基于不同頻率信號的多表位串戶排查系統(tǒng)設計

壽佳玨，許純愷，朱丹燕，程 玉，孫 婷，陸沈敏，徐雪峰，丁 倩，沈 峰，孫 俊

(國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

隨著電能表的規(guī)范化集中布線安裝，經(jīng)常會發(fā)生電能表和用戶之間的串戶問題。為了進一步規(guī)范電能表裝接管理，提升電網(wǎng)服務水平，電表串戶問題越發(fā)引起相關部門的重視[1-5]。電表串戶由于一般牽涉用戶，而傳統(tǒng)串戶檢測設備需要進入用戶家中，給用戶帶來麻煩，串戶排查效率也大大降低。新型多表位串戶設備的研發(fā)則將這一問題徹底解決。

1 串戶排查方法

現(xiàn)今常用的電能表串戶排查設備主要采用入戶排查。這種方法雖然能夠精準確定電能表和用戶電路之間的一一對應關系，但是必須要求入戶檢測[6-7]。這就增大了串戶排查的實行難度，增加了工作量。

目前已有的非入戶串戶排查方案，主要通過比較電力線兩端電平變化或線路投切電容等改變線路物理參數(shù)，并結合電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)進行聯(lián)合判斷，結論可信度不高[8-11]。由于排查系統(tǒng)在信號饋入線路時，信號本身也會通過電網(wǎng)流入其他用戶回路，影響檢測結果。另一方面，由于利用無線通信進行信息傳輸，信號容易受干擾，導致結果不準確。

2 多表位串戶排查的實現(xiàn)

多表位串戶排查系統(tǒng)主要由主機(含配套電纜)和從機兩部分組成，其排查系統(tǒng)原理見圖1。

圖1 多表位串戶排查系統(tǒng)原理

多表位串戶裝置的主機與電流鉗實現(xiàn)了同時可發(fā)出16組不同頻率的PLC載波信號，通過電力入戶線分別進入客戶家中，使用從機從16戶客戶家門外一一接收載波信號，實現(xiàn)完整的載波信號從發(fā)出到接收的閉環(huán)網(wǎng)絡。將主機輸入用戶的信號與從機檢測對應用戶的信號進行分析，對比核實用戶頻率是否相同，如果相同，則為未串戶；如果不同，則為串戶。為了更直觀地顯示是否串戶，運用軟件識別算法將頻率相同轉換為接收到的信號最強，通過接收頻率強弱來辨別是否串戶，這樣能夠更清晰地將用戶是否串戶告知測試員。

多表位串戶排查系統(tǒng)的主機(如圖2所示)基于軟件無線電架構，采用嵌入式開發(fā)平臺設計，集成了高速FPGA及D/A轉換器，實現(xiàn)跳頻載波信號發(fā)生并利用電流耦合原理將載波信號耦合到電力線中，完成載波信號注入，注入的載波信號是按一定規(guī)律變化的脈沖信號(具體如圖3所示)。主機具有以下特征：① 多路同時檢測。為實現(xiàn)主機含16通道電流耦合鉗，可將頻率為10～50 MHz的載波信號同時注入16路用戶的電路中，2 min內(nèi)即可完成全部表位接線排查。最大載波功率不大于20 dBm(0.1 W)，主機功率消耗小于2 W；② 操作直觀。采用10寸液晶顯示，屏幕為觸屏操作，以此實現(xiàn)主機控制；③ 便攜性。主機內(nèi)置大容量4.2 V鋰電池，滿足全天測試需求。設備集成USB端口，一路作為充電端口使用，另一路作為通信端口使用。

圖2 載波信號示意圖

主機硬件結構圖如圖3所示。

圖3 主機硬件結構圖

(1)編碼調(diào)制模塊：作為主機的編碼調(diào)制模塊，它負責了串戶設備的編碼需求，實現(xiàn)了載波信號的生成和數(shù)字化編碼調(diào)制。

(2)人機交互模塊：內(nèi)置AD、DA轉換模塊，具有隔絕外部信號的干擾，提高設備穩(wěn)定性功能，便于數(shù)據(jù)進行交互處理。

(3)信號合成模塊：將編碼調(diào)制模塊輸出的數(shù)字化信號變換成數(shù)模信號，得到高頻率的載波信號。

(4)調(diào)理電路模塊：將信號合成模塊輸出的信號進行優(yōu)化，過濾采樣時鐘產(chǎn)生的高頻鏡像，優(yōu)化波形，使信號驅動能力增強。

(5)反饋模塊：辨別饋網(wǎng)功率，使輸出信號的幅值穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。

(6)電源模塊：為主機各部件提供相匹配的電壓。

多表位串戶排查系統(tǒng)的從機(如圖4所示)基于無線信號收發(fā)原理，利用定向天線實現(xiàn)載波信號接收并進行實時處理，給出是否串戶的綜合評判。具有以下功能：① 從機集成攝像頭及閃光燈，可實現(xiàn)對表箱、表位的掃碼錄入功能；在光線較暗的環(huán)境中可打開閃光燈，實現(xiàn)照明；② 通過MICRO USB接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、充電等功能；③ 通過插接nano sim卡，具備移動通信功能；④ 具備測量過程聲音提示功能；⑤ 采用5寸液晶顯示，觸屏操作，實現(xiàn)從機控制。

圖4 從機示意圖

3 多表位串戶排查系統(tǒng)的測試

3.1 測試流程

(1)主機開機，根據(jù)表箱表位數(shù)量，從主機電流鉗收納袋中取出相應數(shù)量的電流鉗，把電流鉗BNC端子連接到主機的信號輸出BNC接口上。打開電流鉗上蓋滑動開關，露出測試卡槽，將各個電流鉗卡到待測試電能表的出線端(入戶端)，合上滑動開關，要確保電流鉗是完全閉合的，如果表后有空開，則優(yōu)先卡到空開后的火/零線上。

(2)根據(jù)主機界面上的指示，手動選擇對應通道，確定選擇通道與電流鉗接入通道完全一致后，則點選打開通道按鈕，建立通道。

表2 測試二頻偏結果

(3)組裝從機手柄與天線，啟動從機進入串戶排查App，選擇第一項“戶號編輯”，建立默認戶表關系。根據(jù)實際接線情況，添加戶號，戶號即為表計上對應標號，之后點擊保存戶號返回主界面。

(4)點擊開始測量，手持從機到待排查住戶門口按照從機提示逐戶測試，直至從機提示測試完成。

(5)測量完成后，會彈出“測量完成…”提示，點擊確定查看測量結果，如果沒有紅色字體提示，則說明未發(fā)現(xiàn)異常線路接線；如果有紅色顯示，則說明表戶關系接線可能存在異常，需要對異常的線路進行復測。

3.2 測試結果

借助新型串戶排查系統(tǒng)，基于測試流程對現(xiàn)場各類小區(qū)進行功能測試及驗證。

(1)測試一：某新建小區(qū)高層。表箱位置：各樓層集中裝表；戶型：一梯三戶；走線方式：明線；測試結果如表1所示。

表1 測試一頻偏結果

由表1發(fā)現(xiàn)，在101室門口測量得表尾號為0201和0202的信號強度為4531和3214，表尾號為0203的信號強度為9999，即在101室用戶處測量得的表尾號為0203的信號強度強于其他兩塊表計，而實際101室用戶對應表計尾號為0201，所以101室用戶存在串戶現(xiàn)象。在102室用戶門前用從機接收信號，測得表尾號為0202的信號強度為9999，表尾號0201與0203用戶表尾號強度為2515與3898，即在102室用戶處測量得的表尾號為0202的信號強度強于其他兩塊表計，并且102室用戶對應表尾號為0202，所以102室未發(fā)生串戶現(xiàn)象。同理，在103室測得尾號為0201的信號強度高于其他兩塊表計，但103室對應表尾號為0203，即103室用戶存在串戶現(xiàn)象。

(2)測試二：光明工程改造多層住宅。表箱位置：樓底集中裝表；戶型：一梯兩戶；走線方式：明線；測試結果如表2 所示。

在用戶202室和302室測得接收的信號強度最大的不是對應表號傳送的，即用戶202室與302室存在串戶現(xiàn)象。其余用戶在門口測得接收的12組信號強度最大的為其對應表號傳遞，即未發(fā)生串戶現(xiàn)象。

4 結語

本文設計的多表位串戶排查系統(tǒng)采用主機和從機分離技術，使用該設備進行串戶排查，操作簡單，不需入戶、不斷電即可同時排查多個戶表關系。這將大大降低工作人員的排查難度、提高排查效率，有效提高用戶與電表的一致性，避免電能表串戶引起的用戶投訴與相關糾紛，為供電公司提高供電服務質(zhì)量提供幫助.

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