接收全部的發射機模塊信號，并使用智能軟件呈現。無線傳輸同步技術的結構如圖1所示。

圖1 無線傳輸同步技術在變電站中的結構

試驗初期，經過現場測試與比較，明確了提高試驗可靠性和精確性的策略，即利用無線技術，經過即時收集、傳輸、接收和呈現，精確記載干觸點的通斷情況，提高測試精度與穩定性。研究計劃：完成項目所需材料的準備工作20天，原型開發制造60天，軟件編程開發、原型測試和性能測試10天，原型測試和總結評估10天（如表1所示）。

3.2 干接點

干接點是一類無源開關，擁有閉合與斷開兩種模式，兩個接點之間無極性，能夠轉換。通用的干接點信號包括多類型的開關、按鍵、傳感器的輸出、繼電器和干簧管的輸出。有干接點就有濕接點。電力工業中的許多電子元件都借助干觸點的開閉進行監控。自動化過程中，有必要對開關量干接點控制進行人工通斷測試。由于500 kV變電站的保護屏柜在試驗過程中均裝置在保護室內，與主控室的背景距離很遠，導致人工使用對講機時，觸點閉合和斷開的狀態交流對話不能精確計數實際的干觸點開關時間和干觸點延時等關鍵技術指標，進而難以得到準確判斷。干接點可以隨意接入，有效減少了工程費用，滿足了工作人員需求，提升了工程進度。此外，干接點接入便捷，接口統一。本文提出一種干接點開關通斷信號裝置，旨在運用無線技術，經過即時收集、傳輸、接收和呈現，準確記載干觸點的通斷模式，提高測試精度與穩定性。

3.3 智能化干接點開關通斷信號裝置

本文的智能裝置是16路數字量（DI）收集裝置。借助科學的Modbus RTU通信協議，可通過RS485總線部署遠程DI信息的收集與傳送，擁有良好的擴展水平，使用方便。另外，可通過M244、M244-A、M281、M281-A、M2IA和M2VA等具有組網功能的收集設備，采用方便靈活的級聯方式完成以太網接入，實現多類型數字與模擬量的組合擴展收集。智能化干接點開關通斷信號設備，提供16路220 V交流輸入至16路集電極開路輸出的采集轉換功能，可以即時測試各220 V交流電源的通斷狀況，輸出對應的集電極開路信號，進而滿足交流向開關量信號的切換，便于干接點檢測設備的監控接入。它廣泛應用于機房，監控重要設備交流電源開關狀態和交流電通斷監測。

表1 項目進展及計劃用時表

3.4 智能化干接點開關通斷信號裝置的特點

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

（1）智能化干接點開關通斷信號裝置采集模塊技術參數主要包括I/O接口、DI特性、16路干接點輸入、60 V過壓保護和100 mA過流保護。（2）智能化干接點開關通斷信號裝置通信參數設置。通信接口：RS485；波特率：1 200～115 200 b/s；數據位：8；奇偶效驗：無；停止位：1；485地址：1～255；通信協議：Modbus RTU；串口保護：1.5 kV/600 W防雷保護、240 V過壓保護和80 mA過流保護。（3）智能化干接點開關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：1.5 kW；過流過壓保護：60 V過壓保護、500 mA過流保護。（4）提供資源。測試軟件：IO設備管理程序；文檔：Modbus通信協議、寄存器地址文檔；DEMO：Modbus通信示例程序及代碼。（5）智能化干接點開關通斷信號裝置工作環境。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 論

測試和實踐樣機證明該裝置測量精確，操作方便，可大大提高電力行業干觸點測量的工作效率。它擁有廣泛的應用范圍與前景，對工業生產貢獻巨大，尤其在降低人工費用和工作風險方面具有推廣價值。