采用中壓電力載波通信的煤礦集抄系統

摘 要:集抄管理配網自動化的重要環節。而實現集抄的主要困難，往往是通信通道問題。這里以山西某煤礦用戶的電量集抄為實例，介紹用配線中壓載波作為通訊通道的集抄技術，為在邊遠地區實現集抄提供新的途徑。

關鍵詞:集抄中壓載波通信

中圖分類號:TM7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0133-03

Abstract:Corrective metering management is an important part of distribution network automation. The main difficulty of corrective metering is in its communication channel. Here with a corrective metering system in Shanxi coal mine user as an example， the technique of applying medium voltage PLC as corrective metering communication channel is introduced and it is taken as a new way to succeed corrective metering for the outlying district users.

Key words:Corrective metering medium voltage PLC communication

山西省太原供電局對的煤礦用戶的供電量采集以無線通信方式為主。煤礦地處偏遠山區，有不少采集點公共無線電話網覆蓋不到，專門敷設光纜成本太高。只有考慮采用10kV中壓PLC(Power line carrier)技術，利用變電站到煤礦的10kV饋線傳輸集抄數據。

1 中小煤礦抄表情況現狀分析

2006年底太原供電局共有238個中小煤礦用戶，近兩成的用戶沒有公共無線電話網覆蓋。其中風峪溝就處在這類地帶，有用戶16個，選為PLC集抄試點，有一定代表性。

風峪溝由晉源變電站10kV風峪線供電。6個各類型煤礦用戶共26臺配變，其中高供高計的箱式變一臺，其余為干式變。由于地型條件的限制，供電局的光纜只能敷設到了晉源變電站。從晉源變電站到風峪線用戶，則用電力線中壓載波傳輸數據。變電站至最遠用戶9.5km，最近5.5km，平均約7km。采集點分布見圖1。

配線集抄系統為數據采集主站系統的一部分，采集到的電量數據最后集中到同一平臺;符合DL/T698-1999《低壓電力用戶集中抄表系統技術條件》相關條款規約的要求。本集抄項目只采集每臺配變的總表的數據。

2 實施方案

2.1 通信方式

用10kV配線載波來傳輸數據。主站采用應答模式輪詢(polling)與監控終端通訊。載波速率4800bps，采用A8-2400、NAT-11芯片。通信系統見圖2，具體過程如下:

(1)局主站前置機啟動召測過程，發出召測命令，并通過已有的光纜通訊方式，將命令傳至晉源變電站，再經RS232通訊口將信號送到主載波機;

(2)主載波機收到前置機的信號后，將其轉換為數字載波信號，耦合到10kV配線上，發送到各用戶的采集終端;

(3)在各用戶站點處的從載波機接收到召測信號后，將命令轉送到用戶的監控終端，對命令進行解釋并做出應答，應答信息又用用戶的載波機將信息變為數字載波信號(D/A轉換)，經10kV配線發回(上傳)主載波機;

(4)晉源變電站內的主載波機收到上行的應答信息后，將信號發出，經數模轉換后，通過已有通訊方式(光纜)將數據轉送到局中心站。

2.2 安裝施工

硬件設備安裝方式:(1)一體化的耦合設備(耦合電容器)安裝在配電線桿上，安裝高度應保證它的高壓端對地面人員有足夠的安全距離。耦合電容器的高壓端用16mm2的銅芯線接到線路B相。(2)通道線由耦合設備的電纜口引出，連至終端箱。(3)耦合電容器的的接地端必須良好接地。(4)耦合電容器安裝在跌落保險或戶外隔離刀閘后面，見圖3。

現場安裝接線見圖4。

2.3 通訊距離的擴展

用戶的10kV配線長度≥20 km，要用自轉發方式中繼傳輸。

2.4 與主站軟件兼容

中壓載波傳輸通道采用全透明傳輸通道，接入的規約主要有:(1)全雙工方式:CDT(Cyclic data transmission，循環式數據傳輸)規約(2)半雙工方式的輪詢規約:101、DNP3.0、DL/T645-1997規約、

使用方式:

混合方式:為提供整個系統的通信容量和數據的響應速度，在配電站到變電站使用一主多從的輪詢規約101規約，在變電站到局端采用點對點方式的CDT規約。

3 中壓配線載波通信技術

3.1 中壓載波機所采用的技術

采用了離散多載波調制、格狀編碼調制、回波抵消、自適應均衡、前向糾錯、線路編碼、碼分多址與噪聲平衡處理等多項先進技術。在通信速率、誤碼率、無中繼傳輸距離、接收靈敏度、抗雷擊與抗高溫等多項技術指標都優于同類產品。

(1)噪聲平衡處理技術

對于用配線傳輸的中壓載波，重點是噪聲處理。分析了連續噪聲和離散噪聲的特性，發現在兩個足夠近的頻點上，有最接近的噪聲能量。而離散噪聲，則來源主于負荷瞬變。采用共生輔助頻點提取信號，降低噪聲水平。

(2)交錯式矩陣糾錯法

不同的調制方式，解調后其誤碼特征不完全相同。采用交錯式矩陣糾錯，效果很好。當然，為了數據傳送準確，犧牲了一些采集速度，這對于準確性要求很嚴格，即時性要求并不高的電量采集來說，是必需的。此外，阻抗匹配、前導同步、型碼優選與均衡通帶分離等綜合運用，也所設計必須考慮的技術手段。

(3)離散多載波調制

普通的FSK(Frequency shift keying)與PSK(Phase-shift keying)調制方式只采用一種中心頻率，不能很好地避讓吸收峰。電力線多址數字通信機在4kHz的帶寬范圍內，將帶寬分為各1.3kHz的3個頻段，按2:1的原則確認正確波形。

(4)回波抵消

對于電磁反射的干擾，采用與中心頻率很接近的一個副頻率在接收端來消除噪聲干擾，提取正確的調制信號。

(5)自適應均衡

配線往往有“T”接點，增加了信號的衰耗;線路分段開關的投切，配變的投退，改變了載波機的輸入/輸出阻抗。采用先進的數字電路設計，載波機的輸入輸出阻抗隨配線的變化而跟蹤調整，增益自適應，保證了傳輸速度和靈敏度。

3.2 數據采集主要技術特點

(1)多通道:本項目采用先進的一點對多點傳輸技術。

(2)高可靠低誤碼:采用網格編碼調制和前向糾錯技術，提高了信息傳輸的可靠性，傳輸背景噪聲(電弧、電暈)對數據的影響幾乎為零。在通信速率為1200B/s的誤碼率≤10－5。

(3)全數字化:采用數字技術的數據處理和調制/解調。多路信號經數字壓縮編碼、時分復接、TCM(Trellis code modulation)網格編碼，調制為4kHz基帶信號。基帶信號一次調制到60kHz～130kHz的頻率。接收的信號一次解調為4kHz基帶信號，經復接單元反變換后還原為數據信號。

(4)標準接口:提供標準的RS-232和RS-485通信接口，與其它電子設備、計算機設備和通訊設備完全兼容。

(5)系統升級:在需要增加載波通道時，不影響原有的載波運行。

3.3 用戶配變終端

(1)系統特性

良好的現場維護界面:現場維護采用掌上電腦，操作系統為WINDOWS CE3.0， 多窗口全漢化的人機界面，操作方便、簡潔。

便捷的遠程維護功能:可以利用網絡通道來實現遠程修改終端的運行參數，方便設備維護。

可變的存盤時間間隔:用戶可以設定數據存盤時間間隔。留有足夠的保存歷史數據的空間，提供宏觀上可調的時間容量。

抗干擾能力:對高頻干擾、快速瞬變、浪涌及靜電等的抗干擾能力達到GB/T 15153.1的4級標準，適合于在有嚴重工業干擾的環境中使用。

靈活的電源電壓適應:配變終端電源為三相76～265V，并且任兩相失電時仍能正常工作。

(2)功能

①遙測功能

實時數據:三相電壓、三相電流和零序電流、三相有功功率、三相無功功率、有功需量、無功需量、電壓不平衡率、電流不平衡率、三相功率因數、三相有功積分電度、三相無功積分電度、總有功積分電度、總無功積分電度、頻率;

統計數據:包括每天極值:三相電壓、三相電流和零序電流、三相有功功率、三相輸入無功功率、三相輸出無功功率、總有功需量、總無功需量;每天最近16次越限每次三相電壓、三相電流和零序電流越限極值及起止時間;每天最近8次單相停電、總停電起止時間;每天電壓合格率和供電可靠率、單相供電可靠率和總供電可靠率;

歷史數據定時存儲:模擬量:三相電壓、三相和零序電流、三相有功功率、三相無功功率、總有功需量、總無功需量、電壓不平衡率、電流不平衡率、三相功率因數48點數據;統計量定時存儲:月、日;統計量:每天極值、每天最近16次越限起止時間及每次越限極值、每天最近8次停電起止時間、每天電壓合格率和供電可靠率。

②遙脈功能:可接兩路遙脈，用于抄取脈沖電度表的數據。脈沖量信號電平:+5 ～+24Vdc;脈寬≥2ms。

③遙信功能:有源或無源方式連接4路遙信。硬、軟件輸入濾波，防止輸入接點的抖動和干擾誤動。SOE(Series of events，事件序列)記錄。帶時標記錄32個事件。

④遙控功能:2空接點路數字輸出量，(接點容量5A×30VD/AC)，提供耐壓1.5kV的邏輯電路與輸出端的光電隔離。

4 結語

太原煤礦用戶集抄系統，采用中壓配電線載波(中壓PLC)通信作為和用戶通信方式的補充，解決了公共無線電話網覆蓋不到地帶信道問題，達到電力用戶電量集抄的功能。將來，可用類似中壓PLC的技術，開發低壓網的中壓PLC通信，使電量集抄擴展到低壓側用戶，為邊遠地區的智能化配電開辟一條途徑。

參考文獻

[1]陜西省電力公司，陜西電力職工培訓中心.電力遠程集中抄表系統建設與應用.中國電力出版社，2010-1-1.