電廠應用ZigBee技術的必要性和可行性研究

　　輸電線(220 kV)諧波(測試點C)：220 kV GIS站葛鋁I回線電壓、電流諧波檢測結果；測量時間：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趨向零；葛鋁I回線負荷電流測量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；經比較表5，6，7可知：開關站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。由上面數據分析出：ZigBee技術射頻信號沒有對輸電線路產生影響，說明ZigBee技術應用在電廠輸電系統(tǒng)中也是可行的。

　　測試數據分析：

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

　　(2)該發(fā)電機并網前后及并網后各負荷下，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(見數據表5～7)。

　　綜上所述：移動通信信號，即ZigBee技術射頻信號侵入電廠一次設備中不會惡化電能質量。ZigBee技術射頻在設備中含量很低。ZigBee技術的射頻信號最大輸出功率：≤1 mW，如果單個網240個傳感器，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)電機的定、轉子的溫升幾乎沒有影響，而且240個點的射頻信號并非同時刻工作，采樣時間可以優(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技術的射頻信號重疊。

　　總之，ZigBee技術網絡不會惡化電網電能質量，也不會引起旋轉電機設備的溫升越限，對電廠一次設備和電力系統(tǒng)運行是安全的。

　　3.1.2 對電廠二次設備的影響分析

　　ZigBee技術的頻率范圍為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，另外微機保護輸入還采用了光電隔離技術，加上一次設備中還裝有開關電容器(見圖1)等都對高頻諧波有濾波和導通作用。因此，ZigBee技術的射頻信號對保護沒有影響，不會引起保護的誤動。對保護裝置運行而言是安全的。

　　3.2 論證結果

　　在ZigBee技術通信可靠性保證的基礎上，ZigBee技術無論應用在電廠一次設備，還是二次設備中都是安全可行的，同時也不會影響電網的安全運行和電能質量。

　　4 ZigBee技術可應用對象(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

　　(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法做到或者很困難；

　　(5)需要支持大型網絡接點的數量級，需要較大范圍的通信覆蓋，網絡中的設備非常多，但僅用于監(jiān)測或控制；

　　(6)對通信服務質量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、報文的完整性；

　　(8)需要多方面的較復雜的網絡拓撲結構應用；

　　(9)要求高的網絡自組織、自恢復能力。

　　4.2 電廠設備監(jiān)測ZigBee技術符合以上條件之一的對象

　　(1)電機內部繞組溫升、絕緣在線監(jiān)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(jiān)測；

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

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

　　(4)油庫、電纜廊道等溫度在線監(jiān)測與報警，即火災報警；

　　(5)各類大量的開關位置，二次設備連片(壓板)狀態(tài)等開關量的在線監(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技術網絡中傳輸的數據可分為3類

　　(1)周期性模擬量數據的傳輸：電廠油、水、風系統(tǒng)數據，各類電氣量(電流、電壓、電量有功和無功等)數據，機電各類設備的溫度、絕緣等數據，水文氣象數據，等；

　　(2)間斷性開關量數據的傳輸：大量各類開關量(接點、開關、壓板／連片和伐門狀態(tài)等)數據，電氣設備的動作記數和運行時間的累計等；

　　(3)還有反復性的低反應時間的數據傳輸。

　　5 結語

　　隨著科技的發(fā)展，電廠設備監(jiān)測系統(tǒng)沒有無線傳感器網絡的參人將是不完善的。ZigBee技術是專門針對無線傳感器網絡而開發(fā)的，ZigBee技術通信具有可靠性保證，利用ZigBee技術組成無線傳感器網絡是電廠設備監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，是十分必要的。ZigBee技術射頻信號會侵入電廠設備產生高頻諧波，諧波超標會影響電廠的安全運行。本文給出了諧波測試方法和測試結果，并把測試結果和ZigBee設備的技術特性相結合進行分析和總結，并進一步給出ZigBee技術應用于電廠設備監(jiān)測系統(tǒng)中的基礎和符合的技術條件、ZigBee技術適用對象和檢測的數據的特性，證明ZigBee技術應用于電廠是安全的、可行的和經濟的?？傊?，ZigBee技術應用于電廠設備監(jiān)測是必要的、是可行的。