電廠(chǎng)應用ZigBee技術(shù)的必要性和可行性研究

　　輸電線(xiàn)(220 kV)諧波(測試點(diǎn)C)：220 kV GIS站葛鋁I回線(xiàn)電壓、電流諧波檢測結果；測量時(shí)間：2007年1月15日；測量工具：中元華電ZH-2故障錄波裝置；CT變比：1000／1 PT變比：220 kV／100 V；

　　在表7中：

　　(1)14次以上的諧波成分已經(jīng)趨向零；葛鋁I回線(xiàn)負荷電流測量1次值為600 A，3次諧波電流最大一次值為3 A；葛鋁I回線(xiàn)電壓測量一次值為220 kV，5次諧波相電壓最大一次值為677 V；經(jīng)比較表5，6，7可知：開(kāi)關(guān)站500 kV和220 kV系統電壓、電流諧波與葛鋁I回線(xiàn)在同一水平。由上面數據分析出：ZigBee技術(shù)射頻信號沒(méi)有對輸電線(xiàn)路產(chǎn)生影響，說(shuō)明ZigBee技術(shù)應用在電廠(chǎng)輸電系統中也是可行的。

　　測試數據分析：

　　發(fā)電機空載額定電壓時(shí)線(xiàn)電壓諧波總畸變率為2.01％5％，發(fā)電機帶負荷后機端線(xiàn)電壓諧波總畸變率有所下降(見(jiàn)數據表3)，各負荷下機端線(xiàn)電壓諧波總畸變率變化不大，主要諧波成份為5次、3次。機端諧波電流以5次、3次為主(見(jiàn)數據表4)，各測試工況變化不大；

　　(2)該發(fā)電機并網(wǎng)前后及并網(wǎng)后各負荷下，升壓變壓器高壓側諧波電壓總畸變率變化不大(見(jiàn)數據表5、表6)，最大值為2.57％，主要諧波成份為5次、3次；

　　(3)輸電線(xiàn)的主要諧波成份為5次、3次、14次以上的諧波電流、電壓趨向零。開(kāi)關(guān)站500 kV和220 kV系統電壓、電流諧波與葛鋁I回線(xiàn)在同一水平(見(jiàn)數據表5～7)。

　　綜上所述：移動(dòng)通信信號，即ZigBee技術(shù)射頻信號侵入電廠(chǎng)一次設備中不會(huì )惡化電能質(zhì)量。ZigBee技術(shù)射頻在設備中含量很低。ZigBee技術(shù)的射頻信號最大輸出功率：≤1 mW，如果單個(gè)網(wǎng)240個(gè)傳感器，其最大發(fā)射功率：≤240×1 mW，對十幾萬(wàn)千瓦或幾十萬(wàn)千瓦的大中型發(fā)電機的定、轉子的溫升幾乎沒(méi)有影響，而且240個(gè)點(diǎn)的射頻信號并非同時(shí)刻工作，采樣時(shí)間可以?xún)?yōu)化設置，另外，利用電機轉子輪轂(輪轂本身具有屏蔽作用)，采用屏蔽技術(shù)對射頻距離和方向可以根據需要調整設置，保證盡量減少射頻信號侵入電機。上述試驗表明電機內部的諧波主要成分是1次、2次、3次和5次諧波，且電機帶負荷后機端線(xiàn)電壓諧波總畸變率有所下降。這些成分沒(méi)有也不會(huì )與ZigBee技術(shù)的射頻信號重疊。

　　總之，ZigBee技術(shù)網(wǎng)絡(luò )不會(huì )惡化電網(wǎng)電能質(zhì)量，也不會(huì )引起旋轉電機設備的溫升越限，對電廠(chǎng)一次設備和電力系統運行是安全的。

　　3.1.2 對電廠(chǎng)二次設備的影響分析

　　ZigBee技術(shù)的頻率范圍為868 MHz，915 MHz和2.4～2.483 5 GHz的3種高頻信號，而一般電機微機保護采集的是基波量、2次諧波量和3次諧波量。而且不論電流互感器，還是電壓互感器其本身就是電感元件，電感具有對高頻信號抑制的性質(zhì)，另外微機保護輸入還采用了光電隔離技術(shù)，加上一次設備中還裝有開(kāi)關(guān)電容器(見(jiàn)圖1)等都對高頻諧波有濾波和導通作用。因此，ZigBee技術(shù)的射頻信號對保護沒(méi)有影響，不會(huì )引起保護的誤動(dòng)。對保護裝置運行而言是安全的。

　　3.2 論證結果

　　在ZigBee技術(shù)通信可靠性保證的基礎上，ZigBee技術(shù)無(wú)論應用在電廠(chǎng)一次設備，還是二次設備中都是安全可行的，同時(shí)也不會(huì )影響電網(wǎng)的安全運行和電能質(zhì)量。

　　4 ZigBee技術(shù)可應用對象(application object)及數據特性研究

　　4.1 通常符合以下條件之一的應用，就可以考慮采用ZigBee技術(shù)

　　(1)設備成本很低，傳輸的數據量很??；

　　(2)設備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；

　　(3)沒(méi)有充足的電力支持，只能使用一次性電池；

　　(4)頻繁地更換電池或者反復地充電無(wú)法做到或者很困難；

　　(5)需要支持大型網(wǎng)絡(luò )接點(diǎn)的數量級，需要較大范圍的通信覆蓋，網(wǎng)絡(luò )中的設備非常多，但僅用于監測或控制；

　　(6)對通信服務(wù)質(zhì)量QoS要求不高(甚至無(wú)QoS)；

　　(7)需要可選擇的安全等級(采用AES-128)：加密、發(fā)送鑒別、報文的完整性；

　　(8)需要多方面的較復雜的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構應用；

　　(9)要求高的網(wǎng)絡(luò )自組織、自恢復能力。

　　4.2 電廠(chǎng)設備監測ZigBee技術(shù)符合以上條件之一的對象

　　(1)電機內部繞組溫升、絕緣在線(xiàn)監測，如轉子、定子、變壓器溫升和絕緣，特別是電機端部、匯流排等的接頭的溫升、絕緣監測；

　　(2)開(kāi)關(guān)觸頭、母線(xiàn)接頭、導線(xiàn)接頭、電纜接頭狀態(tài)和溫升在線(xiàn)監測；

　　(3)電廠(chǎng)發(fā)、配、輸電設備的絕緣和過(guò)電壓保護設備的在線(xiàn)監測；

　　(4)油庫、電纜廊道等溫度在線(xiàn)監測與報警，即火災報警；

　　(5)各類(lèi)大量的開(kāi)關(guān)位置，二次設備連片(壓板)狀態(tài)等開(kāi)關(guān)量的在線(xiàn)監測；

　　(6)電廠(chǎng)水流域水文氣象監測；

　　(7)大壩安全監測；

　　(8)環(huán)境監測。

　　4.3 在ZigBee技術(shù)網(wǎng)絡(luò )中傳輸的數據可分為3類(lèi)

　　(1)周期性模擬量數據的傳輸：電廠(chǎng)油、水、風(fēng)系統數據，各類(lèi)電氣量(電流、電壓、電量有功和無(wú)功等)數據，機電各類(lèi)設備的溫度、絕緣等數據，水文氣象數據，等；

　　(2)間斷性開(kāi)關(guān)量數據的傳輸：大量各類(lèi)開(kāi)關(guān)量(接點(diǎn)、開(kāi)關(guān)、壓板／連片和伐門(mén)狀態(tài)等)數據，電氣設備的動(dòng)作記數和運行時(shí)間的累計等；

　　(3)還有反復性的低反應時(shí)間的數據傳輸。

　　5 結語(yǔ)

　　隨著(zhù)科技的發(fā)展，電廠(chǎng)設備監測系統沒(méi)有無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的參人將是不完善的。ZigBee技術(shù)是專(zhuān)門(mén)針對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )而開(kāi)發(fā)的，ZigBee技術(shù)通信具有可靠性保證，利用ZigBee技術(shù)組成無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是電廠(chǎng)設備監測系統發(fā)展的必然趨勢，是十分必要的。ZigBee技術(shù)射頻信號會(huì )侵入電廠(chǎng)設備產(chǎn)生高頻諧波，諧波超標會(huì )影響電廠(chǎng)的安全運行。本文給出了諧波測試方法和測試結果，并把測試結果和ZigBee設備的技術(shù)特性相結合進(jìn)行分析和總結，并進(jìn)一步給出ZigBee技術(shù)應用于電廠(chǎng)設備監測系統中的基礎和符合的技術(shù)條件、ZigBee技術(shù)適用對象和檢測的數據的特性，證明ZigBee技術(shù)應用于電廠(chǎng)是安全的、可行的和經(jīng)濟的?？傊?，ZigBee技術(shù)應用于電廠(chǎng)設備監測是必要的、是可行的。