采集器通信信號衰減試驗及分析

汪文莉 儲劍峰

安徽南瑞中天電力電子有限公司，合肥 230031

采集器通信信號衰減試驗及分析

汪文莉 儲劍峰

安徽南瑞中天電力電子有限公司，合肥 230031

隨著國家智能電網(wǎng)的推廣普及，越來越多的用戶已使用智能電表，在此系統(tǒng)中采集器的使用必不可少。采集器是應(yīng)用通信和微處理技術(shù)，它能采集多個電能表電能信息，并通過電力線載波傳輸方式與集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；是實現(xiàn)電力用戶用電信息采集要求的數(shù)據(jù)采集裝置。

在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中，影響載波通信的因素包括低壓配電線路對載波信號的衰減、電力負(fù)荷造成的載波通信輸入阻抗變化、電力線路上的噪聲干擾等，這些因素的存在造成了載波通信的不可靠、不穩(wěn)定。采集器在實際運(yùn)行過程中出現(xiàn)部分在現(xiàn)場抄收不到，對這些現(xiàn)場維護(hù)更換回來的設(shè)備開展檢驗，在生產(chǎn)檢驗環(huán)境中又能抄收正常的采集器約占75%。如果是通信信號衰弱緣故，那可能是采集器與集中器間路徑長或該線路上的負(fù)載重導(dǎo)致信號衰減過多引起。為探索引起這種現(xiàn)象的原因，我們設(shè)計一個在弱信號下檢查采集器抄收的信號衰減電路，在生產(chǎn)環(huán)境中模擬信號衰減后，分析信號衰弱對抄收的影響。同時，使用示波器觀測載波模塊的TX和RX信號，在測試過程中加入各種模擬干擾后，再觀測載波信號的變化情況。

1 材料與方法

1.1 衰減電路的選擇

選用接近傳輸線特性的衰減電路，也是傳輸線的等效電路，利用導(dǎo)線、電阻和分布電容組成，模擬現(xiàn)場信號衰減變化。調(diào)節(jié)采集器接入點，由前往后逐步移動，觀察對信號衰減影響的變化情況，直至信號全部抄收，分別對返回的采集器和生產(chǎn)合格的新采集器經(jīng)過多次抄收試驗。

衰減網(wǎng)絡(luò)電路模擬傳輸線的等效電路見圖1，圖中電阻均為30歐姆，電容均為630V/0.49uF。采集器的接入點可以任意在每個電容的兩端，隨著接入點的由左往右移動，信號衰減深度逐漸加大，實現(xiàn)信號幅度從100%衰減到0，將對被測定的采集器給與調(diào)整，使其由全部抄見直至抄不到。待測定采集器的元器件都是同一廠家批量生產(chǎn)的，參數(shù)值一致，生產(chǎn)出來的采集器靈敏度一樣。采集器可以接在圖1中R2、R3位置，能通過的采集器為正常。

1.2 現(xiàn)場測定

運(yùn)用變頻器、整流器、電子打火器、充電器等設(shè)置一些可以產(chǎn)生諧波的設(shè)備，來模擬現(xiàn)實環(huán)境，根據(jù)這些變化情況，以標(biāo)準(zhǔn)的載波模塊為標(biāo)準(zhǔn)，對產(chǎn)生的各種干擾載波模式進(jìn)行檢測，測試采集器通訊信號衰減結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 抄收率與信號強(qiáng)度的關(guān)系

把集中器信號衰減后達(dá)到的百分值作為信號強(qiáng)度，按照同一時間的1次抄收率來統(tǒng)計，對新采集器試驗結(jié)果顯示：當(dāng)信號強(qiáng)度在80%以上時所有采集器基本上都能抄到，當(dāng)信號強(qiáng)度在72%以下時所有采集器都抄不到，當(dāng)信號強(qiáng)度在這此兩者之間時，抄見率與信號強(qiáng)度的關(guān)系見圖2，其關(guān)系公式為：Y=13.571x-982.143，相關(guān)系數(shù)為0.999，呈現(xiàn)極顯著。

圖2 信號強(qiáng)度與抄收率關(guān)系

采集器通過1:1隔離變壓器供電，經(jīng)過信號衰減后，逐步出現(xiàn)采集器抄收不到。每抄收1次要發(fā)送幾百比特的信息量，采集器要能夠完全準(zhǔn)確的收到信息指令，經(jīng)處理后發(fā)出的信息指令需要被集中器正常接收，這樣1次抄收才能成功完成。信號強(qiáng)、抗干擾的能力大，使得信息指令在轉(zhuǎn)送過程中丟失或出錯得少，能夠提高采集器的抄收率，對多個采集器的統(tǒng)計分析顯示，信號強(qiáng)度越高抄收率越高，試驗的模擬結(jié)果與其一致。

在將信號衰減到有10%采集器不能抄收時，試驗中的衰減電路傳輸線模型的參數(shù)取值已經(jīng)很大，相當(dāng)于在現(xiàn)場的采集器距離集中器約有10公里左右，而實際安裝時沒有這么遠(yuǎn)的距離，可見返回的采集器超收信號衰減的主要原因不是線路的阻抗影響。

2.2 返回的采集器與新采集器的抄收率對比

返回的采集器除了有元器件損壞使抄收率降低外，元器件未見異常采集器的抄收率與新采集器無明顯的區(qū)別。調(diào)節(jié)信號電平使新采集器剛好能抄到，同時返回采集器也能抄到，在信號衰減到新采集器抄收不到時，返回采集器也剛好抄不到，兩者的靈敏度同等。

返回采集器中Ⅰ型采集器的同步輸入電阻出現(xiàn)的故障較多，Ⅱ型采集器是對此作了技術(shù)改進(jìn)，增加阻值，即將原來的272千歐姆改為480千歐姆，Ⅱ型采集器的靈敏度也產(chǎn)生了相應(yīng)變化。分別對300多只Ⅰ型和Ⅱ型采集器進(jìn)行抄收，結(jié)果顯示：信號沒有衰減時兩種采集器均可抄到，使用衰減電路對信號進(jìn)行衰減時，隨著信號衰減Ⅰ型采集器尚能全部抄到，而Ⅱ型就出現(xiàn)部分抄不到，Ⅰ型與Ⅱ型采集器在抄收能力上表現(xiàn)出差異。

2.3 抄收率與噪聲的關(guān)系

使用不同的干擾源模擬不同的現(xiàn)場噪聲環(huán)境，它們所產(chǎn)生的波形有較大差異。結(jié)果顯示：它們工作時產(chǎn)生的噪聲嚴(yán)重影響著采集器對電能表數(shù)據(jù)的采集。為了避開噪聲的干擾帶來的影響，利用阻波器將不需要的諧波進(jìn)行濾除，能夠使采集器的抄收變?yōu)檎?。有資料顯示噪聲對抄收率存在影響，因為經(jīng)過一段線路的傳輸后信號電平降低了，而目的地的噪聲電平還是那樣高，不得降低，這樣信噪比就下降了，雖然信號電平降低較少而信噪比降低是較多的，信噪比才是影響抄收率的關(guān)鍵指標(biāo)。另外，現(xiàn)在家用電器種類較多，線路經(jīng)過的范圍廣又受到有源干擾的影響。試驗的衰減電路來衰減信號，在衰減了信號的同時也衰減了噪聲，這樣的信號優(yōu)于現(xiàn)場的信號，測出的抄收率也要比現(xiàn)場高。

2.4 現(xiàn)場傳輸線及諧波對信號衰減的影響

在生產(chǎn)環(huán)境中做試驗表明傳輸線路阻抗對信號衰減的影響比較大，線路經(jīng)過范圍小，受到的干擾也小，在現(xiàn)場由于線路經(jīng)過的范圍大，受到的干擾自然也大。低壓電力線上的輸入阻抗與所傳輸?shù)男盘栴l率密切相關(guān)，由于分布電感和分布電容的影響，輸入阻抗會隨著頻率的增大而減小。但是，由于負(fù)載類型的不同，使不同頻率的阻抗變化也不同，所以實際情況非常復(fù)雜，甚至使輸入阻抗的變化不可預(yù)測，同時，正是由于負(fù)載會在電力線上隨機(jī)地連上或斷開，所以在不同時間，電力線的輸入阻抗也會發(fā)生較大幅度的改變。另外，電力載波遠(yuǎn)距離傳輸時，信號由于電力線本身的阻抗而衰減。

諧波的產(chǎn)生是由于電源本身諧波和非線性負(fù)載所致，即使在同一信號強(qiáng)度下，在不同的時間的抄收率也是不同的，因為電網(wǎng)的負(fù)荷和干擾在不同時段不同。在用電高峰時負(fù)荷重，對信號的衰減要大，抄收率要低。

[1]伊落菘著;何晨譯. 圖解通訊 (日) [M].北京:科學(xué)出版社,2000.1.

[2]王贊基.電力線載波通信技術(shù)及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化,2000,21(1):64-68.

[3]李晶,陳白寧,龔民.居民小區(qū)自動抄表系統(tǒng)中集中器的研究和設(shè)計[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)報,2007,26(3):31-34.

Attenuation Test and Analysis of Communication Signals of Collector

Wang Wenli Chu Jianfeng
Anhui Nanrui Zhongtian Power Electronics Co., Ltd. Hefei 230031

利用導(dǎo)線、電阻和分布電容組成信號衰減電路，模擬采集器現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境下信號衰減變化，對現(xiàn)場有抄收故障的采集器與未使用的新采集器作對比測試，結(jié)果表明：信號強(qiáng)、抗干擾的能力大，信息指令在轉(zhuǎn)送過程中丟失少，信號強(qiáng)度與抄見率呈極顯著相關(guān)。返回的采集器與新采集器的抄見率無明顯的區(qū)別。線路對信號的衰減不是主要原因，要檢測運(yùn)用場地電能質(zhì)量、噪音和信號強(qiáng)度等，分析現(xiàn)場的信號故障原因。

采集器；信號；衰減

The variation in signal attenuation of collector under field operating environment is simulated using the signal attenuation circuit consisting of conductor, electric resistance and distributed capacitance, and the collector with overcharge fault in the field is tested by comparing with the unused new collector, the comparison test results show that the signal is strong, the anti-interference capability is big, the loss of information instruction in the transmission process is less, and the signal intensity shows a significant relevance to meter reading rate. There is no significant difference between the meter reading rate of returned collector and that of new collector. The signal attenuation of circuit is not the major cause, the cause for signal fault in the field should be analyzed by testing the power quality, noise, signal intensity, etc. of the operating site.

Collector; Signal; Attenuation

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.044

3 結(jié)語

汪文莉，1969年，女，從電力采集器及智能電表應(yīng)用與生產(chǎn)。

對存在超收不到或超收率低的現(xiàn)場環(huán)境，首先要檢查采集器性能，確定故障引起原因是否由元器件引起，因元器件故障引起的給與維修解決。由信號干擾引起抄收不到，應(yīng)對原安裝現(xiàn)場踏查尋找出影響通訊信號衰退的因素，有必要利用現(xiàn)場評估系統(tǒng)實現(xiàn)時刻對信號的電能質(zhì)量監(jiān)測、記錄噪音和信號強(qiáng)度、分析載波路由算法等，實行對現(xiàn)場的信號故障原因分析。根據(jù)衰減電路的應(yīng)用對現(xiàn)場返回的采集器的故障分析，一般可以排除采集器安裝很遠(yuǎn)的現(xiàn)象。要著重注意電器的啟動和停止、切割機(jī)的電火花、家用變頻空調(diào)等各項影響諧波變化的因素。公用電網(wǎng)的諧波特別嚴(yán)重，則不但是介入該電網(wǎng)的設(shè)備無法正常工作，甚至?xí)斐晒收希疫€會造成超載、發(fā)熱，影響電力載波正常輸送。確定一些因素后，適當(dāng)改換采集器安裝位置，避免可能的影響因素。另外，在采集器通信信號干擾大的地方增加使用阻波器，以提高采集系統(tǒng)抄收成功率。