低壓集抄系統載波通信運行劣化原因及改善措施分析

黃彩虹

（廣東電網有限責任公司云浮羅定供電局，廣東羅定 527200）

0.引言

智能電網日臻完善，遠程自動抄表方式已全面投入應用，大幅提升電力系統抄表質量和效率，其中利用現有電力線作為通信媒介的電力載波通信，因其無需重新布線，通道建設投資相對較低、傳輸頻段不受限，帶寬范圍內頻段自適應、設備較少、安裝便捷、運維方便等顯著特點，在自動抄表系統中得到廣泛應用。

1.低壓電力線載波通信劣化原因

1.1 抄表設備老化或故障

受生產工藝影響，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量差異，在高溫、潮濕等現場環境下運行一定年限后，這種質量差異將會越發明顯，設備老化或故障，通信性能下降，部分設備出現抄表速率低甚至抄表失敗情況。

電力變壓器的短路阻抗對高頻載波信號呈現隔斷特性，這個特性使載波信號通常只在一個配電變壓器區域范圍內傳遞，采用電力線載波方式對相鄰臺區供電的電表進行抄表就需要克服變壓器高頻信號隔斷特性對載波抄表信號的衰減影響，其抄表成功率取決于兩臺區的線路現狀、相鄰距離和兩臺區之間載波信號耦合程度。

實際上，在日常配網運維管理中，為應對負荷增長產生的變壓器、低壓網重過載現象，規劃解決低壓網供電穩定和質量問題，供電部門往往需要增加供電布點，進行負荷切割調整，這時候一旦未按現場實際的變戶關系變更抄表檔案，形成跨臺區抄表現象，就會因變壓器的高頻信號隔斷特性而導致抄表不穩定甚至抄表失敗。

1.2 低壓配電線路布局不合理

從通信角度上說，低壓電力線是非均勻不平衡的傳輸線，通信時會出現反射、駐波現象，使信號出現衰減。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高衰減現象，在傳輸距離過長、拓撲分支過多的情況下尤為明顯，據實驗數據總結，電力線路對載波信號的衰減作用可達60db 以上。

低壓電力線并不是專用的數據通信線，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布局在很大程度上受現場負荷分布的影響。日常工作中，低壓電力網的供電范圍、拓撲分支存在情況錯綜復雜，甚至存在臺區供電半徑過長、分支走向復雜、迂回供電、供電用戶過多、線路重過載、線徑過小、殘舊等問題，使得電力線載波通信網絡組網變得更加困難，在載波抄表設備投入運行一段時間后，隨著低壓配電網布局不合理、運行情況惡化，載波抄表速率和成功率呈下降趨勢。

1.3 環境及電網噪聲干擾

數據通信不可避免地受到通信介質所處環境和噪聲的干擾，電力線載波通信也不例外。環境對載波通信的干擾因素可概括為自然環境即低壓配電網所處的地理、氣象環境出現劣化，如存在鹽酸等化學污染現象、環境溫度濕度超出集抄設備正常工作條件等，以及運行環境出現劣化，如線路過載發熱嚴重甚至燒壞、集抄設備和表計供電電壓未達到通信正常工作條件等。這些環境的變化直接影響了電力線載波通信網絡組網，出現抄表失敗情況。

從實現原理上說，電力線載波通信直接利用現有電力線作為通信媒介，避開了電網工頻（50Hz）和一般的電網噪聲干擾頻段（1MHz 以下），將數據調制到特定頻段進行傳輸，從而達到通信目的。但實際上它并不能如此理想地避開噪聲干擾，其干擾甚至比其他通信信道的噪聲干擾更為復雜。根據干擾源，電力線載波通信的噪聲可劃分為自然環境噪聲和人為噪聲。其中自然環境噪聲干擾包括雷電、靜電或其他自然電磁輻射干擾，這些干擾一般表現為單事件脈沖噪聲；人為噪聲干擾主要來自兩個方面，其一是配電網自身，包括從變壓器、互感器和其他電磁耦合的配電設備、電力線自身（特別是纏繞駁接點），多表現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；其二是用電負荷，如陳舊、有質量缺陷的電器設備或非線性、沖擊性用電設備（如電弧爐、牽引性電機等），這些設備運行時將產生極大的諧波污染，投入和退出運行時，這種諧波污染尤為明顯，多表現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、高能和覆蓋頻率范圍廣的特點，對載波信號傳輸的影響極大。

2.改善低壓電力線載波通信質量的常用措施

2.1 嚴控集抄設備質量關

從前期管理上嚴控質量關，確保所選用的設備和低壓集抄系統建設質量，是低壓集抄系統保持長期穩定運行的有力保障。電網公司根據綜合考慮業務需求、技術方案可行性、成本等因素，編制集抄相關設備和集抄系統建設技術規范，明確集抄設備工藝標準和集抄系統建設項目驗收標準。在低壓集抄系統建設初期，嚴格按照規定做好采購和工程項目招投標工作；建設完成后，組織專業人員對低壓集抄系統的建設質量檢查驗收；低壓集抄系統投入應用后，現場運維人員持續觀察和分析設備運行狀況，發現質量事件應及時上報，作為物資采購招投標參考依據，從而敦促設備廠家消除缺陷、提高質量和優化功能[1]。

2.2 加強變戶關系管理

做好變戶關系管理，確保集中器抄表檔案與現場實際變戶關系保持一致，是電力線載波抄表系統的最主要運維工作之一。從維護管理角度上，網格化經理或設備主人應首先通過現場巡視等途徑核查變戶關系準確性。當發生負荷切割調整時，需及時核對割接情況并按實際變戶情況重新設置集抄檔案，盡量避免集中器出現冗余的集抄檔案，影響集中器抄表速率和抄表功能穩定性。從技術角度上，可開發使用新設備輔助識別變戶關系，如今在電網企業普遍使用的抄控器、臺區識別儀，它們利用了變壓器的高頻信號隔斷特性和電力線載波信號在垮臺區的傳輸衰減特性，能協助快速完成變戶關系核查。此外，利用智能電表的負荷曲線采集及報警功能開發的臺區智能分析儀，更能通過采集表計特定的數據事件快速識別變戶關系。對由暗敷電力線纜供電的住宅小區或商業綜合體、交叉供電或低壓線布線復雜的臺區，利用設備能高質高效做好變戶關系識別工作。

2.3 做好配網規劃和改造

做好配網規劃和改造，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的衰減、畸變和噪聲干擾問題。電網公司網格化經理或設備主人加強日常巡視，及時發現和處理線路發熱燒壞問題；收集并上報臺區供電半徑過長、迂回供電、線路重過載、線徑過小、殘舊等問題，做好配網規劃前期數據收集，計量、通信技術人員介入到配網規劃和改造項目可研工作，確定合理的規劃布點或改造方案。

2.4 開發和應用抗干擾技術

首先，通過增強集抄設備功能，進一步降低集抄設備工作條件，強化集抄設備對信號的調制和解碼能力，從而降低環境和負荷變化對載波通信的影響。

其次，低頻噪聲干擾嚴重、抄表速率低的窄帶載波集抄臺區，可考慮變更為寬帶載波抄表方案。根據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了電網工頻（50Hz）和一般的電網噪聲干擾頻段（1MHz 以下），抄表的穩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劃為電力應用，而寬帶載波的頻段已普遍被分配給無線電定位、無線電導航、標準頻率和時間信號、短波無線電廣播、業余無線電業務、衛星業余業務等，確定方案時需綜合考慮特定場合的高頻信號干擾問題。

最后，通過開發和應用抗干擾技術輔助降噪，改善現有的低壓集抄系統通信運行劣化問題。例如提高集抄設備功放輸出，增加載波信號幅值應對信號衰減問題；采用擴頻調制技術應對噪聲干擾問題；采用中繼擴音技術應對信號衰減和噪聲干擾問題；在存在噪聲干擾的用電設備處加裝由安規電容設計而成的阻波器，過濾設備發出的高頻諧波。