用電信息采集系統低壓集中抄表典型臺區問題分析及處理

李 翀，唐如意，柴奕春，張 強，王俊龍

（1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021；2.國網河北省電力公司，石家莊 050021；3.國網河北省電力公司石家莊供電分公司，石家莊 050091；4.國網河北省電力公司保定供電分公司，河北 保定 071051）

1 概述

用電信息采集系統是支撐智能電網建設的重要組成部分［1－2］，是加強精益化管理、提高優質服務水平的必要手段。現場低壓集中抄表臺區的安裝調試是用電信息采集系統建設的重要組成部分，臺區采集成功率是臺區調試并投入正常運行的一個重要的指標。隨著低壓臺區安裝調試的進行，現場若干臺區在采集主站設置、運行正常的情況下，遇到了采集成功率提升的瓶頸。通過對現場采集成功率低的臺區進行大量排查、試驗，根據采集故障情況及臺區特點確定了4種典型臺區，并對河北省南部電網現場“載波孤島”臺區、“載波串擾”臺區、大臺區、量控卡表臺區4種典型集中抄表臺區進行總結，結合每種典型臺區的具體概況，提出解決此類臺區的方案。

2 典型臺區類型

“載波孤島”指臺區供電線路過長或載波干擾嚴重，載波模塊無法將數據送達至目標電能表（或目標表數據無法返回至集中器）。“載波孤島”現象多出現在農網及城網中比較老的小區。

現代化的大型住宅小區，集中供電，統一管理，同時使用7～8個甚至更多變壓器，安裝的集中器使用同一載波模塊，同頻率載波信號通過變壓器以高壓電力線為媒介在各個臺區間串擾，導致臺區抄表失敗，此種現象稱為載波串擾［3］。

大臺區是指供電臺區所轄智能表超過600只，電網敷設面積大，臺區供電半徑大，且節點分布較為分散的臺區。集中器需抄讀電能表正向有功日凍結電能、購電次數、累計購電金額、剩余金額4個數據項，在規定時間內，大臺區無法抄全全部數據，臺區成功率達不到使用要求。

低壓量控卡表臺區是指用電信息采集系統主站、網絡表、規約集中器、量控卡表構成的低壓卡表集中抄表臺區［4］。主站下發給集中器的命令首先由網絡表接收，再通過網絡表與集中器之間的485線傳送給集中器，集中器接收并執行命令，再由485線傳送給網絡表，通過網絡表的GPRS 向主站回應。雖然國家電網公司大力推廣智能電能表，但是現場仍有大量的低壓卡表臺區在運行，且大都處于老舊小區，環境非常復雜。

3 典型臺區存在的問題及處理措施

3.1 “載波孤島”臺區

石家莊某小區1號臺區概況：柏林小區為90年代老小區，線路老化嚴重，該小區1號臺區安裝355塊電能表，供電線路采用架空線及地埋線，從1號臺變到最近一塊電能表的總長度約200 m，超過載波模塊通信范圍，集中器發送的載波無法達到居民樓電能表，集中器的抄表成功率為0。

通過安裝中繼放大器，將“孤島”進行通信連接，載波中繼放大器向上與集中器載波通信，向下與電能表載波通信。載波中繼放大器無需設置參數，中繼放大器的電源由電力線供給。

繼放大器的安裝位置需進行測試，安裝中繼放大器時通信距離不應超過150m。中繼放大器安裝位置的測試方法為：在選擇的中繼放大器安裝點用載波監控器測試是否能收到集中器下行報文，若能收到說明此點與集中器通信沒有問題，然后測試此點是否能抄回“孤島”范圍的電能表，在中繼安裝點使用抄控器抄收“孤島”范圍的電能表，若能抄回說明此點與電能表通信沒有問題。上行與集中器通信暢通，下行與“孤島”范圍電能表通信暢通，該點便是理想的中繼安裝點。若測試時通信不良或根本不通，可以考慮在此地點后面150m 處再加裝中繼放大器，最多加4級中繼放大器。中繼放大器安裝位置示意見圖1。

圖1 中繼放大器安裝位置示意

3.2 “載波串擾”臺區

石家莊富強站某小區為新建高層小區，2 個供電配電室，10個臺區，共計3 092戶。10 個臺區分為2個配電室，1－6號臺區在一個配電室，各集中器電壓電流由配電室引到地下樓道口；7－10號臺區在另一個配電室，各集中器電壓電流由配電室引到地下樓道口。由于配電室內相鄰臺變距離較近，同頻率載波信號通過變壓器和高壓電力線在各個臺區間串擾，造成臺區抄表成功率很低。

該問題可以通過查找串擾源并選擇使用阻波器的方法解決。具體步驟如下：

a.撥出串擾源排查臺區的集中器載波模塊，停止集中器的載波通信。

b.用載波監控器監測所排查臺區的集中器電源端載波接收報文，根據報文中的電能表地址鎖定串擾源臺區，報文中同一地址的報文越多則表明該臺區串擾越嚴重。

c.根據鎖定的串擾臺區在集中器電源端安裝阻波器，阻波器的安裝示意見圖2。

圖2 阻波器的安裝示意

選擇阻波器要注意以下事項。

a.阻波器所選用的電容應考慮載波中心頻率、串擾的載波信號強度來進行選擇，對載波信號的衰減應在10～20dB。

b.阻波器電容C1的容抗為Xc＝1／（2πfc），其中fc為載波信號的頻率。

c.經阻波器后衰減的電壓信號Uout＝Uin［Xc／（Xc＋R1）］，其中，R1為電力線等效電阻，Uin為A臺區串擾到B臺區的電壓信號。

隨著電容器容抗Xc的減小，電容器輸出電壓信號就越小，即實現了對載波串擾信號的衰減。

在該小區串擾臺區安裝的阻波器為一個0.42 μF電容，在電網上構成濾波電路，在一定程度上衰減信號，取得了很好的效果。

3.3 大臺區

保定某小區是新建高層小區，入住戶數少，大部分住戶在裝修。Y0053 臺區采集智能電能表數據870塊，分布在地下車庫、21 號樓、23 號樓，其中車庫電能表345 塊；21號樓218塊，23號樓307 塊。最初安裝調試時，Y0053臺區在變壓器低壓側只安裝了1臺集中器，由于供電線路較長，到車庫和樓棟的電纜從地下室走電纜橋架，超過載波模塊的理想范圍，然而臺區電能表較多，遠超過500塊，導致集中器抄表時間不夠用。

解決方案：同一臺區由一個主集中器和多個子集中器組成，其中，主集中器在負責所劃范圍用戶電能表采集的同時，還負責臺區考核數據的采集；子集中器可以根據臺區現場需要安裝多個，負責所劃范圍用戶電能表采集。

根據現場供電線路分支情況，將一個整體臺區劃分為多個子集中器，子集中器安裝在需切分的分支中心節點，該子集中器只采集本分支電能表數據。因需要接入TA、TV，主集中器安裝在臺區配電房，子集中器選擇供電線路的負荷中心，中心節點離分布在線路上的電能表最近，通信效果最好。根據該小區實際情況，Y0053臺區安裝主集中器1臺、3臺子集中器，其中主集中器采集地下車庫和商鋪表；1臺子集中器采集21號樓A 單元；1臺子集中器采集21號樓B單元；1臺子集中器采集23號AB兩單元，子集中器安裝位置示意見圖3。

圖3 子集中器安裝位置示意

時段劃分：因相同載波模塊的集中器同時發送數據將會造成數據干擾，需對各集中器分時段運行。根據試驗情況規定，每塊電能表的抄表時間為60s，考慮到每百塊電能表有1 塊首次抄讀不成功的情況，且有2次抄讀閥值，時間為120s。故時段劃分計算公式如下：

式中：t為集中器抄收時間；n為該集中器應抄電能表數量。

該臺區集中器工作時段分配見表1。

表1 大臺區集中器工作時段分配

通過安裝子集中器，每臺集中器抄讀的智能電能表數量減少，供電半徑減小，對抄讀失敗的電能表重復抄讀的次數減少，提高大臺區的抄讀成功率。

3.4 低壓量控卡表臺區

石家莊0400408臺區為低壓量控卡表臺區，臺區變壓器所帶用戶都是平房，是典型的城中村臺區，共159戶，即159塊電能表。此臺區大多數為出租房屋，每一戶居住不只一家人，因此臺區負荷大。該臺區電能表箱示意見圖4。

圖4 量控卡表臺區電能表箱示意

1－10是10 個電線桿，線桿間距約50m，變壓器與1號桿之間連接是地埋線，直線距離約30 m，實際電線距離約50m；70－73是7號桿分支線上4個電能表箱；90－93是9號桿分支線上4個電能表箱。其余電能表具有電線桿上直接引出掛在路邊墻上，與電線桿之間的引線距離約20 m，7 號桿距離350m，9號桿450m，距離遠造成抄表率低（僅30%左右），且每日有波動，抄表效果不穩定。

解決方案：在現場安裝中繼放大器解決低壓量控卡表臺區抄表率低的問題。在集中器位置用筆記本通過demo抄讀需要安裝中繼放大器的線路上的電能表，抄讀過程由近及遠，一直到抄讀失敗的位置，安裝中繼放大器的位置距離集中器盡量遠，但是能夠抄到，且通過demo抄讀的成功率在80%以上。這樣就確定了1號中繼放大器的位置，在集中器的位置通過demo軟件手動組中繼關系，用1 號中繼放大器作為一級中繼抄讀同一條線路上1號中繼放大器后面的電能表，由近及遠，直到抄讀失敗，安裝2號中繼放大器的位置距離1 號中繼放大器盡量遠，但是應能夠抄到數據，且通過1號中繼放大器做中繼放大器的抄讀成功率在80%以上。這樣就確定了2號中繼放大器的位置。（也可以在1號中繼放大器的位置由近及遠抄讀線路上后面的電能表，用確定1號中繼放大器位置的抄讀標準來確定2號中繼放大器的位置），以此類推可確定3、4號中繼放大器位置，最多安裝4級中繼放大器。

中繼放大器安裝以后，要在集中器中加載中繼放大器的檔案信息，首先清空集中器中電能表檔案，通過測試軟件將現場安裝的中繼放大器通信地址手動添加到集中器中，再由主站下發電能表檔案。

4 結束語

臺區抄表成功率是評價臺區是否達到實用化的一個重要指標，針對臺區抄表成功率低的典型臺區，按照“試點先行，以點帶面，整體推進”的解決方案，將現場臺區分為“載波孤島”臺區、“載波串擾”臺區、大臺區、量控卡表臺區4種典型臺區，通過安裝載波中繼放大器、阻波器、單變臺多集中器等措施攻克了載波抄表復雜、抄表成功率偏低的突出問題，對提高低壓臺區用電信息采集實用化水平，規范、改進低壓臺區用電信息采集設計方案提供技術支持。

［1］Q／GDW 376.1－2009，電力用戶用電信息采集系統通信協議：主站與采集終端通信協議［S］.

［2］Q／GDW 376.2－2009，電力用戶用電信息采集系統通信協議第二部分：集中器本地通信模塊接口協議［S］.

［3］孫海翠，張金波.低壓電力線載波通信技術研究與應用［J］.電測與儀表，2006，43（8）：54－57，43.

［4］徐 偉，王 斌，姜元建.低壓電力線載波通信技術在用電信息采集系統中的應用［J］.電測與儀表，2010，47（10）：44－47.