变电站无线通信论文

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1无线通信技术的对比与选择

无线通信是在有线通信网络的基础上加入无线接入点（Access　Point）等设备而实现，作为有线局域网的延伸，无线网络可以有效地解决有线通信不易实现的网络连通问题［6－9］。变电站内采用无线通信技术突出的优点：

①便捷性

在变电站内一般只需安装多个无线接入点AP，即可在站内覆盖无线网络通信，从而省去了大量穿墙、埋沟布线的工作量，减少了二次电缆的数量。

②灵活性

站内各类采集设备可以不受布线的限制，安装在任何有无线网络覆盖的区域，尤其移动设备可以通过无线网络与控制中心通信，提高了数据传输的灵活度。

③经济性

无线传输无须架设大量电缆，当站内通信规模增加时无线网络扩展性好，通信故障时维护简便，因此建立和维护无线网络的投资都较少。目前，应用较成熟的无线网络技术主要包括：

1）蓝牙技术。蓝牙技术是全球通用的无线技术，在2．4GHz波段工作，采用跳频展频技术，数据速率为1Mbit／s，传输距离10m。因此，它是一种以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技术。蓝牙技术的主要优点是成本低、功耗低，主要用于语音传输。其标准统一、知识产权共享的优势是非常明显的，变电站内许多设备间采用无线方式通信在不久的将来就可以实现。

2）GPRS技术。GPRS是通用无线分组业务的简称，是在GSM网络基础上发展起来的，作为2G向3G移动网络过渡的技术。GPRS理论带宽可达171．2kbit／s，实际应用带宽约30～40kbit／s。在电力系统中主要用于传输负控、远抄等实时性要求不高、数据量交换较小的场合。

3）3G技术。3G指第代移动通信技术，它能够处理图像、音乐、视频等多媒体数据国际确定的3个无线接口标准分别为WCDMA，CDMA2000，TDS－CDMA，其网络理论下行速度可达2．8Mbit／s，上行速度可达384kbit／s。在国内使用3G网络必须租用中国电信或联通的3G宽带，由于在基站范围内所有用户分享带宽，因此使用3G网络的实际带宽会有所减少。

4）4G技术。4G指第4代移动通信技术，包括TD－LTE和FDD－LTE　2种制式4G技术数据传输速率理论可达100Mbit／s，能够快速传输数据、高质量的图像、音频、视频；具有良好的保密性和兼容性，可以在2G网络、3G网络、有线宽带网络、无线局域网间实现无缝漫游。与3G网络类似，使用4G需要向运营商租用网络，而4G通信系统正在建设中，各类相关技术仍需完善。

5）WLAN技术。无线局域网（WLAN）作为有线局域网的补充和扩展，是应用无线通信技术将网络设备互联起来，构成相互通信和资源共享的网络体系。无线局域网的技术标准较多，其中，美国国际电子电机学会制定的IEEE　802．11系列标准技术较成熟，应用较广泛。IEEE　802．11常用标准的主要技术参数。上海地区110kV及以下变、配电站内安装了大量GIS设备、铠装式中置开关柜以及测控、保护、通信屏柜，金属架构以及电磁干扰对无线网络的信号强度和稳定性提出了很高要求；同时，站内智能移动设备测取的大量红外监测数据、温度监测数据、视频数据、音频数据等通过无线网络传输将占用大量网络带宽。通过5种网络技术的对比，结合变电站无线通信的需求，可以得出以下结论：蓝牙传输速率低、距离短，仅适合传送语音数据；GPRS带宽小，不适用于站内大量数据通信；3G网络技术成熟，但是实际带宽无法承受站内所有的信息量交互，并且需要租用网络，其运行安全与可靠性受控于租借方，运行成本也偏高；4G网络传输速率高，但同样存在向运营商租用网络的问题，并且该技术还有待进一步发展。采用WLAN技术在封闭区域内构建无线网络，通讯距离可达80～120m，适合变电站内及楼层间使用，且其工作频段是无需任何运营执照的免费频段，运行费用低廉。在速率方面，选用IEEE802．11g／n标准，速率可达54Mbit／s以上，远大于720P视频流所需的4Mbit／s码流，可以保证视频、音频、监测数据实时传输。因此，从技术特点分析得出，变电站内采用WLAN技术组建无线网络是可行的。

2变电站远程巡检系统网络架构设计变电站的监测数据必须充分利用无线网络和现有的有线网络

在终端层、基站层和主站层间无缝传输。变电站远程巡检系统的分层式架构如图1所示。变电站内终端层主要由无线测温传感器、无线红外测温仪、可见光摄像机等传感设备组成。终端设备采集变电站信息后，将信息通过站内无线通信网络传送至基站层。基站层设置管理服务器、巡检系统服务器及存储服务器，其中管理服务器对所有前端传感设备集中管理，实现所有前端设备的配置及网络连接；巡检系统接收各类终端层上传数据，实现系统的巡检、监控、预警功能；存储服务器负责存储数据，授权用户可通过网络查询历史数据，回放视频、音频。各变电站与集控站、调度中心通过有线局域网络连接，调度员及运行人员在主站层通过Web方式浏览变电站实时信息，并调取历史数据，实现变电站远程巡检与监控。

3无线局域网的安全问题与对策研究无线局域网组网灵活

维护便利，尤其适合可移动设备接入，但是，由于无线网络是通过无线电波在空间中传送数据，只要处于电波覆盖范围内，就有可能受到非法用户的恶意攻击，例如拦截网内未加密数据、窃听无线接口、破解网络密钥、攻击网络弱点控制篡改通信数据等，因此，无线局域网比有线网络面临着更严峻的安全威胁［10－11］。变电站内无线网络主要用于传输电气设备监测数据、视频数据、音频数据，同时，主站系统可以通过无线网对各类传感器、摄像机下发控制指令，如果站内无线网络遭遇恶意入侵，将造成变电站信息外流，监控行为严重紊乱。

1）物理隔离

电力系统内制定了非常严格的网络安全分区机制［10］，站内无线网络必须符合国家、行业的有关安全防护的法规、标准、规定，与电力信息内网完全隔离。

2）设置MAC地址白名单

任何网络中的无线传感器或无线摄像头都拥有一块无线网卡，将终端网卡的合法MAC地址输入到AP的白名单中，其它不在白名单的终端一律被拒绝访问无线AP。

3）隐藏SSID

SSID（Service　Set　Identifier）服务标识符主要用于区别不同的网络，只有通过身份验证的用户才可以进入相应的网络，防止未被授权的用户进入。SSID通常由AP广播出来，出于安全考虑，可隐藏SSID，此时需要手工设置SSID才能进入网络，此技术可阻止无关的无线网卡搜索到站内无线网络，提高了网络安全性。

4）采用先进的加密技术

WEP是IEEE　802．11的加密标准之一，主要在身份认证和数据传输时对信息进行加密。WEP使用RC4和CRC－32校验，生成40位的密钥。由于该密钥属于静态非交换式，各终端用户共享相同的密钥，因此很容易被破解。WPA采用暂时密钥完整协议（TKIP），使用RC4和MIChael校验，可生成128位的动态密钥。WPA包含了认证、加密和数据完整性3个部分，整体安全性大幅提升。WPA2的校验算法采用了公认非常安全的CCMP讯息认证码以及先进的AES加密算法。WPA和WPA2比WEP具备更强大的加密安全保证和标准，它们通过指定的时间量对数据传输中的安全密钥进行更改，有效地防止了非法入侵者暴力破解密钥，破坏和窃取数据。综合利用上述技术，多管齐下，将有效提升变电站无线网络的安全性，保证变电站远程巡检系统的可靠通信。

4工程实践该项目在上海地区某35kV变电站内搭建了无线通信测试平台

通过传输视频数据，验证无线通信技术在户内变电站的应用效果。测试系统安装在面积为735m2（35m×21m）的35／10kV开关室内，由网络交换机、5dBi增益全向天线、笔记本电脑、720P高清网络摄像机、服务器各一台组成。摄像机采集开关室内设备的视频信息，通过其自带的多媒体格式编解码模块生成MPEG格式视频流，视频流数据通过网络模块传送至接收端，再通过无线局域网传送至服务器。在测试过程中，尽管IEEE　802．11g标准理论速率可达54Mbit／s，传输距离达50～100m，但是由于开关室内安装了大量铠装式金属柜，传输效果都大打折扣，为此，必须使用AP增加信号强度。在接入端使用5dBi增益全向天线后，经测试平均吞吐量达10．52Mbit／s，满足监控点4Mbit／s的带宽要求；同时，无论摄像机处于开关室内任何角落，视频画面清晰流畅，控制数据也没有明显延时。在安全性方面，由于变电站本体建筑物的隔离屏蔽作用，使得站外无法监测到站内的无线网络信号；802．11g使用2．4GHz频段，不会对电力系统中使用的7．5GHz数字微波频段产生干扰；采用可靠的认证和加密技术，更有效避免了无线网络遭遇入侵。通过传输视频数据，充分验证了无线通信技术应用于户内型变电站的可行性，能够满足远程巡视系统对大量监控数据、音频视频信息的需求。

5结语

实现变电站远程巡检是变电站自动化与智能化发展的必然趋势，无线通信技术是开发远程巡检系统的关键点之一。笔者对变电站内构建无线网络通信进行了可行性研究，分析了多种无线通信技术的特点，并对无线局域网的安全问题提出了解决方案，最终将研究成果进行工程实验，实验效果良好。该文研究内容将为变电站远程巡检系统的研发，尤其是新型无线传感器、移动监测终端的数据传输问题提供一定参考。

作者：罗磊 臧少华 邰能灵 单位：上海市南供电公司 上海交通大学电子信息与电气工程学院