基于無線傳輸?shù)奶馗邏篏IS局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探究

龔鵬

摘要：本文首先介紹了當(dāng)前特高壓GIS局在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成，并分析了從局部放電傳感器到集成應(yīng)用服務(wù)器的連接過程。然后介紹了特高壓變電站的無線專用網(wǎng)的組網(wǎng)方案，然后討論了基于無線傳輸?shù)腉IS本地在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組網(wǎng)方法。最后，分析了該應(yīng)用程序所面臨的問題和解決方案。

關(guān)鍵詞：特高壓;氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備;局部放電;在線監(jiān)測(cè);無線傳輸

一、引言

隨著我國(guó)土地資源的使用向集約發(fā)展，應(yīng)用技術(shù)也不斷進(jìn)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(guó)家電網(wǎng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)大綱的引入，無處不在的物聯(lián)網(wǎng)概念在任何時(shí)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(jīng)得到了闡明。在浙江省特高壓L站基于無線傳輸?shù)腉IS局在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，分析了GIS局放的在線監(jiān)測(cè)方法，并詳細(xì)闡述了無線專用網(wǎng)的組網(wǎng)方案，它可以通過WLAN傳輸?shù)絻?nèi)部網(wǎng)，從而減少了電纜，光纜和其他相關(guān)設(shè)備的數(shù)量。

二、GIS局放在線監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

目前在中國(guó)投入運(yùn)行的特高壓變電站GIS局放在線監(jiān)測(cè)均采用有線聯(lián)網(wǎng)模式。本文以特高壓L站為例進(jìn)行介紹，L站是一個(gè)交流特高壓變電站，于2014年投入運(yùn)行。該站1000kV側(cè)的GIS區(qū)域配備了UHF本地線路監(jiān)視設(shè)備。UHF局部放電傳感器安裝在GIS內(nèi)部，收集的信號(hào)傳輸?shù)骄植糠烹奜CU監(jiān)控單元，然后通過現(xiàn)場(chǎng)局部放電電源柜連接到遠(yuǎn)程控制柜，最后傳輸?shù)郊蓱?yīng)用程序中服務(wù)器通過II區(qū)域切換。L站機(jī)房?jī)?nèi)有一個(gè)1000kV本地在線狀態(tài)監(jiān)控柜，可以迅速的對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖形處理，方便操作維護(hù)和維護(hù)人員檢查，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備可能出現(xiàn)的放電問題，以便在發(fā)生事故時(shí)緊急采取必要的措施，避免由于設(shè)備故障而造成負(fù)載損失。在L站的500kV側(cè)GIS未配備本地在線監(jiān)視設(shè)備，但保留了安裝接口，即PD傳感器已嵌入GIS中，但PDOCU監(jiān)視單元及其后續(xù)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(dǎo)致?lián)p壞部分電纜或光纖無法將數(shù)據(jù)發(fā)送到GIS局部放電監(jiān)視單元。

三、無線專網(wǎng)組網(wǎng)方案

目前我國(guó)電力無線接入網(wǎng)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(hào)衍射能力強(qiáng)，適用于大面積連續(xù)覆蓋，但頻點(diǎn)數(shù)量很少，因此通信系統(tǒng)的上下行帶寬也很小，只適合攜帶低速，小顆粒商業(yè)。230MHz頻段位于一個(gè)適中的頻段，靠近公共網(wǎng)絡(luò)頻段，更適合于大面積連續(xù)覆蓋，系統(tǒng)工作帶寬大，對(duì)應(yīng)的通信系統(tǒng)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(wù)。考慮到較高頻段的優(yōu)點(diǎn)，因此本次選擇了1800MHz的頻段進(jìn)行建設(shè)。隨著智能電網(wǎng)對(duì)通信需求的日益完善和多樣化的要求，新型專用網(wǎng)絡(luò)無線通信技術(shù)具有長(zhǎng)期演技的特點(diǎn)在電力通信系統(tǒng)中備受關(guān)注。隨著LTE無線通信技術(shù)的發(fā)展，其無處不在的靈活接入功能為各種電力服務(wù)的大規(guī)模接入提供了一種經(jīng)濟(jì)，安全，可靠的專用通信網(wǎng)絡(luò)。本文以TD-LTE通信系統(tǒng)為例，其工作頻段為1785～1795MHz，TD-LTE無線專用網(wǎng)以相同頻率組網(wǎng)方式建立;分布式核心聯(lián)網(wǎng)模式用于同一站點(diǎn)部署NFV核心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，BBU，RRU，天線以及輔助設(shè)備和材料。核心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和BBU具有獨(dú)立的優(yōu)先級(jí)。TD-LTE通信系統(tǒng)不需要在省/市中心節(jié)點(diǎn)上部署核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。基于10MHz帶寬的TD-LTE系統(tǒng)用于無線專用網(wǎng)建設(shè)，并且上下行子幀的比例為3：1，以完全滿足相對(duì)較大的上行業(yè)務(wù)。使用BBU+RRU設(shè)備形式模式，按照每個(gè)基站3個(gè)小區(qū)的方向進(jìn)行天線覆蓋。在完整配置的情況下，BBU應(yīng)支持不少于6個(gè)單元的處理能力。在單站點(diǎn)3小區(qū)配置中，RRU應(yīng)該能夠支持8個(gè)信道，并且最大發(fā)射功率不應(yīng)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(dāng)使用更多小區(qū)配置來增加單個(gè)站點(diǎn)的上行鏈路容量時(shí)，RRU應(yīng)該能夠支持至少4個(gè)信道，最大發(fā)射功率應(yīng)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(jī)房中的通信開關(guān)電源應(yīng)至少具有兩個(gè)63ADC端子，以連接到用于無線專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的專用DCDU。DCDUDC輸出端子的分布：NFV核心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，BBU和RRU均配有16A端子。

四、GIS局放在線監(jiān)測(cè)無線傳輸方案

以“傳感器和信號(hào)處理模塊，通信模塊”為基礎(chǔ)的高度集成，按照低功耗，小型化的部署條件建設(shè)，使用電力物聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行區(qū)域級(jí)信息交換以及電力無線專用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視物聯(lián)網(wǎng)它已建立了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，用于電力設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)，以擴(kuò)大對(duì)電網(wǎng)設(shè)備絕緣狀態(tài)監(jiān)視的覆蓋范圍。根據(jù)不同的供電方式，無線傳輸智能網(wǎng)絡(luò)可以分為有線電源和無線傳輸智能網(wǎng)絡(luò)方案以及無線電源和無線傳輸智能網(wǎng)絡(luò)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(shí)時(shí)采樣，維護(hù)成本低，放電類型識(shí)別精度高的優(yōu)點(diǎn)。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(wǎng)絡(luò)安全

UHF傳感器可以組建一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，由于其資源有限，開放通道的同時(shí)但也很容易受到各種攻擊。因此，建立網(wǎng)絡(luò)層安全機(jī)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(tǒng)，用來實(shí)現(xiàn)傳感器采集和傳輸?shù)陌踩浴Ｊ褂孟⒄J(rèn)證代碼（MAC）和其他機(jī)制來完成認(rèn)證。建立完善的路由安全機(jī)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(wǎng)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)使用VPN或APN服務(wù)，并且應(yīng)使用端到端安全密碼算法來確保在無線網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。設(shè)備制造商應(yīng)在材料采購(gòu)和調(diào)試階段進(jìn)行安裝，并保護(hù)庫(kù)存。運(yùn)維人員通過掃描變電站中設(shè)備的QR碼或RFID獲得設(shè)備的電子標(biāo)簽，直接關(guān)聯(lián)并顯示保護(hù)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)信息，人工確認(rèn)后即可完成分類賬信息的輸入和補(bǔ)充。對(duì)于現(xiàn)有的保護(hù)設(shè)備，運(yùn)維人員先從服務(wù)器獲取變電站保護(hù)設(shè)備的分類賬信息，然后通過設(shè)備列表選擇要修改的保護(hù)設(shè)備的分類賬信息，并手工核對(duì)和補(bǔ)充相關(guān)信息。

六、結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)當(dāng)前繼電保護(hù)設(shè)備分類帳管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀和要求的分析，介紹了一種手持移動(dòng)終端的繼電保護(hù)設(shè)備分類帳管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。它利用移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端與服務(wù)器端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)通，避免運(yùn)維人員重復(fù)輸入設(shè)備分類賬信息，提高了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分類賬管理的自動(dòng)化程度和工作效率。該移動(dòng)設(shè)備可以識(shí)別保護(hù)設(shè)備電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽信息與設(shè)備分類賬信息的關(guān)聯(lián)，然后可以通過電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)直接獲取設(shè)備分類賬信息，也可以用于繼電保護(hù)和繼電保護(hù)的后續(xù)開發(fā)。安全自動(dòng)設(shè)備物理對(duì)象“ID”和標(biāo)識(shí)代碼為設(shè)備操作和維護(hù)管理提供了技術(shù)條件。

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