无线通信技术应用于变电站自动化的探究

引言

在能源转型与数字化变革浪潮下，智能电网成为电力行业发展方向。智能电网需实时、精准掌控电网各环节信息，实现高效调度与智能管理。变电站作为电网关键节点，其自动化水平直接影响智能电网整体性能。传统变电站依赖有线通信，在灵活性、扩展性等方面存局限，难以满足智能电网对变电站信息交互实时性、全面性需求。

一、无线通信技术概述

1.1 常见无线通信技术原理

蓝牙技术作为一种短距离无线通信技术，其核心在于采用跳频扩频技术，在 79 个信道间快速跳变，以此降低干扰，确保通信稳定。它以主从结构实现设备连接，在一个微微网中，一台设备为主设备，其余为从设备，最多可容纳8 台设备。这种结构简单高效，适用于设备间的近距离数据交互，如无线耳机与手机的连接 。Wi-Fi 基于 IEEE 802.11 标准，主要工作在 2.4GHz 和 5GHz 频段。通过载波侦听多路访问，冲突避免（CSMA/CA）机制，设备在发送数据前监听信道，减少冲突发生。

1.2 无线通信技术特点对比

在传输距离方面，蓝牙主要适用于短距离场景，一般有效距离在十米左右，即便蓝牙 5.0 版本提升后，理想状态下也仅达 200 米左右，常用于设备间的近距离连接。Wi-Fi 的覆盖范围相对更广，室内一般可达几十米，通过合理部署AP，在一些开阔空间或大型场所，覆盖范围可进一步扩展，能满足局域网络内多设备的连接需求。传输速率上，蓝牙的速率相对较低，功耗特性上，蓝牙因其低功耗设计，特别适合采用电池供电的小型设备，如智能手表、无线传感器等，可延长设备续航时间。Wi-Fi 设备在运行过程中，尤其是在进行大量数据传输时，功耗相对较高，更适用于有持续电源供应的场景。可靠性方面，蓝牙通过跳频扩频技术有效抵抗干扰，但在设备密集的复杂环境中，仍可能受到其他无线信号影响。

二、无线通信技术在变电站自动化中的应用

2.1 数据采集与传输

在变电站自动化系统中，无线通信技术为数据采集提供了灵活高效的解决方案。各类传感器可摆脱线缆束缚，直接部署在变压器、开关柜等设备表面或关键部位，通过蓝牙或低功耗无线技术实时采集温度、湿度、振动等环境与设备参数。这些分散的传感器节点无需复杂布线，能适应变电站内狭窄空间或高电压区域的安装需求，尤其适合老旧变电站的改造升级。为实现数据高效传输，可构建分层无线传输网络。变电站内部通过 Wi-Fi 实现局部区域数据汇聚，将分散的传感器数据集中至网关设备，核心数据则通过高稳定性无线技术上传至监控中心，形成边缘采集、本地汇聚、远程传输的完整链路。

2.2 设备控制与远程操作

无线通信技术打破了传统有线控制的空间限制，为变电站设备操作提供新路径。运维人员可通过远程终端发送控制指令，经加密无线信道传输至断路器、隔离开关等设备的控制单元，实现分合闸等核心操作。这种方式在紧急抢修时优势显著，无需人员进入危险区域即可完成关键操作，大幅提升作业安全性。智能巡检机器人的应用是无线控制的典型场景。机器人搭载的无线通信模块可实时接收控制指令，调整巡检路径与检测角度，同时将采集到的设备图像与数据回传至控制中心。运维人员通过远程操控系统，能完成设备外观检查、表计读取等常规任务，减少人工巡检的劳动强度与安全风险。

2.3 设备状态监测与预警

无线通信的检修巡检系统可做到运行设备的全过程管理，在变压器、GIS等核心设备上安装的无线监测模块，它能获取设备运行状态数据，然后通过私有的无线信号发送到后台分析器。通过状态历史数据及实时数据进行分析，判断核心设备是否有异常趋势，比如设备的绝缘劣化、局部高温等。在故障预警和诊断过程中，通过无线通信的技术搭建了快速反应机制。当巡检模块监测到关键设备状态数值异常时，可以通过无线通信快速发送警示消息到维护终端，同时自动调取设备运行历史信息和故障维护记录。

三、无线通信技术应用的挑战与应对策略

3.1 信号干扰与衰减

变电站内部含大量电气设备，形成比较复杂且干扰大的电磁环境，从而对无线通信信号产生干扰与衰减。由于在变电站中高压设备所产生的电磁辐射、电力线缆传输产生的谐波，由此在无线信号中出现误码、丢包，甚至中断等问题。例如，在 5G 通信频段下，部分电气设备产生电磁干扰会对 5G 的信号传输质量形成一定影响，使其传输的数据速率下降、时延增加等。

3.2 网络安全风险

无线通信网络由于开放性的特点存在许多安全隐患，变电站自动化网络安全是电网运行安全的一部分，若黑客通过无线通道获取运行数据、修改操作命令对电网造成严重危害。无线通信协议缺陷、设备身份认证缺失等都存在较大的安全隐患，因此必须在使用无线通信时应用相应的安全防护技术以确保网络安全。

3.3 通信可靠性与稳定性保障

由于变电站自动化系统对通信的可靠稳定性的要求较高，通信系统的中断或异常运行对电网的安全运行可能会带来一定的危害。但是无线通信对环境因素、网络载荷以及网络拥塞等因素的抗干扰能力较差，在多变的天气环境中信号质量容易受到一定的影响，而网络拥塞可能导致数据传输时间的延宕甚至丢失等现象的产生，复杂多变的环境下要保证无线通信的可靠性、稳定性，从而保障变电站自动化系统的稳定运行是一个急需解决的问题。

3.4 抗干扰与信号增强技术

无线通信设备中设置电磁屏蔽装置进行抗干扰处理，降低外部电磁干扰对无线数据信号造成的干扰影响。依靠自适应调制解调技术，基于信号干扰程度，选择相应调制和编解码方法进行自适应调整，确保通信数据信号内容传输的准确度。对于信号进行增强处理，在信号传输过程中，需要合理地进行天线摆放，并采用高增益天线、分集收发技术，以此提升信号的接收程度，并确保其接收距离。对于室内的复杂环境中，可以借助信号中继站，或者采用分布式基站来加强对信号的覆盖，降低信号的衰减和出现盲区的风险，增强无线通讯信号强度。

3.5 网络安全防护体系构建

建立全网络防护体系。身份认证：基于数字证书的高强度认证防护，以保证对无线通信网络的设备接入及用户的身份合法性认证。数据加密：对传输中的数据全程加密，如 AES 等加密算法来防范数据传输数据泄露及数据被篡改。网络边界防护：部署防火墙、入侵监测系统等安全防护设备，抵挡非法网络访问以及外来的网络攻击。

结语

无线通信技术为变电站自动化注入了灵活性与智能化活力，在数据采集、设备控制及状态监测等核心环节打破了有线模式的局限，显著提升了运维效率与安全性。尽管在抗干扰、稳定性等方面仍需优化，但随着技术迭代，其与变电站自动化的融合将持续深化。通过技术创新与场景适配，无线通信有望成为智能变电站建设的核心支撑，为电力系统的可靠运行提供更强助力。

参考文献

[1] 王建宇 , 吴少峰 . 无线通信技术应用于变电站自动化的研究 [J]. 通讯世界 ,2017,(12):220.

[2] 周浩 . 无线通信技术应用于变电站自动化的思考 [J]. 科技创新导报 ,2013,(33):28.