影響低壓電力線載波采集成功率的因素分析

曹東寧

（中企基業(yè)（北京）管理顧問有限公司，北京 100000）

0 引 言

不斷發(fā)展與完善的信息科學(xué)技術(shù)給電力系統(tǒng)自動化帶來了更大的挑戰(zhàn)。針對電力行業(yè)低壓用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)中存在的問題，企業(yè)需要與時俱進(jìn)，充分發(fā)揮低壓電力線載波通信技術(shù)的優(yōu)勢，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的“用戶全覆蓋、信息全采集、全面支持全預(yù)付費(fèi)”功能。

1 電力線載波通信技術(shù)

電力線載波通信技術(shù)利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式高速傳輸模擬或數(shù)字信號，具有投資少、安裝便捷以及傳輸效果明顯等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于低壓用戶的用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)。為保證低壓電力線能夠直接延伸到用戶側(cè)，將本地通信與用戶側(cè)連接，以此提高技術(shù)運(yùn)用的效率和水平。由于低壓配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負(fù)載形式較為復(fù)雜，信號傳輸容易受到噪聲影響而出現(xiàn)極大的變化[1]。采集成功率作為評價用電信息采集系統(tǒng)工作效率的重要指標(biāo)，包括預(yù)付費(fèi)管理、臺區(qū)線損管理以及有序用電等系統(tǒng)功能的高效實(shí)現(xiàn)，必要時需人工補(bǔ)抄失效數(shù)據(jù)。因此，深入分析影響低壓電力線載波采集成功率的因素，有利于提高電力企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量與水平[2]。

2 低壓電力線載波采集成功率的影響因素

2.1 基礎(chǔ)建設(shè)

2.1.1 半載波通信

半載波通信方式能夠充分發(fā)揮RS485總線的作用，具有較高的可靠性，可以減少RS485總線施工的工作量，對有效采集整個臺區(qū)的用電信息具有十分重要的意義。結(jié)合電力線載波通信和RS485總線，建立用電信息采集系統(tǒng)。其中，集中器與采集器之間使用電力線載波通信方式，采集器與電能表之間使用RS485總線的通信方式。采用規(guī)范雙色雙絞線，來避免485端子接反的情況發(fā)生。使用插片、搪錫或是冷壓接頭來保證接觸良好，提高端子接觸的安全性。同時，施工人員要積極運(yùn)用萬用表等輔助設(shè)備判斷電表和采集器485端子的通斷情況，以此達(dá)到電力企業(yè)提高電力線載波基礎(chǔ)建設(shè)水平的目的[3]。載波電表原理如圖1所示。

圖1 載波電表原理示意圖

2.1.2 安裝位置

對低壓電力線載波通信而言，傳輸距離過長或過短都會影響采集成功率，因此設(shè)備的安裝位置格外重要。一般情況下，會在變壓器附近安裝集中器，盡量靠近臺區(qū)的中心位置，采集半徑盡量小于500 m。采集器的安裝必須考慮485導(dǎo)線的長度和樓層單元表數(shù)量，避免數(shù)據(jù)采集不完整、不全面[4]。1只采集器最多可以連接32只電表，每5～10只電表可以共用1只表箱，智能電表的位置應(yīng)相對集中且分布均勻，便于485端子接線。

2.2 地理位置與環(huán)境

農(nóng)村臺區(qū)一般為單相供電，臺區(qū)半徑大，線路較為老舊，電力線電壓穩(wěn)定度較差。農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)用戶設(shè)備較少，信號受到的噪聲影響也相對較小，從而信息采集成功率較高。城區(qū)多層臺區(qū)域一般會增設(shè)濾波保護(hù)電路，在單元樓中安裝集中器，以實(shí)現(xiàn)微功率模塊發(fā)射信號的高效采集。在安裝低壓電力線載波通信設(shè)備之前，工作人員必須全面了解該地區(qū)每年的降水和降雪情況，避免天氣因素影響采集成功率。

2.3 集抄設(shè)備

集中器、智能電表以及采集器是低壓電力線載波抄表涉及的主要設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障或錯誤，就會影響整體用電信息采集成功率。一般情況下，集中器地址錯誤或GPRS/CDMA模塊故障，會導(dǎo)致終端無法上線[5]。此外，測量點(diǎn)端口、規(guī)約類型以及波特率等設(shè)置錯誤會導(dǎo)致用電信息采集失敗。對于設(shè)備質(zhì)量問題，應(yīng)加強(qiáng)對采集設(shè)備的檢測工作，保證現(xiàn)場設(shè)備的合格率與運(yùn)行效率。

2.4 載波通信

低壓電力線載波通信技術(shù)時常受到衰減特性、阻抗特性以及噪聲等的影響，在實(shí)際應(yīng)用中必須加強(qiáng)對其研究[6]。

2.4.1 信號衰減

信號衰減是影響低壓電力線通信的重要因素。電力線上并聯(lián)著對信號衰落影響較大的許多負(fù)載及用于調(diào)整電網(wǎng)功率因數(shù)的大電容。可通過研究不同類型信號的衰減程度，來選擇合適的傳輸信號，保證抄表系統(tǒng)中的信號頻率維持在較高水平。電力線上的信號衰減一般分為耦合衰減和線路衰減兩大類，信號衰減是傳輸距離的函數(shù)，通常為40～100 dB/km，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 信號衰減對比表

2.4.2 噪聲干擾

低壓電力線上的眾多設(shè)備是產(chǎn)生噪聲的主要原因，其中噪聲一般分為人為噪聲和非人為噪聲。人為噪聲由用電設(shè)備自身配置和開關(guān)過程產(chǎn)生，非人為噪聲由自然界中閃電和大風(fēng)等引起，其信道特性中的背景噪聲呈現(xiàn)出較為明顯的高斯離散型特性，一直貫穿于載波通信的整個過程，且背景噪聲的大小與通信線路中的介質(zhì)溫度呈正比關(guān)系。除此之外，異步周期性和工頻同步性也是影響低壓電力線載波采集成功率的因素。電力企業(yè)要從根本上把握臺區(qū)內(nèi)用電器的種類與數(shù)量，通過安裝電子鎮(zhèn)流器和開關(guān)電源電器來保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，從而降低噪聲對采集成功率的影響。

2.4.3 阻抗復(fù)雜

低壓電力線傳輸信號的頻率與輸入阻抗密切相關(guān)。低壓電力線負(fù)載多、負(fù)載接入或切出較為隨機(jī)及用電器類別不同等使低壓電力線阻抗呈現(xiàn)動態(tài)變化。低壓電力線的輸入阻抗是隨負(fù)荷變化的，在無負(fù)載狀態(tài)下，電力線相當(dāng)于一根均勻分布的傳輸線，由于分布電感和分布電容的影響，輸入阻抗會隨著頻率的增大而減小[7]。在有負(fù)載狀態(tài)下，不同頻率的低壓電力線輸入阻抗都會減小，且各種負(fù)載類型導(dǎo)致不同阻抗的變化也不相同。

2.5 運(yùn)行維護(hù)

低壓電力線載波通信采集系統(tǒng)安裝與調(diào)試完成后，就會進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。為保證系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的穩(wěn)定性與安全性，需要相關(guān)人員進(jìn)行日常維護(hù)與管理。日常維護(hù)與管理包括設(shè)備維修與更換、線路優(yōu)化與調(diào)整以及臺區(qū)管理與監(jiān)測等。低壓電力線載波采集設(shè)備一般由采集器、集中器、智能電表以及轉(zhuǎn)變終端組成，設(shè)備壽命為8～10年。現(xiàn)階段電力設(shè)備實(shí)際應(yīng)用中，每年有8%的智能電表和1%的采集終端需要維修與更換，設(shè)備的日常維護(hù)與更換對提高采集成功率具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[8]。

3 提高低壓電力線載波采集成功率的建議

3.1 解決采集系統(tǒng)存在的突出問題

針對表計采集失敗問題，應(yīng)檢查營銷系統(tǒng)對應(yīng)戶運(yùn)行狀態(tài)是否銷戶，并調(diào)取、檢查表計數(shù)據(jù)庫信息與檔案信息。同時，應(yīng)加強(qiáng)電能表載波模塊的技術(shù)應(yīng)用，避免由于通信不良導(dǎo)致的停抄和抄送失敗等問題。針對臺區(qū)采集失敗問題，應(yīng)第一時間檢查集中器參數(shù)是否出現(xiàn)錯誤，避免集中器出現(xiàn)故障。此外，還可通過調(diào)試天線位置和更換移動卡等措施來拓展信號傳輸途徑，以提高低壓電力線載波的采集成功率[9]。

3.2 建立規(guī)范的用電信息采集流程

電力企業(yè)要將用戶實(shí)際需求作為系統(tǒng)優(yōu)化的導(dǎo)向，建立全面且完善的用電信息采集管理服務(wù)系統(tǒng)，為規(guī)范信息采集流程提供有力保障。在科學(xué)信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，電力企業(yè)應(yīng)積極運(yùn)用信息化手段優(yōu)化原有的信息采集系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)信息的自動采集，發(fā)揮低壓電力線載波通信技術(shù)的優(yōu)勢[10]。

4 結(jié) 論

用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)涉及到施工、監(jiān)理、營銷以及客服等多項(xiàng)內(nèi)容。要想進(jìn)一步提高低壓電力線載波采集成功率，必須全面分析基礎(chǔ)建設(shè)、集抄設(shè)備以及載波通信等影響采集成功率的因素，不斷規(guī)范采集流程，創(chuàng)新工作管理機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。