國(guó)網(wǎng)河南省電力公司社旗縣供電公司 張 菲 張性東 王 偉 張大林 張 浩 劉鑫東 呂 倩 景祥朝

0.引言

為滿足現(xiàn)代社會(huì)的電力需求，電力企業(yè)需在山區(qū)、林區(qū)等地域條件下安裝變壓器，利用配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)變壓器進(jìn)行控制。配電自動(dòng)化系統(tǒng)與變壓器的控制交流，紐帶在于信號(hào)傳輸，而山區(qū)、林區(qū)等地域條件會(huì)限制、阻礙信號(hào)的傳輸，使配電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性下降，而為改善此狀況，可通過(guò)載波轉(zhuǎn)GPRS模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，突破傳統(tǒng)配電自動(dòng)化受地域條件限制的局限性。

1.載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用范圍分析

1.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

本文所設(shè)計(jì)的載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)具有6項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，如下文所示：

（1）利用電力線作為通信介質(zhì)，可降低設(shè)備安裝工作量；

（2）兼容性較強(qiáng)，可容納不同規(guī)約協(xié)議要求；

（3）電壓設(shè)計(jì)采用寬輸入形式，可滿足多元化用電需求；

（4）載波通信頻率可供選擇，因此通信穩(wěn)定性表現(xiàn)良好；

（5）可兼容多規(guī)格設(shè)備安裝需求；

（6）通信效率較高。

1.2 應(yīng)用范圍分析

本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)的應(yīng)用范圍與其他相同系統(tǒng)應(yīng)用范圍一樣，可滿足國(guó)網(wǎng)2009、2013規(guī)范集中器；專(zhuān)變采集終端等規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)備的安裝條件。為了驗(yàn)證本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)的功能性，進(jìn)行了試驗(yàn)運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果顯示，在一般情況下，本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)通信穩(wěn)定，且保持良好的效率。但在特殊情況下，當(dāng)載波信號(hào)進(jìn)入變壓器、互感器時(shí)，則出現(xiàn)了信號(hào)大幅度減弱現(xiàn)象，載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)出現(xiàn)通信質(zhì)量差的問(wèn)題，由此說(shuō)明本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)的安裝需避開(kāi)此類(lèi)設(shè)備。

現(xiàn)在我們可以編寫(xiě)matlab程序，計(jì)算上式中磁場(chǎng)各個(gè)分量的求和，從而得到空間中任意一點(diǎn)P處的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量。由于我們將矩形電流線圈都分割成多少個(gè)微小的直線電流元，隨著N的增大直線電流元數(shù)目會(huì)增加，它們的疊加效果就越接近真實(shí)的矩形電流線圈。為了觀察我們的離散數(shù)目N對(duì)我們計(jì)算結(jié)果精度產(chǎn)生的影響，我們定義下面這樣一個(gè)相對(duì)誤差R(N)

2.載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)主要由從機(jī)模塊、主機(jī)模塊、串口轉(zhuǎn)換模塊三個(gè)部分組成，為了了解系統(tǒng)運(yùn)行流程，下文對(duì)此進(jìn)行逐一分析。

2.1 從機(jī)模塊分析

在本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)當(dāng)中，將從機(jī)模塊作為載波信號(hào)的出發(fā)端，安裝于集中器附近。從機(jī)模塊作為載波信號(hào)出發(fā)端，主要負(fù)責(zé)載波信號(hào)輸出至串口連接線，再通過(guò)連接線傳輸至串口轉(zhuǎn)接模塊，完成此階段信號(hào)傳輸工作。本文從機(jī)模塊具有三個(gè)指示燈，即電源指示燈、載波收發(fā)指示燈、串口收發(fā)指示燈，其中電源指示燈即代表從機(jī)模塊是否通電，電力來(lái)源在于接線盒處，當(dāng)從機(jī)模塊通電時(shí)，電源指示燈會(huì)呈紅色，如不通電則暗淡；載波收發(fā)指示燈即代表從機(jī)模塊是否在進(jìn)行信號(hào)發(fā)送，在發(fā)送狀態(tài)下載波收發(fā)指示燈會(huì)以1秒/次的頻率呈綠色閃爍，如只呈綠色不閃爍則說(shuō)明信號(hào)傳輸停止，需要進(jìn)行故障排查；串口收發(fā)指示燈即代表從機(jī)模塊與串口轉(zhuǎn)接模塊在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，交互時(shí)會(huì)以1秒/次呈青色閃爍，如只呈青色不閃爍則說(shuō)明信號(hào)傳輸停止，需要進(jìn)行故障排查。

2.2 主機(jī)模塊

在本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)當(dāng)中，主機(jī)模塊主要作為載波信號(hào)接收終端，主要對(duì)通過(guò)串口轉(zhuǎn)換模塊的從機(jī)載波信號(hào)進(jìn)行接受、回復(fù)[9]、[10]。與從機(jī)模塊相同，主機(jī)模塊同樣具有電源指示燈、載波收發(fā)指示燈、串口收發(fā)指示燈，其中電源指示燈在通電后呈紅色；在接收到載波信號(hào)時(shí)，載波收發(fā)指示燈將與從機(jī)模塊相同，但如果沒(méi)有接收到載波信號(hào)，則呈紅色常亮；在主機(jī)模塊與其他模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，同樣與從機(jī)模塊的載波收發(fā)指示燈表現(xiàn)一樣。本文系統(tǒng)主機(jī)模塊主要安裝于GPRS、CDMA、3G、4G信號(hào)傳輸良好的位置，電力來(lái)源在于電表箱空開(kāi)的220kV交流電。

2.3 串口轉(zhuǎn)換模塊

在串口轉(zhuǎn)換模塊安裝采集終端，使其可接受從機(jī)模塊、主機(jī)模塊的載波信號(hào)，并利用串口連接線實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的遠(yuǎn)程通信模塊[11]、[12]。串口轉(zhuǎn)換模塊在通電時(shí)，電源指示燈會(huì)出現(xiàn)紅色常亮表現(xiàn)，T/R指示燈即為串口收發(fā)指示燈，當(dāng)串口接受信號(hào)時(shí)會(huì)呈綠色閃爍，當(dāng)串口發(fā)出信號(hào)時(shí)會(huì)呈紅色閃爍。

3.實(shí)例載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)分析

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)效果，將系統(tǒng)應(yīng)用于某實(shí)例供電單位，通過(guò)實(shí)測(cè)確認(rèn)系統(tǒng)的應(yīng)用與特點(diǎn)。

3.1 實(shí)例概況

某供電單位為滿足現(xiàn)代供電需求，進(jìn)而開(kāi)始擴(kuò)建變電器工程，在其區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)變、公變覆蓋，據(jù)統(tǒng)計(jì)得知，該供電單位共擴(kuò)建變電器終端約17000臺(tái)。而在之后運(yùn)行中，因此供電單位區(qū)域偏遠(yuǎn)多為山區(qū)環(huán)境，所以其變電器終端遠(yuǎn)程傳輸信號(hào)出現(xiàn)大量不穩(wěn)定現(xiàn)象，并存在信號(hào)盲區(qū)，嚴(yán)重影響該供電單位的供電水平與經(jīng)濟(jì)效益，因此該供電單位需要對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行改善。

3.2 實(shí)例改善措施

為改善信號(hào)弱、信號(hào)盲區(qū)現(xiàn)象，實(shí)例供電單位采用了加長(zhǎng)終端天線、使用信號(hào)放大器等相關(guān)措施，但因?yàn)槌杀鞠拗婆c設(shè)備針對(duì)性不足，實(shí)施方面受到了阻礙?；诖?，將本文所設(shè)計(jì)的載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)應(yīng)用于此實(shí)例供電單位當(dāng)中，對(duì)此應(yīng)用進(jìn)行分析。

3.3 實(shí)例信號(hào)盲區(qū)應(yīng)用結(jié)果

為驗(yàn)證本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)的效果，針對(duì)實(shí)例供電單位的某個(gè)信號(hào)盲區(qū)，對(duì)載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了分析。實(shí)例供電單位信號(hào)盲區(qū)位于某山區(qū)深處，此處市場(chǎng)三大運(yùn)營(yíng)商信號(hào)均為對(duì)此點(diǎn)進(jìn)行覆蓋，導(dǎo)致原有的遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸模塊無(wú)法進(jìn)行運(yùn)作，出現(xiàn)配變監(jiān)測(cè)終端無(wú)法登陸主站等現(xiàn)象，且為了對(duì)此盲區(qū)電力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，供電單位均采用人工抄表。

在安裝本文設(shè)計(jì)的載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)之后，于系統(tǒng)通電后的3min對(duì)系統(tǒng)信號(hào)重點(diǎn)進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)信號(hào)表面數(shù)據(jù)上已經(jīng)回復(fù)正常水平，進(jìn)而開(kāi)始后續(xù)試驗(yàn)性操作，結(jié)果顯示終端各功能操作順暢，說(shuō)明終端處于在線狀態(tài)，可支持遠(yuǎn)程信息傳輸、調(diào)控。此外，為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的長(zhǎng)久運(yùn)行效果，要求該供電單位人員每月對(duì)本文設(shè)計(jì)的載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最終在5個(gè)月后通過(guò)統(tǒng)計(jì)結(jié)果了解到，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)每月均表現(xiàn)正常，說(shuō)明系統(tǒng)的通信穩(wěn)定性、速率等方面均有較高的可靠性，初步判定本文系統(tǒng)可投入實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中。

4.結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的電力變壓器遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)的運(yùn)行，容易受到地域、環(huán)境、距離等多方面因素的干擾，從而導(dǎo)致其運(yùn)行受到阻礙，出現(xiàn)大量信號(hào)弱區(qū)、信號(hào)盲區(qū)，由此在現(xiàn)代電力需求發(fā)展的背景下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的電力運(yùn)行水平。本文為改善此點(diǎn)，針對(duì)載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，希望可通過(guò)此系統(tǒng)改善現(xiàn)狀。