電廠應(yīng)用ZigBee技術(shù)的必要性和可行性研究

　　輸電線(220 kV)諧波(測試點(diǎn)C)：220 kV GIS站葛鋁I回線電壓、電流諧波檢測結(jié)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回線負(fù)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：開關(guān)站500 kV和220 kV系統(tǒng)電壓、電流諧波與葛鋁I回線在同一水平。由上面數(shù)據(jù)分析出：ZigBee技術(shù)射頻信號沒有對輸電線路產(chǎn)生影響，說明ZigBee技術(shù)應(yīng)用在電廠輸電系統(tǒng)中也是可行的。

　　測試數(shù)據(jù)分析：

　　發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)線電壓諧波總畸變率為2.01％5％，發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷后機(jī)端線電壓諧波總畸變率有所下降(見數(shù)據(jù)表3)，各負(fù)荷下機(jī)端線電壓諧波總畸變率變化不大，主要諧波成份為5次、3次。機(jī)端諧波電流以5次、3次為主(見數(shù)據(jù)表4)，各測試工況變化不大；

　　(2)該發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前后及并網(wǎng)后各負(fù)荷下，升壓變壓器高壓側(cè)諧波電壓總畸變率變化不大(見數(shù)據(jù)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。開關(guān)站500 kV和220 kV系統(tǒng)電壓、電流諧波與葛鋁I回線在同一水平(見數(shù)據(jù)表5～7)。

　　綜上所述：移動通信信號，即ZigBee技術(shù)射頻信號侵入電廠一次設(shè)備中不會惡化電能質(zhì)量。ZigBee技術(shù)射頻在設(shè)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，對十幾萬千瓦或幾十萬千瓦的大中型發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子的溫升幾乎沒有影響，而且240個(gè)點(diǎn)的射頻信號并非同時(shí)刻工作，采樣時(shí)間可以優(yōu)化設(shè)置，另外，利用電機(jī)轉(zhuǎn)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(jù)需要調(diào)整設(shè)置，保證盡量減少射頻信號侵入電機(jī)。上述試驗(yàn)表明電機(jī)內(nèi)部的諧波主要成分是1次、2次、3次和5次諧波，且電機(jī)帶負(fù)荷后機(jī)端線電壓諧波總畸變率有所下降。這些成分沒有也不會與ZigBee技術(shù)的射頻信號重疊。

　　總之，ZigBee技術(shù)網(wǎng)絡(luò)不會惡化電網(wǎng)電能質(zhì)量，也不會引起旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)備的溫升越限，對電廠一次設(shè)備和電力系統(tǒng)運(yùn)行是安全的。

　　3.1.2 對電廠二次設(shè)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(jī)微機(jī)保護(hù)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(jī)保護(hù)輸入還采用了光電隔離技術(shù)，加上一次設(shè)備中還裝有開關(guān)電容器(見圖1)等都對高頻諧波有濾波和導(dǎo)通作用。因此，ZigBee技術(shù)的射頻信號對保護(hù)沒有影響，不會引起保護(hù)的誤動。對保護(hù)裝置運(yùn)行而言是安全的。

　　3.2 論證結(jié)果

　　在ZigBee技術(shù)通信可靠性保證的基礎(chǔ)上，ZigBee技術(shù)無論應(yīng)用在電廠一次設(shè)備，還是二次設(shè)備中都是安全可行的，同時(shí)也不會影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行和電能質(zhì)量。

　　4 ZigBee技術(shù)可應(yīng)用對象(application object)及數(shù)據(jù)特性研究

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

　　(1)設(shè)備成本很低，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很??；

　　(2)設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；

　　(3)沒有充足的電力支持，只能使用一次性電池；

　　(4)頻繁地更換電池或者反復(fù)地充電無法做到或者很困難；

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

　　(6)對通信服務(wù)質(zhì)量QoS要求不高(甚至無QoS)；

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

　　(8)需要多方面的較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用；

　　(9)要求高的網(wǎng)絡(luò)自組織、自恢復(fù)能力。

　　4.2 電廠設(shè)備監(jiān)測ZigBee技術(shù)符合以上條件之一的對象

　　(1)電機(jī)內(nèi)部繞組溫升、絕緣在線監(jiān)測，如轉(zhuǎn)子、定子、變壓器溫升和絕緣，特別是電機(jī)端部、匯流排等的接頭的溫升、絕緣監(jiān)測；

　　(2)開關(guān)觸頭、母線接頭、導(dǎo)線接頭、電纜接頭狀態(tài)和溫升在線監(jiān)測；

　　(3)電廠發(fā)、配、輸電設(shè)備的絕緣和過電壓保護(hù)設(shè)備的在線監(jiān)測；

　　(4)油庫、電纜廊道等溫度在線監(jiān)測與報(bào)警，即火災(zāi)報(bào)警；

　　(5)各類大量的開關(guān)位置，二次設(shè)備連片(壓板)狀態(tài)等開關(guān)量的在線監(jiān)測；

　　(6)電廠水流域水文氣象監(jiān)測；

　　(7)大壩安全監(jiān)測；

　　(8)環(huán)境監(jiān)測。

　　4.3 在ZigBee技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可分為3類

　　(1)周期性模擬量數(shù)據(jù)的傳輸：電廠油、水、風(fēng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，各類電氣量(電流、電壓、電量有功和無功等)數(shù)據(jù)，機(jī)電各類設(shè)備的溫度、絕緣等數(shù)據(jù)，水文氣象數(shù)據(jù)，等；

　　(2)間斷性開關(guān)量數(shù)據(jù)的傳輸：大量各類開關(guān)量(接點(diǎn)、開關(guān)、壓板／連片和伐門狀態(tài)等)數(shù)據(jù)，電氣設(shè)備的動作記數(shù)和運(yùn)行時(shí)間的累計(jì)等；

　　(3)還有反復(fù)性的低反應(yīng)時(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　5 結(jié)語

　　隨著科技的發(fā)展，電廠設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)沒有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的參人將是不完善的。ZigBee技術(shù)是專門針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而開發(fā)的，ZigBee技術(shù)通信具有可靠性保證，利用ZigBee技術(shù)組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是電廠設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，是十分必要的。ZigBee技術(shù)射頻信號會侵入電廠設(shè)備產(chǎn)生高頻諧波，諧波超標(biāo)會影響電廠的安全運(yùn)行。本文給出了諧波測試方法和測試結(jié)果，并把測試結(jié)果和ZigBee設(shè)備的技術(shù)特性相結(jié)合進(jìn)行分析和總結(jié)，并進(jìn)一步給出ZigBee技術(shù)應(yīng)用于電廠設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)中的基礎(chǔ)和符合的技術(shù)條件、ZigBee技術(shù)適用對象和檢測的數(shù)據(jù)的特性，證明ZigBee技術(shù)應(yīng)用于電廠是安全的、可行的和經(jīng)濟(jì)的?？傊?，ZigBee技術(shù)應(yīng)用于電廠設(shè)備監(jiān)測是必要的、是可行的。