基于載波通信的站域之間聯(lián)絡(luò)線備自投裝置的研制

王舒，周達(dá)開，汪明玲，金春華，孟艷萍

（國網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

一、引言

隨著人們對電力需求的不斷增大，以及電網(wǎng)的快速發(fā)展壯大，對電能質(zhì)量的要求也更加嚴(yán)格，供電可靠性成為供電考核的重要指標(biāo)。一直以來，保證電力系統(tǒng)可靠和不間斷供電都是電力部門工作的核心，但由于電網(wǎng)發(fā)展資金的限制，僅從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)改善一方面不可能從根本解決此問題。因此，需研制一種站域之間的聯(lián)絡(luò)線備自投通信裝置，在與系統(tǒng)聯(lián)系相對較弱的一些220kV 變電站，保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。該裝置以合理的通信方式實現(xiàn)兩站域間信號傳遞，若其中任一站失壓全停，可由相鄰的另一站供電，有效防止由線路跳閘導(dǎo)致的全站失壓等情況發(fā)生的同時，保證系統(tǒng)的不間斷供電。

新型聯(lián)絡(luò)線備自投通信系統(tǒng)可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，對與系統(tǒng)聯(lián)系較弱的220kV 變電站提供基于載波技術(shù)的站域之間通信方式，通過載波裝置分別對兩個變電站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)站域之間的信號傳遞，實現(xiàn)互為備用，減少變電站全停等事故。兩個220kV 變電站實現(xiàn)互為備用時，備用電源可采用66kV 系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線。

二、載波技術(shù)簡介

隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，電力線載波通訊水平有了很大的提高，使采用電力線載波通訊方式進(jìn)行遠(yuǎn)程控制以及數(shù)據(jù)采集成為電力載波技術(shù)的一個新的發(fā)展方向，使其有著良好的發(fā)展前景和廣闊的市場。同時，電力線載波通信技術(shù)具有組網(wǎng)簡單、成本低、易于實現(xiàn)的優(yōu)勢，受到越來越多人的關(guān)注[1]。

近年來，主要有GPRS 通信、光纖通信、TCP/IP以太網(wǎng)通信、載波通信等技術(shù)，都存在一定的優(yōu)點和缺點，如無線通信易受電磁干擾、以太網(wǎng)線傳輸距離短、光纖通信造價成本較高等[2]，在一定程度上不能滿足現(xiàn)場通信要求。電力線載波技術(shù)是電力系統(tǒng)中唯一不需線路投資的有線通信方式，其將電力線作為信號傳遞載體，把需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過電力線載波通信機(jī)轉(zhuǎn)換成載波調(diào)制模擬或數(shù)字信號后，通過線路耦合裝置將模擬或數(shù)字信號耦合到電力線中，再高速傳輸?shù)囊环N信號傳輸方式。電力線載波通信利用現(xiàn)有的電力線傳輸數(shù)據(jù)而無需另加傳輸線路，亦不占用現(xiàn)有的通訊頻率資源[3]，在可靠性、抗干擾性、實時性、穩(wěn)定性等方面均具有優(yōu)勢，因此，本文選用電力載波方式進(jìn)行站域間的信號通信。

三、聯(lián)絡(luò)線備自投裝置簡介

備用電源自動投入裝置（簡稱備自投）是電力系統(tǒng)故障或其他原因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源或備用設(shè)備或其他正常工作的電源自動投入工作，使原來工作電源被斷開的用戶能迅速恢復(fù)供電的一種自動控制裝置。該裝置能夠快速、可靠地投入備用電源，縮短停電時間[4]，是保證電力系統(tǒng)連續(xù)可靠供電的重要措施，是變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能之一。

備用電源自投裝置在變電站聯(lián)絡(luò)線上的應(yīng)用已非常廣泛，這類裝置既具備本地備自投功能，又具備遠(yuǎn)方備自投功能。目前，國內(nèi)備用電源自動投入裝置主要應(yīng)用于110kV 及以下變電站中，在220kV 電壓等級有少量母線備自投運(yùn)行，按功能大致分為以下三種類型：（1）母聯(lián)備自投；（2）變壓器備自投；（3）110kV 線路進(jìn)線備自投。上述三類備自投，動作原理相對簡單[5]。

在一次變電所裝設(shè)66kV 聯(lián)絡(luò)線備用電源自動切換裝置是防止發(fā)生一次變?nèi)?、保證對用戶連續(xù)可靠供電的重要手段。當(dāng)一次變220kV 系統(tǒng)失去供電時，66kV 聯(lián)絡(luò)線備自投裝置啟動，將全部或部分負(fù)荷通過66kV 聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)由其他一次變供電。區(qū)別于傳統(tǒng)的備自投裝置，聯(lián)絡(luò)線備自投的兩條出線可能位于不同的兩個變電站，需要將兩條出線及相應(yīng)母線的數(shù)據(jù)送至一處，并將跳合閘命令發(fā)送到不同變電站。所以聯(lián)絡(luò)線備自投裝置的開發(fā)需要考慮備自投通信方式的選擇。

四、新型聯(lián)絡(luò)線備自投通信系統(tǒng)

（一）載波通信系統(tǒng)

載波通信系統(tǒng)由備自投裝置、通訊接口、載波裝置和通訊模塊組成，如圖1 所示。

圖1 載波通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

其中，在備自投裝置上連接通訊模塊，并通過通訊接口與載波裝置相連接后，再連接相應(yīng)的220kV 變電站，每兩個載波裝置之間利用既有電力線的任意一相進(jìn)行通訊。

載波裝置包括主載波機(jī)、從載波機(jī)、終端三部分，完成對兩座相應(yīng)220kV 變電站的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集，掌握變電站內(nèi)所有間隔的電壓電流，以及變壓器、刀閘、斷路器實時位置信息。其中，主載波機(jī)與從載波機(jī)相連接，從載波機(jī)與終端連接，主載波機(jī)通過光纖通信網(wǎng)絡(luò)與220kV 變電站總控系統(tǒng)連接，并利用全雙工通信方式，將同一載波通道內(nèi)的所有從載波機(jī)和主載波機(jī)設(shè)有各自獨(dú)立的信號發(fā)送通道，實現(xiàn)同一臺載波機(jī)可同時接收多路信號，以實現(xiàn)相相間通訊，通訊接口為串行數(shù)據(jù)線接口或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口。

兩變電站間聯(lián)絡(luò)線備自投系統(tǒng)如圖2 所示，甲乙兩個變電站通過載波通信系統(tǒng)連接，分別在備自投裝置上加裝通訊接口和模塊后，連接載波裝置，當(dāng)甲站失電時，信號經(jīng)載波裝置傳遞到乙站，乙站經(jīng)分析決定是否具備給甲站供電的條件，實現(xiàn)互為備用。乙站通過備自投裝置可直接給甲站供電，可切除所供不重要負(fù)荷后給甲站供電，保證兩站所供重要負(fù)荷的不間斷供電，提高供電可靠性。

圖2 兩變電站間聯(lián)絡(luò)線備自投載波通信裝置系統(tǒng)圖

載波裝置位于配電網(wǎng)中通信系統(tǒng)的接入層，通過從載波機(jī)，其上行數(shù)據(jù)通道可連接光纖通信系統(tǒng)，下行數(shù)據(jù)通道可連接配網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)端口，建立了一套中壓電力線的配網(wǎng)通信載波網(wǎng)絡(luò)。其中，根據(jù)實際需求不同，將主載波機(jī)和從載波機(jī)的連接端口分為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口和串行數(shù)據(jù)接口。

載波裝置采用全雙工通信方式，在同一載波通道內(nèi)合理劃分頻率資源，以提高載波數(shù)據(jù)的傳輸能力。同時，采用通道運(yùn)用的頻率復(fù)用模式，使同一載波通道內(nèi)的所有載波機(jī)均具有獨(dú)立的發(fā)送通道，使同一臺載波機(jī)具備同時接收多路信號的能力，實現(xiàn)實時的頻分復(fù)用載波通信，有效解決傳輸過程的載波信號排隊問題。

（二）特點分析

本文所研制的裝置具有如下特點：（1）由于某種原因造成一個變電站失壓全停時，可由相鄰變電站供電，真正做到互為備用。（2）該裝置的應(yīng)用，一方面可降低變電站全停等事故發(fā)生次數(shù)，另一方面對于電網(wǎng)供電薄弱地區(qū)，可提高供電可靠性。（3）充分利用電力載波技術(shù)，用電力線完成數(shù)據(jù)傳輸，將載有實時信息的高頻信號加載到電力線上，可節(jié)約大量社會成本及運(yùn)營成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。（4）在備用變電站投入運(yùn)行前，可根據(jù)變電站實時運(yùn)行方式、系統(tǒng)負(fù)荷，自動控制和合理切除部分負(fù)荷，保證兩站的重要負(fù)荷供電。

五、結(jié)論

本裝置的研制，進(jìn)一步完善了我國備用電源自投裝置系列產(chǎn)品，大大提高了電網(wǎng)薄弱地區(qū)的供電可靠性，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，解決了供電可靠性低的問題，具有很大的推廣價值。