黃彩虹

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司云浮羅定供電局，廣東羅定 527200）

0.引言

智能電網(wǎng)日臻完善，遠(yuǎn)程自動抄表方式已全面投入應(yīng)用，大幅提升電力系統(tǒng)抄表質(zhì)量和效率，其中利用現(xiàn)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(shè)投資相對較低、傳輸頻段不受限，帶寬范圍內(nèi)頻段自適應(yīng)、設(shè)備較少、安裝便捷、運維方便等顯著特點，在自動抄表系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

1.低壓電力線載波通信劣化原因

1.1 抄表設(shè)備老化或故障

受生產(chǎn)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(zhì)量差異，在高溫、潮濕等現(xiàn)場環(huán)境下運行一定年限后，這種質(zhì)量差異將會越發(fā)明顯，設(shè)備老化或故障，通信性能下降，部分設(shè)備出現(xiàn)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(xiàn)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(qū)域范圍內(nèi)傳遞，采用電力線載波方式對相鄰臺區(qū)供電的電表進(jìn)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(qū)的線路現(xiàn)狀、相鄰距離和兩臺區(qū)之間載波信號耦合程度。

實際上，在日常配網(wǎng)運維管理中，為應(yīng)對負(fù)荷增長產(chǎn)生的變壓器、低壓網(wǎng)重過載現(xiàn)象，規(guī)劃解決低壓網(wǎng)供電穩(wěn)定和質(zhì)量問題，供電部門往往需要增加供電布點，進(jìn)行負(fù)荷切割調(diào)整，這時候一旦未按現(xiàn)場實際的變戶關(guān)系變更抄表檔案，形成跨臺區(qū)抄表現(xiàn)象，就會因變壓器的高頻信號隔斷特性而導(dǎo)致抄表不穩(wěn)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(xiàn)反射、駐波現(xiàn)象，使信號出現(xiàn)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(xiàn)高衰減現(xiàn)象，在傳輸距離過長、拓?fù)浞种н^多的情況下尤為明顯，據(jù)實驗數(shù)據(jù)總結(jié)，電力線路對載波信號的衰減作用可達(dá)60db 以上。

低壓電力線并不是專用的數(shù)據(jù)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(wǎng)布局在很大程度上受現(xiàn)場負(fù)荷分布的影響。日常工作中，低壓電力網(wǎng)的供電范圍、拓?fù)浞种Т嬖谇闆r錯綜復(fù)雜，甚至存在臺區(qū)供電半徑過長、分支走向復(fù)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(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)變得更加困難，在載波抄表設(shè)備投入運行一段時間后，隨著低壓配電網(wǎng)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(huán)境及電網(wǎng)噪聲干擾

數(shù)據(jù)通信不可避免地受到通信介質(zhì)所處環(huán)境和噪聲的干擾，電力線載波通信也不例外。環(huán)境對載波通信的干擾因素可概括為自然環(huán)境即低壓配電網(wǎng)所處的地理、氣象環(huán)境出現(xiàn)劣化，如存在鹽酸等化學(xué)污染現(xiàn)象、環(huán)境溫度濕度超出集抄設(shè)備正常工作條件等，以及運行環(huán)境出現(xiàn)劣化，如線路過載發(fā)熱嚴(yán)重甚至燒壞、集抄設(shè)備和表計供電電壓未達(dá)到通信正常工作條件等。這些環(huán)境的變化直接影響了電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，出現(xiàn)抄表失敗情況。

從實現(xiàn)原理上說，電力線載波通信直接利用現(xiàn)有電力線作為通信媒介，避開了電網(wǎng)工頻（50Hz）和一般的電網(wǎng)噪聲干擾頻段（1MHz 以下），將數(shù)據(jù)調(diào)制到特定頻段進(jìn)行傳輸，從而達(dá)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(fù)雜。根據(jù)干擾源，電力線載波通信的噪聲可劃分為自然環(huán)境噪聲和人為噪聲。其中自然環(huán)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(xiàn)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(wǎng)自身，包括從變壓器、互感器和其他電磁耦合的配電設(shè)備、電力線自身（特別是纏繞駁接點），多表現(xiàn)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(fù)荷，如陳舊、有質(zhì)量缺陷的電器設(shè)備或非線性、沖擊性用電設(shè)備（如電弧爐、牽引性電機(jī)等），這些設(shè)備運行時將產(chǎn)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(xiàn)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?shù)挠绊憳O大。

2.改善低壓電力線載波通信質(zhì)量的常用措施

2.1 嚴(yán)控集抄設(shè)備質(zhì)量關(guān)

從前期管理上嚴(yán)控質(zhì)量關(guān)，確保所選用的設(shè)備和低壓集抄系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量，是低壓集抄系統(tǒng)保持長期穩(wěn)定運行的有力保障。電網(wǎng)公司根據(jù)綜合考慮業(yè)務(wù)需求、技術(shù)方案可行性、成本等因素，編制集抄相關(guān)設(shè)備和集抄系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范，明確集抄設(shè)備工藝標(biāo)準(zhǔn)和集抄系統(tǒng)建設(shè)項目驗收標(biāo)準(zhǔn)。在低壓集抄系統(tǒng)建設(shè)初期，嚴(yán)格按照規(guī)定做好采購和工程項目招投標(biāo)工作；建設(shè)完成后，組織專業(yè)人員對低壓集抄系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量檢查驗收；低壓集抄系統(tǒng)投入應(yīng)用后，現(xiàn)場運維人員持續(xù)觀察和分析設(shè)備運行狀況，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量事件應(yīng)及時上報，作為物資采購招投標(biāo)參考依據(jù)，從而敦促設(shè)備廠家消除缺陷、提高質(zhì)量和優(yōu)化功能[1]。

2.2 加強(qiáng)變戶關(guān)系管理

做好變戶關(guān)系管理，確保集中器抄表檔案與現(xiàn)場實際變戶關(guān)系保持一致，是電力線載波抄表系統(tǒng)的最主要運維工作之一。從維護(hù)管理角度上，網(wǎng)格化經(jīng)理或設(shè)備主人應(yīng)首先通過現(xiàn)場巡視等途徑核查變戶關(guān)系準(zhǔn)確性。當(dāng)發(fā)生負(fù)荷切割調(diào)整時，需及時核對割接情況并按實際變戶情況重新設(shè)置集抄檔案，盡量避免集中器出現(xiàn)冗余的集抄檔案，影響集中器抄表速率和抄表功能穩(wěn)定性。從技術(shù)角度上，可開發(fā)使用新設(shè)備輔助識別變戶關(guān)系，如今在電網(wǎng)企業(yè)普遍使用的抄控器、臺區(qū)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(qū)的傳輸衰減特性，能協(xié)助快速完成變戶關(guān)系核查。此外，利用智能電表的負(fù)荷曲線采集及報警功能開發(fā)的臺區(qū)智能分析儀，更能通過采集表計特定的數(shù)據(jù)事件快速識別變戶關(guān)系。對由暗敷電力線纜供電的住宅小區(qū)或商業(yè)綜合體、交叉供電或低壓線布線復(fù)雜的臺區(qū)，利用設(shè)備能高質(zhì)高效做好變戶關(guān)系識別工作。

2.3 做好配網(wǎng)規(guī)劃和改造

做好配網(wǎng)規(guī)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(wǎng)公司網(wǎng)格化經(jīng)理或設(shè)備主人加強(qiáng)日常巡視，及時發(fā)現(xiàn)和處理線路發(fā)熱燒壞問題；收集并上報臺區(qū)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(wǎng)規(guī)劃前期數(shù)據(jù)收集，計量、通信技術(shù)人員介入到配網(wǎng)規(guī)劃和改造項目可研工作，確定合理的規(guī)劃布點或改造方案。

2.4 開發(fā)和應(yīng)用抗干擾技術(shù)

首先，通過增強(qiáng)集抄設(shè)備功能，進(jìn)一步降低集抄設(shè)備工作條件，強(qiáng)化集抄設(shè)備對信號的調(diào)制和解碼能力，從而降低環(huán)境和負(fù)荷變化對載波通信的影響。

其次，低頻噪聲干擾嚴(yán)重、抄表速率低的窄帶載波集抄臺區(qū)，可考慮變更為寬帶載波抄表方案。根據(jù)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(wǎng)工頻（50Hz）和一般的電網(wǎng)噪聲干擾頻段（1MHz 以下），抄表的穩(wěn)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(guī)劃為電力應(yīng)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(dǎo)航、標(biāo)準(zhǔn)頻率和時間信號、短波無線電廣播、業(yè)余無線電業(yè)務(wù)、衛(wèi)星業(yè)余業(yè)務(wù)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(fā)和應(yīng)用抗干擾技術(shù)輔助降噪，改善現(xiàn)有的低壓集抄系統(tǒng)通信運行劣化問題。例如提高集抄設(shè)備功放輸出，增加載波信號幅值應(yīng)對信號衰減問題；采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)應(yīng)對噪聲干擾問題；采用中繼擴(kuò)音技術(shù)應(yīng)對信號衰減和噪聲干擾問題；在存在噪聲干擾的用電設(shè)備處加裝由安規(guī)電容設(shè)計而成的阻波器，過濾設(shè)備發(fā)出的高頻諧波。