低壓集抄系統(tǒng)載波通信運(yùn)行劣化原因及改善措施分析

黃彩虹

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司云浮羅定供電局，廣東羅定 527200）

0.引言

智能電網(wǎng)日臻完善，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表方式已全面投入應(yīng)用，大幅提升電力系統(tǒng)抄表質(zhì)量和效率，其中利用現(xiàn)有電力線作為通信媒介的電力載波通信，因其無(wú)需重新布線，通道建設(shè)投資相對(duì)較低、傳輸頻段不受限，帶寬范圍內(nèi)頻段自適應(yīng)、設(shè)備較少、安裝便捷、運(yùn)維方便等顯著特點(diǎn)，在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

1.低壓電力線載波通信劣化原因

1.1 抄表設(shè)備老化或故障

受生產(chǎn)工藝影響，集中器、集中器路由模塊、電能表載波模塊、電能表不可避免地存在制造質(zhì)量差異，在高溫、潮濕等現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下運(yùn)行一定年限后，這種質(zhì)量差異將會(huì)越發(fā)明顯，設(shè)備老化或故障，通信性能下降，部分設(shè)備出現(xiàn)抄表速率低甚至抄表失敗情況。

電力變壓器的短路阻抗對(duì)高頻載波信號(hào)呈現(xiàn)隔斷特性，這個(gè)特性使載波信號(hào)通常只在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳遞，采用電力線載波方式對(duì)相鄰臺(tái)區(qū)供電的電表進(jìn)行抄表就需要克服變壓器高頻信號(hào)隔斷特性對(duì)載波抄表信號(hào)的衰減影響，其抄表成功率取決于兩臺(tái)區(qū)的線路現(xiàn)狀、相鄰距離和兩臺(tái)區(qū)之間載波信號(hào)耦合程度。

實(shí)際上，在日常配網(wǎng)運(yùn)維管理中，為應(yīng)對(duì)負(fù)荷增長(zhǎng)產(chǎn)生的變壓器、低壓網(wǎng)重過(guò)載現(xiàn)象，規(guī)劃解決低壓網(wǎng)供電穩(wěn)定和質(zhì)量問(wèn)題，供電部門(mén)往往需要增加供電布點(diǎn)，進(jìn)行負(fù)荷切割調(diào)整，這時(shí)候一旦未按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的變戶(hù)關(guān)系變更抄表檔案，形成跨臺(tái)區(qū)抄表現(xiàn)象，就會(huì)因變壓器的高頻信號(hào)隔斷特性而導(dǎo)致抄表不穩(wěn)定甚至抄表失敗。

1.2 低壓配電線路布局不合理

從通信角度上說(shuō)，低壓電力線是非均勻不平衡的傳輸線，通信時(shí)會(huì)出現(xiàn)反射、駐波現(xiàn)象，使信號(hào)出現(xiàn)衰減。受電力線纜耦合電容和分布阻抗的影響，電力線載波通信呈現(xiàn)高衰減現(xiàn)象，在傳輸距離過(guò)長(zhǎng)、拓?fù)浞种н^(guò)多的情況下尤為明顯，據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)，電力線路對(duì)載波信號(hào)的衰減作用可達(dá)60db 以上。

低壓電力線并不是專(zhuān)用的數(shù)據(jù)通信線，它最主要的作用是輸送電能，其布局走向自然以輸送電能為原則，這就決定了低壓配網(wǎng)布局在很大程度上受現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷分布的影響。日常工作中，低壓電力網(wǎng)的供電范圍、拓?fù)浞种Т嬖谇闆r錯(cuò)綜復(fù)雜，甚至存在臺(tái)區(qū)供電半徑過(guò)長(zhǎng)、分支走向復(fù)雜、迂回供電、供電用戶(hù)過(guò)多、線路重過(guò)載、線徑過(guò)小、殘舊等問(wèn)題，使得電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)變得更加困難，在載波抄表設(shè)備投入運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著低壓配電網(wǎng)布局不合理、運(yùn)行情況惡化，載波抄表速率和成功率呈下降趨勢(shì)。

1.3 環(huán)境及電網(wǎng)噪聲干擾

數(shù)據(jù)通信不可避免地受到通信介質(zhì)所處環(huán)境和噪聲的干擾，電力線載波通信也不例外。環(huán)境對(duì)載波通信的干擾因素可概括為自然環(huán)境即低壓配電網(wǎng)所處的地理、氣象環(huán)境出現(xiàn)劣化，如存在鹽酸等化學(xué)污染現(xiàn)象、環(huán)境溫度濕度超出集抄設(shè)備正常工作條件等，以及運(yùn)行環(huán)境出現(xiàn)劣化，如線路過(guò)載發(fā)熱嚴(yán)重甚至燒壞、集抄設(shè)備和表計(jì)供電電壓未達(dá)到通信正常工作條件等。這些環(huán)境的變化直接影響了電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，出現(xiàn)抄表失敗情況。

從實(shí)現(xiàn)原理上說(shuō)，電力線載波通信直接利用現(xiàn)有電力線作為通信媒介，避開(kāi)了電網(wǎng)工頻（50Hz）和一般的電網(wǎng)噪聲干擾頻段（1MHz 以下），將數(shù)據(jù)調(diào)制到特定頻段進(jìn)行傳輸，從而達(dá)到通信目的。但實(shí)際上它并不能如此理想地避開(kāi)噪聲干擾，其干擾甚至比其他通信信道的噪聲干擾更為復(fù)雜。根據(jù)干擾源，電力線載波通信的噪聲可劃分為自然環(huán)境噪聲和人為噪聲。其中自然環(huán)境噪聲干擾包括雷電、靜電或其他自然電磁輻射干擾，這些干擾一般表現(xiàn)為單事件脈沖噪聲；人為噪聲干擾主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面，其一是配電網(wǎng)自身，包括從變壓器、互感器和其他電磁耦合的配電設(shè)備、電力線自身（特別是纏繞駁接點(diǎn)），多表現(xiàn)為與工頻異步的周期性噪聲（非倍頻）、與工頻同步的周期性噪聲、高斯白噪聲；其二是用電負(fù)荷，如陳舊、有質(zhì)量缺陷的電器設(shè)備或非線性、沖擊性用電設(shè)備（如電弧爐、牽引性電機(jī)等），這些設(shè)備運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生極大的諧波污染，投入和退出運(yùn)行時(shí)，這種諧波污染尤為明顯，多表現(xiàn)為工頻異步的周期性噪聲（非倍頻）、與工頻同步的周期性噪聲、高斯白噪聲、單事件脈沖噪聲等。

單事件脈沖噪聲是電力線載波通信最大的噪聲源，它具有瞬時(shí)、高能和覆蓋頻率范圍廣的特點(diǎn)，對(duì)載波信號(hào)傳輸?shù)挠绊憳O大。

2.改善低壓電力線載波通信質(zhì)量的常用措施

2.1 嚴(yán)控集抄設(shè)備質(zhì)量關(guān)

從前期管理上嚴(yán)控質(zhì)量關(guān)，確保所選用的設(shè)備和低壓集抄系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量，是低壓集抄系統(tǒng)保持長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的有力保障。電網(wǎng)公司根據(jù)綜合考慮業(yè)務(wù)需求、技術(shù)方案可行性、成本等因素，編制集抄相關(guān)設(shè)備和集抄系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范，明確集抄設(shè)備工藝標(biāo)準(zhǔn)和集抄系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。在低壓集抄系統(tǒng)建設(shè)初期，嚴(yán)格按照規(guī)定做好采購(gòu)和工程項(xiàng)目招投標(biāo)工作；建設(shè)完成后，組織專(zhuān)業(yè)人員對(duì)低壓集抄系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量檢查驗(yàn)收；低壓集抄系統(tǒng)投入應(yīng)用后，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員持續(xù)觀察和分析設(shè)備運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量事件應(yīng)及時(shí)上報(bào)，作為物資采購(gòu)招投標(biāo)參考依據(jù)，從而敦促設(shè)備廠家消除缺陷、提高質(zhì)量和優(yōu)化功能[1]。

2.2 加強(qiáng)變戶(hù)關(guān)系管理

做好變戶(hù)關(guān)系管理，確保集中器抄表檔案與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際變戶(hù)關(guān)系保持一致，是電力線載波抄表系統(tǒng)的最主要運(yùn)維工作之一。從維護(hù)管理角度上，網(wǎng)格化經(jīng)理或設(shè)備主人應(yīng)首先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巡視等途徑核查變戶(hù)關(guān)系準(zhǔn)確性。當(dāng)發(fā)生負(fù)荷切割調(diào)整時(shí)，需及時(shí)核對(duì)割接情況并按實(shí)際變戶(hù)情況重新設(shè)置集抄檔案，盡量避免集中器出現(xiàn)冗余的集抄檔案，影響集中器抄表速率和抄表功能穩(wěn)定性。從技術(shù)角度上，可開(kāi)發(fā)使用新設(shè)備輔助識(shí)別變戶(hù)關(guān)系，如今在電網(wǎng)企業(yè)普遍使用的抄控器、臺(tái)區(qū)識(shí)別儀，它們利用了變壓器的高頻信號(hào)隔斷特性和電力線載波信號(hào)在垮臺(tái)區(qū)的傳輸衰減特性，能協(xié)助快速完成變戶(hù)關(guān)系核查。此外，利用智能電表的負(fù)荷曲線采集及報(bào)警功能開(kāi)發(fā)的臺(tái)區(qū)智能分析儀，更能通過(guò)采集表計(jì)特定的數(shù)據(jù)事件快速識(shí)別變戶(hù)關(guān)系。對(duì)由暗敷電力線纜供電的住宅小區(qū)或商業(yè)綜合體、交叉供電或低壓線布線復(fù)雜的臺(tái)區(qū)，利用設(shè)備能高質(zhì)高效做好變戶(hù)關(guān)系識(shí)別工作。

2.3 做好配網(wǎng)規(guī)劃和改造

做好配網(wǎng)規(guī)劃和改造，從根本上改善低壓電力線載波通信信道，能有效減少載波信號(hào)的衰減、畸變和噪聲干擾問(wèn)題。電網(wǎng)公司網(wǎng)格化經(jīng)理或設(shè)備主人加強(qiáng)日常巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理線路發(fā)熱燒壞問(wèn)題；收集并上報(bào)臺(tái)區(qū)供電半徑過(guò)長(zhǎng)、迂回供電、線路重過(guò)載、線徑過(guò)小、殘舊等問(wèn)題，做好配網(wǎng)規(guī)劃前期數(shù)據(jù)收集，計(jì)量、通信技術(shù)人員介入到配網(wǎng)規(guī)劃和改造項(xiàng)目可研工作，確定合理的規(guī)劃布點(diǎn)或改造方案。

2.4 開(kāi)發(fā)和應(yīng)用抗干擾技術(shù)

首先，通過(guò)增強(qiáng)集抄設(shè)備功能，進(jìn)一步降低集抄設(shè)備工作條件，強(qiáng)化集抄設(shè)備對(duì)信號(hào)的調(diào)制和解碼能力，從而降低環(huán)境和負(fù)荷變化對(duì)載波通信的影響。

其次，低頻噪聲干擾嚴(yán)重、抄表速率低的窄帶載波集抄臺(tái)區(qū)，可考慮變更為寬帶載波抄表方案。根據(jù)目前使用頻段的不同，低壓電力線載波通信一般分為窄帶電力線載波通信（40kHz ～500kHz）和寬帶電力線載波通信（1MHz ～20MHz），寬帶載波的頻段避開(kāi)了電網(wǎng)工頻（50Hz）和一般的電網(wǎng)噪聲干擾頻段（1MHz 以下），抄表的穩(wěn)定性和速率均有所改善。但由于窄帶載波所使用的頻段已被規(guī)劃為電力應(yīng)用，而寬帶載波的頻段已普遍被分配給無(wú)線電定位、無(wú)線電導(dǎo)航、標(biāo)準(zhǔn)頻率和時(shí)間信號(hào)、短波無(wú)線電廣播、業(yè)余無(wú)線電業(yè)務(wù)、衛(wèi)星業(yè)余業(yè)務(wù)等，確定方案時(shí)需綜合考慮特定場(chǎng)合的高頻信號(hào)干擾問(wèn)題。

最后，通過(guò)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用抗干擾技術(shù)輔助降噪，改善現(xiàn)有的低壓集抄系統(tǒng)通信運(yùn)行劣化問(wèn)題。例如提高集抄設(shè)備功放輸出，增加載波信號(hào)幅值應(yīng)對(duì)信號(hào)衰減問(wèn)題；采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)應(yīng)對(duì)噪聲干擾問(wèn)題；采用中繼擴(kuò)音技術(shù)應(yīng)對(duì)信號(hào)衰減和噪聲干擾問(wèn)題；在存在噪聲干擾的用電設(shè)備處加裝由安規(guī)電容設(shè)計(jì)而成的阻波器，過(guò)濾設(shè)備發(fā)出的高頻諧波。