變電站強(qiáng)電磁環(huán)境抗干擾數(shù)據(jù)傳輸方式的對(duì)比探討

張水鵬

（西安市高新區(qū)天翔建設(shè)有限公司，陜西 西安 712000）

變電站正常運(yùn)行時(shí)，其空間存在強(qiáng)工頻電磁場(chǎng)；當(dāng)發(fā)生雷擊、系統(tǒng)故障以及開關(guān)操作等情況時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)瞬態(tài)電磁場(chǎng)。強(qiáng)工頻電磁場(chǎng)與強(qiáng)瞬態(tài)電磁場(chǎng)會(huì)通過二次電纜或電源線對(duì)二次設(shè)備產(chǎn)生干擾，使得通訊收發(fā)設(shè)備出現(xiàn)誤碼、丟包甚至停機(jī)現(xiàn)象，即形成了電磁干擾。

強(qiáng)電磁對(duì)變電站內(nèi)通信系統(tǒng)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(jìn)入通信系統(tǒng)。因此，對(duì)于高速數(shù)字系統(tǒng)中通訊收發(fā)模塊的抗擾度特性和抑制措施的探討至關(guān)重要。

目前在變電站中可供選擇的傳輸方式有無(wú)線傳輸、有線傳輸。有線傳輸方式在變電站的信息傳輸中應(yīng)用最為廣泛，多采用光纖傳輸和網(wǎng)線傳輸。無(wú)線傳輸方式更易于采集設(shè)備狀態(tài)信息，且經(jīng)濟(jì)性好，并可設(shè)在電纜達(dá)不到的地方。但無(wú)線信號(hào)在傳輸過程中易受環(huán)境變化與外界干擾影響，使用仍會(huì)受到限制。

現(xiàn)對(duì)某750kV強(qiáng)電磁環(huán)境下，進(jìn)行光纖通信、網(wǎng)線通信、4G通信、無(wú)線通信這幾種數(shù)據(jù)傳輸方式的對(duì)比、分析，期望找出幾種方式下數(shù)據(jù)傳輸抗干擾的措施以及在強(qiáng)電磁環(huán)境下的幾種數(shù)據(jù)傳輸模式的應(yīng)用方向。

1 變電站高壓強(qiáng)磁環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)通訊的干擾分析

變電站的無(wú)線電干擾產(chǎn)生有以下三種因素：高壓母線與電氣設(shè)備連線的電暈放電，電氣設(shè)備產(chǎn)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(huì)受到天氣變化的影響，放電強(qiáng)度在雨天明顯要比平時(shí)高出許多，同樣，站內(nèi)無(wú)線電干擾也會(huì)因天氣變化而其干擾強(qiáng)度發(fā)生大范圍的變化。

無(wú)線電干擾作為環(huán)境影響因子，主要考慮對(duì)電站的電子設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

2 不同數(shù)據(jù)傳輸方式抗電磁干擾能力比較

首先通過采用回路法測(cè)量了750kV母線產(chǎn)生的無(wú)線電干擾。測(cè)量參考頻率為0.5、1MHz。回路法的測(cè)量原理見圖1。被測(cè)的高壓設(shè)備C0產(chǎn)生的無(wú)線電噪聲電流(脈沖電流)通過耦合單元Z1和R(R1+R2)構(gòu)成回路，阻波器Z0用于阻止試驗(yàn)變壓器T和C0之間脈沖電流。施加的試驗(yàn)電壓一般大于1.1倍被測(cè)的高壓設(shè)備額定電壓。

1）正常運(yùn)行電壓下，測(cè)得某750kV變電站試驗(yàn)?zāi)妇€的無(wú)線電干擾電平(μV/m)在0.5MHz時(shí)約57dB，小于750kV線路58dB的無(wú)線電干擾限值要求。其試驗(yàn)結(jié)果如表1所示：

表1

2）正常運(yùn)行電壓下，750kV變電站母線下的地面電場(chǎng)<13kV/m；其試驗(yàn)結(jié)果如表2所示：

表2

在測(cè)試電磁及電場(chǎng)較強(qiáng)的分別采用光纖，4G，6類網(wǎng)線（CAT6）及330MHz(50米范圍接收組件)的無(wú)線通信傳輸方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)。每天選擇8個(gè)時(shí)段，每次進(jìn)行30分鐘的數(shù)據(jù)傳輸共進(jìn)行了7天，通過對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)驗(yàn)證，得出四種傳輸方式在強(qiáng)磁環(huán)境下的誤碼率的曲線如圖1所示。

通過對(duì)圖中數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析，得出以下結(jié)論：光纖的傳輸誤碼率最低，其次是網(wǎng)線，再次是4G，最差是340MHz無(wú)線傳輸（本次使用的是50米的無(wú)線收到組件）。

圖1

3 數(shù)據(jù)傳輸方式及抗電磁干擾措施

3.1 需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)

需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要有視頻數(shù)據(jù)，溫度數(shù)據(jù)，濕度數(shù)據(jù)，火警數(shù)據(jù)，小動(dòng)物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有毒有害氣體數(shù)據(jù)，水浸數(shù)據(jù)等。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸方案

通過前面對(duì)不同數(shù)據(jù)傳輸方式抗電磁干擾能力比較，對(duì)這幾種傳輸方式進(jìn)行分析，以便確定每種方式的應(yīng)用場(chǎng)景和方向。

1）光纖通信。（1）光纖通信是傳輸光波信號(hào)。光波在一般電磁場(chǎng)對(duì)光的影響不明顯，只有在強(qiáng)磁場(chǎng)中通過時(shí)，影響效果會(huì)很明顯，但其傳輸是光的變化率，而不是光的強(qiáng)弱，通過對(duì)光纖收發(fā)器的前端及后端的電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以糾正其偏移相位，所以其抗干擾能力強(qiáng)。（2）損耗低。在同軸電纜組成的系統(tǒng)中，最好的電纜在傳輸800MHz信號(hào)時(shí)，每公里的損耗都在40dB以上。相比之下，光導(dǎo)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(dá)0.2dB以下。（3）光纖傳輸距離較遠(yuǎn)，頻帶寬，主要適用于變電站的主干網(wǎng)。

2）網(wǎng)口通信。（1）由于其是靠金屬導(dǎo)線傳輸，所以會(huì)被強(qiáng)電磁場(chǎng)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(jià)，只有降低其通信速率，增加屏蔽措施。因而適合于大數(shù)據(jù)，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(nèi)設(shè)備之間到光電轉(zhuǎn)換器之間的短距離的傳輸。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸方案

數(shù)據(jù)傳輸方案采用無(wú)線＋網(wǎng)線＋光纖方案模式。具體如下：溫度測(cè)試設(shè)備通過無(wú)線方式將測(cè)試結(jié)果傳輸?shù)綔囟冉邮罩鳈C(jī)，溫度接收主機(jī)通過網(wǎng)線進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器后就近接入到光纖環(huán)網(wǎng)，光纖環(huán)網(wǎng)將數(shù)據(jù)送到輔助控制主機(jī)后臺(tái)。視頻攝像通過網(wǎng)線進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器后就近進(jìn)入光纖環(huán)網(wǎng)，電加熱地板，能量管控等通過RS485進(jìn)入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換主機(jī)后通過網(wǎng)線進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器后就近接入光纖環(huán)網(wǎng)。巡檢機(jī)器人通過無(wú)線進(jìn)入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換主機(jī)后，通過光電轉(zhuǎn)換器后通過光纖進(jìn)入后臺(tái)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過以上分析，在強(qiáng)電磁環(huán)境下的最適合的數(shù)據(jù)傳輸方式為光纖通信，但其成本較高，適合新建站。RJ45網(wǎng)線傳輸距離有限，通常不超過100米，同時(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，為了減少工作量及成本仍建議采樣終端采用無(wú)線傳輸方式，再由無(wú)線接收裝置通過網(wǎng)線到光電轉(zhuǎn)換器進(jìn)入光纖。