基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統研究

摘要：提高電纜系統的性能需要從根本上加強電力線纜的保護和檢測，迎合電力線纜的檢測需求。文章基于我國當前電力線纜無線保護發展現狀，闡述了電力線纜無線保護系統的工作原理，并對系統的電力載波的通信模塊和ZigBee模塊進行了分析，綜述了基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統軟件設計。

關鍵詞：電力載波；在線載波檢測；電力線纜；無線保護系統；電力傳輸 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM711 文章編號：1009-2374（2015）11-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.010

作為電力傳輸的關鍵通道，電力線纜很容易因外界惡劣天氣、人為因素及施工因素的影響出現電纜線路破壞的現象，影響整個電力系統的正常運行。電力線纜的檢測和維修是保障電力系統穩定、持續運行的前提，在當前信息化社會中，電力電纜保護工作也向著智能化的方向發展。因此，研究基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統具有非常重要的意義，可以提高管理效率，減輕管理人員的工作量，實現電力線纜的在線監測，提高了故障報警的準確性。

1 電力線纜無線保護系統的工作原理

建立在電力在線載波檢測基礎之上的電力線纜無線保護系統可以劃分為四個部分，即遠程控制中心、嵌入式無線網關、ZigBee無線局域網及電力載波通信模塊。在對系統中的電力載波通信模塊進行設置時，應以固定的距離為標準，而在串行接口（Serial Interface）的作用下，電力載波通信模塊能夠收到由ZigBee模塊發出的信號。通過系統中其他部件處理的作用，能夠對數據信息進行進一步的處理工作，最后將這些數據信息轉變為高頻載波信號，通過電纜通道對這些信號進行高效的傳輸。基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統工作原理詳見圖1：

圖1 基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統工作原理

電力線纜無線保護系統在運行狀態下，系統中的ZigBee模塊具有對比分析數據信息的功能，對多個節點進行檢測，并向網絡協議器傳輸整個電纜的運行情況，動態的檢測電纜的工作狀態。系統中嵌入式無線網關部分的主要作用就是整合數據，應用通用分組無線服務技術，使遠程服務控制設備獲取處理后的數據信息。遠程服務器不僅可以保存接收的數據，還能夠通過交互式的處理方式，加工數據信息，應用先進的技術，最終將數據通過圖表的形態展示出來，便于管理控制工作人員更加詳細地了解線纜的運行，將實時性、準確性、全面性的信息用于電纜無線保護計劃和措施的制定。

2 電力線纜無線保護系統的電力載波通信模塊分析

就我國當前電網和電力線纜的運行狀況，可以發現除了不利的外界條件外，諧波對線纜通信也會產生很大的影響。應用對比分析的方法對電力載波通信模塊進行研究，可以發現該模塊在空間占用、功能方面存在明顯的優勢，具有極高的集成性能，不會因諧波干擾通信效果，充分發揮了直接序列擴頻DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）及頻移鍵控FSK（Frequency-shift keying）的編碼、調制技術的優勢，保證了線路通道中數據的傳輸質量。直接序列擴頻與載波頻率調制手段—頻移鍵控的有機融合，使電纜的通信能力提升到一個新的層次，確保信號能夠在較遠傳輸距離過程中保持較高的質量，達到系統要求條件，便于管理工作人員的開發和研究。

電力線纜在接入電流的工作狀態下，電力線纜無線保護系統的電力載波通信模塊的監控功能更加優化，并設有相應的備用供電設備，以免因線纜損壞而影響電力系統的運行，確保電纜出現故障的情況下，仍能維持穩定的信號傳輸和電力供應。要注意的是發生故障時，線纜通道中信號傳輸的穩固性不但沒有減弱，反而會增強。因為通信諧波的影響力也會相應減小，所以研發的基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統在通電、不通電的情況下均發揮著重要的作用，提高了故障報警的準確程度，便于進行及時、有效的處理。

3 基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統軟件設計

基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統在軟件設計的過程中，將電力載波通信模塊同ZigBee模塊進行整合，構建無線局域網，可以動態地在線對電纜運行狀況進行檢測。電力線纜無線保護系統的核心部分就是電力載波通信模塊，也是實現對電力線纜進行在線監測，準確地檢測出電纜故障的重要保障。無線保護系統建立在載波檢測的基礎上，借助ZigBee使數據能夠在多個節點間進行傳輸，節點間的檢測工作是一個不斷循環的過程，層層傳遞，電力線纜無線保護系統的檢測原理詳見圖2：

ZigBee組網中一方面可以通過終端設備與路由的點播途徑完成傳輸數據的工作，另一方面也可以發送網絡節點廣播命令信號的方式，傳送數據。但如果電力線纜無線保護系統遇到突發狀況，出現線纜損壞問題時，電力系統無法正常運行，可以借助電力載波通信模塊的作用，使網絡協議器接受到有關發生故障部位的具體信息。雙向無線通訊ZigBee技術的應用使得電纜無線保護系統的成本投入大大降低，管理控制更加靈活，具有顯著的優勢，可以準確地對故障部位進行檢測，在帶電和不帶電的情況下均能正常運行。電力線纜在線監測要求檢測信號不能同時、同位置存在，否則會使諧波干擾增強，這就要求系統設計時，應選取輪詢方式，進行循序漸進式的檢測工作，該方法主要針對的是系統的終端設備。電纜節點檢測工作均按照一定的順序進行，提高了檢測的可靠性。

4 結語

對電力線纜進行線路通斷檢測是保障電力系統正常運行的關鍵，本研究中應用故障檢測法，通過直接序列擴頻和擴展頻譜技術，運用無線信號傳輸、電力載波通信檢測的途徑，使電力線纜的傳輸距離得到了明顯的增大，增強了電纜對外界通信信號的抗干擾能力。基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統，能夠實時地、動態地進行檢測，避免了故障誤報現象的發生，發展前景十分廣闊，在機械生產中具有廣泛的應用，能夠為社會創造更大的價值，推動社會經濟的發展。

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作者簡介：張濤（1981-），男，國網邯鄲供電公司工程師，碩士，研究方向：電力電纜。

（責任編輯：周 瓊）