智能電網(wǎng)用電信息采集終端硬件設(shè)計分析

國網(wǎng)揚州供電公司 王 菲 倪 超 潘開國 潘國超 許偉欣

在電力營銷與管理過程中，電力信息采集是一項基礎(chǔ)性工作，其所依托的技術(shù)設(shè)備便是用電信息采集終端。通過該終端設(shè)備，可以將電能數(shù)據(jù)實時讀取到采集裝置，并將其傳遞至控制平臺；根據(jù)數(shù)據(jù)變化以及所設(shè)定電能限度，對終端設(shè)備用電情況發(fā)出預(yù)警等；根據(jù)各地電力部門業(yè)務(wù)開展情況，設(shè)置多個接口，以便擴展采集終端的性能[1-2]。可見，用電信息采集終端的硬件設(shè)計是電力系統(tǒng)運行的關(guān)鍵部件，需持續(xù)改進其設(shè)計。本文對該硬件的設(shè)計原理等進行討論，并以專用三通同軸連接器為例，詳細論述其設(shè)計步驟，對相關(guān)設(shè)計工作有一定參考價值。

1 智能電網(wǎng)用電信息采集終端設(shè)計所遵循的原理

用電信息采集終端的實現(xiàn)原理是通過測量并采集電力設(shè)備的電流和電壓等數(shù)據(jù)，經(jīng)過預(yù)先制定的電量計算公式進行計算，將電量數(shù)據(jù)進行存儲并發(fā)送到用戶信息采集主站[3]。終端采集質(zhì)量分析是從供電公司角度分析采集質(zhì)量，按管理單位進行考核，按維護部門進行考核，從終端廠家角度分析采集質(zhì)量，按不同廠家采集質(zhì)量分析，便于廠家現(xiàn)場人員及時發(fā)現(xiàn)故障點，評估廠家終端設(shè)備運行情況，為后續(xù)的采購提供依據(jù)[4]。

用電信息采集硬件系統(tǒng)從功能方面進行劃分可分為五個層次，即平臺支撐層、 數(shù)據(jù)采集通訊層、運維監(jiān)控層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、運行監(jiān)管層。其中運行監(jiān)管層是從業(yè)務(wù)應(yīng)用的角度出發(fā)，供電公司職能部門及使用人員的視角與地市業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)存在較大的差異性。對智能電網(wǎng)用電信息采集終端的硬件進行合理的規(guī)劃設(shè)計，可以保證智能電網(wǎng)用電信息采集終端的正常穩(wěn)定運行[5]。

2 智能電網(wǎng)用電信息采集終端硬件設(shè)計實踐：以專用三通同軸連接器為例

2.1 背景技術(shù)

本文所論述的終端硬件涉及用電信息采集終端通訊領(lǐng)域，是一種無線信號傳輸回路中的三通同軸連接器。

2.1.1 現(xiàn)有的相同或相似產(chǎn)品研究現(xiàn)狀

隨著我國智能電網(wǎng)自動化建設(shè)的推進，不僅在城鎮(zhèn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了居民用電信息的自動化采集，而且對偏遠地區(qū)用電也提出了“全覆蓋、全采集、全費控”的要求。“全采集”即需要用電信息采集終端具備更高的無線通訊成功率，因此大大增加了現(xiàn)場終端安裝運維的難度及工作量。

在日常終端的安裝運維過程中，如何進一步提升終端信號強度，同時減少過多連接線及接頭所帶來的安裝工作量，對于現(xiàn)場的運行維護管理將成為一個重要課題。

經(jīng)市場調(diào)研，目前市場暫無針對用電信息采集終端專用的三通同軸連接器，普通射頻三通轉(zhuǎn)接頭因接口不匹配的原因，無法直接滿足終端的專用接口需求。

2.1.2 現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷

總結(jié)起來，現(xiàn)有類似產(chǎn)品的缺點有如下幾點：普通三通轉(zhuǎn)接頭無法直接與用電信息采集終端上的多個通訊模塊接口互接，需增加多個轉(zhuǎn)接頭及轉(zhuǎn)接線；過多的轉(zhuǎn)接頭會導(dǎo)致信號衰減加劇，駐波比增大；轉(zhuǎn)接頭、轉(zhuǎn)接線過多，現(xiàn)場操作復(fù)雜。

2.2 硬件設(shè)計中要解決的技術(shù)問題與技術(shù)方案

2.2.1 產(chǎn)品要解決的問題

針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本設(shè)計的目的是提供一種用電采集終端專用三通同軸連接器，其采用三個不同的專用接口來匹配終端多個通訊模塊接口，去除多余的轉(zhuǎn)接頭減少信號衰減，從而提升通訊模塊接收信號的強度，間接提高用電采集終端通訊成功率。

2.2.2 技術(shù)方案

產(chǎn)品部件：本設(shè)計包括一個鑄鋁屏蔽盒、N 母頭、SYV50-3連接線（3根）、SMA-J 接頭、BNC -J 接頭、信號傳輸電路板。

各部件連接關(guān)系：SYV50-3連接線1:A 端屏蔽線及芯線分別連接信號傳輸電路板，B 端裝接N 母頭，然后N 母頭與外部天饋線連接。

SYV50-3連接線2:A端屏蔽線及芯線分別連接信號傳輸電路板，B端裝接SMA-J 接頭，然后SMA-J 接頭與終端通訊模塊1連接。

SYV50-3連接線3:A端屏蔽線及芯線分別焊接信號傳輸電路板，B端裝接BNC-J 接頭，然后BNC-J 接頭與終端通訊模塊2連接。

PCB 電路焊接板封裝入鑄鋁屏蔽盒內(nèi)，連接線1、連接線2和連接線3的B 端穿過屏蔽盒開孔延伸至盒外。

工作過程和原理：本轉(zhuǎn)接器使用時，將N 母頭連接終端天饋線，SMA-J 接頭連接通訊模塊，BNC-J 接頭連接通訊模塊，只需連接3個接頭即可完成終端與天饋線的連接，較原先減少3次接線操作。

天饋線接收到的終端模塊1無線電信號可通過連接線1傳輸至信號傳輸電路板，然后傳輸至連接線2，然后傳輸至終端模塊1。發(fā)射信號是上述接收流程的逆向過程，在此不再贅述。

天饋線接收到的終端模塊2無線電信號可通過連接線1傳輸至信號傳輸電路板，然后傳輸至連接線3，然后傳輸至終端模塊2。發(fā)射流程是上述接收流程的逆向過程，在此不再贅述。

還可能出現(xiàn)的其它可能的替換方案：單純的更換連接線1/2/3的型號、長度、線徑等，單純的更換接頭型號。

2.3 硬件設(shè)計的具體實施方式

專用三通同軸連接器的實施方式：

SYV50-3連接線1（長度10公分）：連接線A端屏蔽線及芯線分別焊接到信號傳輸電路板接地端及信號端，連接線B 端裝接N 母頭；SYV50-3連接線2（長度20公分）：連接線A 端屏蔽線及芯線分別焊接到信號傳輸電路板接地端及信號端，連接線B 端裝接SMA-J 接頭；SYV50-3連接線3（長度15公分）：連接線A 端屏蔽線及芯線分別焊接到信號傳輸電路板接地端及信號端，連接線B 端裝接BNC-J 接頭；PCB 電路焊接板封裝入鑄鋁屏蔽盒內(nèi)，連接線1、連接線2、連接線3的B 端均穿過屏蔽盒開孔延伸至盒外。

屏蔽盒外，各接頭與通訊設(shè)備連接：N 母頭與外部天饋線連接；SMA-J 接頭與終端通訊模塊1連接；BNC-J 接頭與終端通訊模塊2連接。

2.4 本硬件設(shè)計的優(yōu)點分析

與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點體現(xiàn)在如下幾方面：本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，安全可靠，接線操作簡單，較原先減少3次接線操作，可節(jié)約現(xiàn)場操作時間10分鐘；用3種不同接口唯一對應(yīng)，避免安裝人員以往反復(fù)找尋相應(yīng)轉(zhuǎn)接頭和轉(zhuǎn)接線的無用操作出現(xiàn)；投資較少，提高現(xiàn)場安裝效率；有效降低信號衰減幅度，減小駐波比，增強通訊模塊接收到的信號強度，從而提升用電采集終端通訊成功率。

綜上，隨著電力行業(yè)中的技術(shù)不斷發(fā)展，用電信息采集終端數(shù)據(jù)采集的準確率也在不斷提高。智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)是進行用電數(shù)據(jù)信息采集的基本方法，在電力行業(yè)中具有較為廣泛的應(yīng)用。本文對用電信息采集終端的硬件設(shè)計進行了分析，并結(jié)合具體實例加以說明，對于推廣用電信息采集終端的使用具有一定的作用。