载波抄表系统稳定运行的研究

1 概述

　　集中抄表，服务到户，是两网改造的主要内容之一。自动抄表系统因具有实时抄收、数据精确等特点，已经成为提高电力企业管理自动化水平的一项重要技术手段。载波抄表系统能够充分利用现有的电力线资源，无需另外布线，因此得到了广泛的推广应用。

　　载波抄表是指通过安装在电力用户电能表上的载波模块，利用低压电力线把用户有关信息用载波方式传送到集中器，从而实现台区内用户表计信息的集中抄收。

　　由于载波抄表方式的可靠性、准确性、稳定性与低压电力线路的分布方式及低压电力线路的负荷性质有密切联系，在进行载波抄表系统现场调试时首先应了解现场低压电力线路的网路分布方式及各种负荷状况，并了解它们对载波抄收效果的影响，这样才能提高调试效率。

　　本文介绍了载波抄表系统的运行环境，分析了现场及设备对载波抄表系统稳定运行的影响，并相应地提出了若干解决方法。

2 供电方式与载波抄表系统

　　从我们现场安装调试来看，低压供电线路主要有地埋电缆（见图1）和架空线（见图2）两种供电方式。下面对于这两种供电方式的载波抄表系统分开介绍。

（一）地埋电缆方式

　　地埋电缆方式常见于新建的小区，这些小区

管理比较规范。地埋电缆一般为一栋楼专用一根电缆，唯一的接点是在变压器供电的母线侧，中间无接点，通讯状况比较理想。对于这种供电方式，集中器最理想的安装位置就是变压器的母线侧，这是因为安装在此位置的集中器与该集中器下的所有载波模块之间的距离基本均等，不会由于距离原因导致大面积的抄收不理想；并且可以从配电变压器的考核表处直接为集中器提供三相四线制工作电源。如果变压器母线侧不允许进行安装，则系统抄收结果会大受影响。此时应将集中器安装在距离变压器最近的楼房，并且安装集中器的楼房单元应距离地埋电缆的分接箱最近。

图1 地埋电缆方式

（二）架空线方式

　　架空线方式线路的分接点比较多，所以集中器安装在变压器母线侧并不能保证集中器与该集中器下的所有载波模块之间的距离基本均等，而应根据线路的走向及负荷的分布状况尽量在负荷的中心位置安装集中器。对于一些用户地理位置不太规则的小区，上述原则尤为重要。如图2所示的情况下，为保证系统的稳定性和数据实时抄收的成功率，集中器最佳安装位置应在B点而不是A点。

图2 架空线方式

3 载波抄表系统稳定运行的研究

　　要保证载波抄表系统的稳定运行，现场调试是一个重要环节。从现场调试遇到的问题中研究发现了影响系统稳定运行的几个主要因素，并采取了相应的解决办法。详细分析如下：

（一）特殊负荷

　　载波抄表是通过高频信号在电力线上进行传输而实现的，电力线上由于负荷的多样性导致频率信号分布范围比较广泛，尤其是越来越多的各种民用变频设备会对载波抄表造成更加不利的影响。经过实验，一般的民用负荷虽影响载波抄表系统的实时抄收，但不会影响系统的正常工作，这是因为《DL/T698-1999低压电力用户集中抄表系统技术条件》中规定集中器24小时内抄收该集中器下所有用户超过1次即为正常，而一般的民用负荷是不可能24小时连续工作的。我们发现能够影响系统正常工作的负荷主要是为小区居民用水进行二次加压的设备（变频控制器和2台水泵）。有些集抄厂家解决此问题的思路是通过控制变频信号源达到系统正常工作，其具体做法是利用时间继电器在每天凌晨用户用水低谷时切断变频控制器和2台水泵的工作电源，从而利用这段时间进行抄收。但是该方案并不十分理想，因为即使停电1小时，小区居民的生活也会受到影响。所以我们在集中器软、硬件方面都进行了修改，其指导思想是集中器首先通过噪声跟踪电路自动监测集中器安装位置的噪声，根据噪声的强度确定集中器的门限电压，并且只有信号的幅值大于门限电压时，集中器才认为该信号有效。这样集中器即使处于强噪声的环境也能正常工作。而提高门限电压对集中器的抄收距离产生的影响，通过半自动中继措施来补偿（见中继方式）。

（二）线路陷阱

　　造成载波抄收信号损耗的主要因素有线路距离、用户负荷、接点数目。但是通过调试，发现对载波抄收信号造成最大损耗的设备是用户用的电子式电能表，这是因为目前国内生产的电子式电能表的供电方式主要采用阻容分压的方式（见图3），其逻辑等效图如图4所示，其中Rx和Cx可根据相关公式计算得到。而网改后大量电表集中装在一起相当于电力线路上并联了许多阻容元件（见图5），电阻越并越小，而电容越并越大，大电容对高频信号的衰减作用是相当明显的。

 　　　　　　            

图3 单只电子式电能表逻辑原理图　　        &n

bsp;                图4 单只电子式电能表逻辑等效图

 

 

图5 多只电子式电能表并联的逻辑等效图

　　在我们做过的现场中，用一相电供应一个居住单元的情况非常普遍（大约有10~15只表），甚至出现一相电供应一栋楼的情况（大约有40~60只表）。在后一种情况下，即使这栋楼与集中器之间的距离很近，抄收效果也不会理想，大致情况如下：距离集中器最近的两个居住单元可以实时刷新数据，第三个单元每天可以刷新一次数据，余下的距离更远的单元就会成为通讯死角，只有通过中继才能实现数据的正常抄收。我们称这种情况为“线路陷阱”。因此在两网改造时，既要考虑供电的可靠性、稳定性，也应该有发展的眼光，尽量实现“三相电到楼洞”，这样既可以减少线路陷阱的存在对电力线载波通讯的不利影响，还可以为有特殊要求的用户提供三相电。

（三）中继方式

　　当集中器抄收不到某用户模块

的数据时，可以通过位于集中器与该用户模块之间的某用户模块或专用中继器进行数据转发。早期的载波抄表工程用户少，范围小，我们采用人工中继方式，其做法是人工指定某专用中继器或用户模块为中继路径，然后在集中器中指定抄收不到的用户模块通过特定路径进行信号接力。但是人工中继方式不能根据抄收情况进行中继模块和中继路径的自适应性调整，越来越不能够满足现场的扩大和工程量增多的需要。最好的解决办法是自动中继方式，就是要建立一个树状的查询结构（见图6），集中器为树的根结点，下面第一层的m个模块结点是和集中器直接通讯的；第二层的n个模块结点是通过第一层的部分模块结点和集中器间接通讯（即通过第一层的结点转发数据）；第三层的模块结点通过第一、二层的部分结点向集中器转发数据。这棵树不是完全树，也不一定是平衡树。集中器对每个载波模块的抄收过程相当于树的根结点对其子结点的遍历过程。

图6 中继路径树状图

　　自动中继有两种思路：一为无穷搜索，就是集中器通过对各载波模块的轮询，并利用排列组合方法穷举测试出有效中继路径，从而建立起树状查询结构。这其中没有人为的参与。理论上讲，无穷搜索方式在现场模块分布比较合理时可以做到100%抄收正常，但是，该方式实现一次耗时太长，不能每天都进行无穷搜索，虽可减少现场调试的部分工作量，但仍难以实现中继模块和中继路径的自适应性调整。

　　另一种思路为半自动中继方式，与无穷搜索不同之处是：中继路径由调试人员根据现场的抄收状况决定，中继路径比较有针对性，这样就大大提高了中继效率，缩短了中继程序运行时间，中继程序可以实时运行，保证了集抄系统的稳定性和灵活性。实践证明，半自动中继方式比较适用于我国低压配电网的现时状况（配电线路长，配电变压器用户数量多），效果很好。

　　随着低压配电网通讯设施的不断完善，集中器与载波抄表主站的实时通讯成为可能，将人工智能技术与载波抄表主站的地理信息系统（GIS）结合起来，实现中继路径的自动优化更新，将大大减少中继的工作量，提高载波抄表系统的通信效率。

4 结束语

　　低压电力网的复杂性和负荷的多样性决定了载波抄表系统所处的环境是很恶劣的。保证载波抄表系统在恶劣环境下的稳定、可靠运行，还需要根据现场情况对载波抄表系统的硬、软件进行更合理的改进。以上是在载波抄表系统调试过程中积累的一些经验，希望与各位同行进一步探讨。

参考文献：

　　1、《DL/T698-1999低压电力用户集中抄表系统技术条件》.

　　2、张恺，李祥珍等 . 自动抄表系统应用模式的探讨 . 电网技术，2001，5.