变电站强电磁环境抗干扰数据传输方式的对比探讨

张水鹏

（西安市高新区天翔建设有限公司，陕西 西安 712000）

变电站正常运行时，其空间存在强工频电磁场；当发生雷击、系统故障以及开关操作等情况时，会产生强瞬态电磁场。强工频电磁场与强瞬态电磁场会通过二次电缆或电源线对二次设备产生干扰，使得通讯收发设备出现误码、丢包甚至停机现象，即形成了电磁干扰。

强电磁对变电站内通信系统的干扰途径主要是电磁脉冲，能量通过“前门”耦合和“后门”耦合两种方式进入通信系统。因此，对于高速数字系统中通讯收发模块的抗扰度特性和抑制措施的探讨至关重要。

目前在变电站中可供选择的传输方式有无线传输、有线传输。有线传输方式在变电站的信息传输中应用最为广泛，多采用光纤传输和网线传输。无线传输方式更易于采集设备状态信息，且经济性好，并可设在电缆达不到的地方。但无线信号在传输过程中易受环境变化与外界干扰影响，使用仍会受到限制。

现对某750kV强电磁环境下，进行光纤通信、网线通信、4G通信、无线通信这几种数据传输方式的对比、分析，期望找出几种方式下数据传输抗干扰的措施以及在强电磁环境下的几种数据传输模式的应用方向。

1 变电站高压强磁环境对数据通讯的干扰分析

变电站的无线电干扰产生有以下三种因素：高压母线与电气设备连线的电晕放电，电气设备产生高频电流向与其连接的母线或连线上传输，以及电气部件的火花放电。另外，电晕放电会受到天气变化的影响，放电强度在雨天明显要比平时高出许多，同样，站内无线电干扰也会因天气变化而其干扰强度发生大范围的变化。

无线电干扰作为环境影响因子，主要考虑对电站的电子设备，数据传输的影响。

2 不同数据传输方式抗电磁干扰能力比较

首先通过采用回路法测量了750kV母线产生的无线电干扰。测量参考频率为0.5、1MHz。回路法的测量原理见图1。被测的高压设备C0产生的无线电噪声电流(脉冲电流)通过耦合单元Z1和R(R1+R2)构成回路，阻波器Z0用于阻止试验变压器T和C0之间脉冲电流。施加的试验电压一般大于1.1倍被测的高压设备额定电压。

1）正常运行电压下，测得某750kV变电站试验母线的无线电干扰电平(μV/m)在0.5MHz时约57dB，小于750kV线路58dB的无线电干扰限值要求。其试验结果如表1所示：

表1

2）正常运行电压下，750kV变电站母线下的地面电场<13kV/m；其试验结果如表2所示：

表2

在测试电磁及电场较强的分别采用光纤，4G，6类网线（CAT6）及330MHz(50米范围接收组件)的无线通信传输方式，进行数据传输试验。每天选择8个时段，每次进行30分钟的数据传输共进行了7天，通过对数据传输的监测验证，得出四种传输方式在强磁环境下的误码率的曲线如图1所示。

通过对图中数据进行统计及分析，得出以下结论：光纤的传输误码率最低，其次是网线，再次是4G，最差是340MHz无线传输（本次使用的是50米的无线收到组件）。

图1

3 数据传输方式及抗电磁干扰措施

3.1 需传输的数据

需要传输的数据主要有视频数据，温度数据，湿度数据，火警数据，小动物监测数据，有毒有害气体数据，水浸数据等。

3.2 数据传输方案

通过前面对不同数据传输方式抗电磁干扰能力比较，对这几种传输方式进行分析，以便确定每种方式的应用场景和方向。

1）光纤通信。（1）光纤通信是传输光波信号。光波在一般电磁场对光的影响不明显，只有在强磁场中通过时，影响效果会很明显，但其传输是光的变化率，而不是光的强弱，通过对光纤收发器的前端及后端的电路进行优化设计可以纠正其偏移相位，所以其抗干扰能力强。（2）损耗低。在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上。相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1.31um的光，每公里损耗在0.35dB以下，若传输1.55um的光，每公里损耗更小，可达0.2dB以下。（3）光纤传输距离较远，频带宽，主要适用于变电站的主干网。

2）网口通信。（1）由于其是靠金属导线传输，所以会被强电磁场干扰，容易叠加。要增加其抗干扰能力就要以牺牲有效性为代价，只有降低其通信速率，增加屏蔽措施。因而适合于大数据，短距离传输模式。（2）传输距离有限，最大100米，主要用于变电站内设备之间到光电转换器之间的短距离的传输。

3.3 数据传输方案

数据传输方案采用无线＋网线＋光纤方案模式。具体如下：温度测试设备通过无线方式将测试结果传输到温度接收主机，温度接收主机通过网线进入光电转换器后就近接入到光纤环网，光纤环网将数据送到辅助控制主机后台。视频摄像通过网线进入光电转换器后就近进入光纤环网，电加热地板，能量管控等通过RS485进入协议转换主机后通过网线进入光电转换器后就近接入光纤环网。巡检机器人通过无线进入协议转换主机后，通过光电转换器后通过光纤进入后台。

4 结束语

通过以上分析，在强电磁环境下的最适合的数据传输方式为光纤通信，但其成本较高，适合新建站。RJ45网线传输距离有限，通常不超过100米，同时也只适合新建站的部份短距离传输。若是后期增加功能而要进行数据传输，为了减少工作量及成本仍建议采样终端采用无线传输方式，再由无线接收装置通过网线到光电转换器进入光纤。