500 kV变电站自动化调试工作中无线传输的技术路径研究

顾 铨，李学福，张曦源，夏聆峰，刘朔呈

（云南电网有限责任公司楚雄供电局，云南 楚雄 675000）

1 变电站概述

变电站是连接发电厂和用户的过渡装置。由于电厂与用户相距较远，电厂发电压不高，因此电流很大。如果电流较大，根据焦耳定律会产生大量热量，对输电线路造成损害，且将电流转换成热量也是一种损失。因此，发电厂的电压需要通过变电站提高到500 kV，长距离输送到城市。工厂、普通居民用电，则通过当地的变电站降低电压，通过配电等措施降压成日常使用的220 V电压。

我国电力事业的整体环境中，变电站发挥着重要的枢纽作用。这种变电体系的重要地位，一方面基于国家电网、南方电网的成立，采用了集中的电力生产；另一方面是我国地域辽阔，电力需求相对分散。在供需之间产生了集中与分散的矛盾。为了实现更低损耗的电力输送，高压输电技术应运而生。想要实现高压输电，变电体系必须成熟和发达，才能切实有效实现电力的安全、稳定传输。

2 变电站自动化调试工作

2.1 概 述

变电所电气设备包括一次与二次设备。一次设备指直接生产、运输、分配和应用电能的设备，涉及变压器、高压断路器、隔离开关、变压器（电流互感器、电压互感器）、母线、避雷器、避雷针、电容器等以及反应器等。变电所二次设备指测量、监控、控制和保护一次设备与系统运转状态的设备，包括继电保护、自动、测控和计量等。自动化系统中，如果二次设备供电的直流设备继电保护测试不当，可能导致设备事故，甚至造成整个电网崩溃。变电站线路保护设备的自动化调试工作在区域变电站试验中发挥着重要作用[1]。

2.2 自动调试工作

第一，通电前检查。一般情况下，因为设计人员不做电路连接总会出现各种状况，所以通电前的检查工作尤为关键。检测的内容主要包括短路、开路与接地绝缘检查[2]。第二，通电前电源电压检查。为防止出现过多耗损，通电前必须检查汇入电源的电压是否与原理图规定的电压相对应。对诸如PLC和逆变器等成本大的电气部件而言，必须仔细开展此流程，以防止造成电源汇入和输出的反向连接、部件损坏。第三，参考策略。打开主电源开关前先检查电压，并记载在册，主要查看PLC的输入和输出数值。第四，参数设置。主要包括文字、触摸屏、变频器和二次仪表等，并记载在册。第五，设备功能测试。断电报警后，要测试设备的功能。第一步是掌握设备的操作流程，第二步手动开展空载测试。测试时要保证手动操作正确，自动空载测试。空载测试完成后，执行负载测试，并记录测试过程中的测试电流、电压等运行数据。不仅要模拟每个元件的功能，而且要模拟设定报警，以保证达到故障条件时能切实满足报警需求。对于需要加热和设备恒温的试验，记录加热恒温曲线，保障设备工作正常[3]。第六，系统在线测试。

2.3 自动化调试工作的目的

自动化调试工作的目的：检验自动化装置的功能、特性是否达到设计和有关规定的要求；与变电站二次回路的连接是否正确。

2.4 自动化调试工作的具体工作

自动化调试工作的具体工作包括：检验和调试自动化装置三遥等功能；遥控执行继电器、遥信转接继电器等原件的检验调试。

3 无线传输的技术路径

3.1 无线传输自动化调试工作现状及对策

自动测试工作中，信号接收装置用于待测保护装置面板前，开关量收集在待测装置触点的另一端，接触干触点，检测跳闸线圈的干节点。线路与发射单元相连，采集的开关量通过无线信号传输到信号接收装置。该系统包括一组接收单元和可扩展的发射单元。无线传输距离高达200 m。信号经ISM波段微功率50 ms瞬间传输，经GFSK解调后，抗干扰性能强、误码率低、数据可靠，且运用硬件和软件进行验证。接收开关信号后维持此状态，直至手动释放。接收单元运用便携式七英寸触摸屏机箱自动接收全部的发射机模块信号，并使用智能软件呈现。无线传输同步技术的结构如图1所示。

图1 无线传输同步技术在变电站中的结构

试验初期，经过现场测试与比较，明确了提高试验可靠性和精确性的策略，即利用无线技术，经过即时收集、传输、接收和呈现，精确记载干触点的通断情况，提高测试精度与稳定性。研究计划：完成项目所需材料的准备工作20天，原型开发制造60天，软件编程开发、原型测试和性能测试10天，原型测试和总结评估10天（如表1所示）。

3.2 干接点

干接点是一类无源开关，拥有闭合与断开两种模式，两个接点之间无极性，能够转换。通用的干接点信号包括多类型的开关、按键、传感器的输出、继电器和干簧管的输出。有干接点就有湿接点。电力工业中的许多电子元件都借助干触点的开闭进行监控。自动化过程中，有必要对开关量干接点控制进行人工通断测试。由于500 kV变电站的保护屏柜在试验过程中均装置在保护室内，与主控室的背景距离很远，导致人工使用对讲机时，触点闭合和断开的状态交流对话不能精确计数实际的干触点开关时间和干触点延时等关键技术指标，进而难以得到准确判断。干接点可以随意接入，有效减少了工程费用，满足了工作人员需求，提升了工程进度。此外，干接点接入便捷，接口统一。本文提出一种干接点开关通断信号装置，旨在运用无线技术，经过即时收集、传输、接收和呈现，准确记载干触点的通断模式，提高测试精度与稳定性。

3.3 智能化干接点开关通断信号装置

本文的智能装置是16路数字量（DI）收集装置。借助科学的Modbus RTU通信协议，可通过RS485总线部署远程DI信息的收集与传送，拥有良好的扩展水平，使用方便。另外，可通过M244、M244-A、M281、M281-A、M2IA和M2VA等具有组网功能的收集设备，采用方便灵活的级联方式完成以太网接入，实现多类型数字与模拟量的组合扩展收集。智能化干接点开关通断信号设备，提供16路220 V交流输入至16路集电极开路输出的采集转换功能，可以即时测试各220 V交流电源的通断状况，输出对应的集电极开路信号，进而满足交流向开关量信号的切换，便于干接点检测设备的监控接入。它广泛应用于机房，监控重要设备交流电源开关状态和交流电通断监测。

表1 项目进展及计划用时表

3.4 智能化干接点开关通断信号装置的特点

16路数字量输入；数字量输入与系统完全隔离；利用Modbus RTU通信协议；RS485通信端口，光电隔离，每线600 W浪涌保护；电源通过高效的过流过电压和抗逆保护功能作业；指示灯多种多样，综合检查情况，故障立即排除，安装简便。

（1）智能化干接点开关通断信号装置采集模块技术参数主要包括I/O接口、DI特性、16路干接点输入、60 V过压保护和100 mA过流保护。（2）智能化干接点开关通断信号装置通信参数设置。通信接口：RS485；波特率：1 200～115 200 b/s；数据位：8；奇偶效验：无；停止位：1；485地址：1～255；通信协议：Modbus RTU；串口保护：1.5 kV/600 W防雷保护、240 V过压保护和80 mA过流保护。（3）智能化干接点开关通断信号装置电源需求。工作电压：9～24 VDC（推荐12 VDC）；工作电流：＜100 mA；功耗：＜2 W；浪涌保护：1.5 kW；过流过压保护：60 V过压保护、500 mA过流保护。（4）提供资源。测试软件：IO设备管理程序；文档：Modbus通信协议、寄存器地址文档；DEMO：Modbus通信示例程序及代码。（5）智能化干接点开关通断信号装置工作环境。其中，操作温度为-25～85 ℃，存储温度-60～125 ℃，工作湿度RH为5%～95%不凝露。

4 结 论

测试和实践样机证明该装置测量精确，操作方便，可大大提高电力行业干触点测量的工作效率。它拥有广泛的应用范围与前景，对工业生产贡献巨大，尤其在降低人工费用和工作风险方面具有推广价值。