李閻君 黃翰 陳柏旭 彭杰 周迷

摘 ? 要：在社會經(jīng)濟不斷發(fā)展的過程中，人們對于供電的需求也在不斷的增加，相關(guān)的配電網(wǎng)以及其他電力設(shè)備也得到了充分的發(fā)展。實施配電自動化系統(tǒng)就需要有穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟合理的通信系統(tǒng)來支持，在當今城市的供電系統(tǒng)中，離不開以電纜為主進行供電的配電網(wǎng)，所以本文中提出了一種基于配電網(wǎng)電纜屏蔽層的寬帶載波通信技術(shù)，從理論上來說該技術(shù)的物理層的通信速率能夠達到30Mbps，并且能夠?qū)CP/IP協(xié)議進行支持，在通信上能夠?qū)崿F(xiàn)對等通信方式。在本文中通過對線路輸入阻抗以及載波通信頻譜進行相應(yīng)的測量分析，進而配置相應(yīng)的通信模式，在璧山公司的實際通信試驗中進行了相應(yīng)的測試，表明該種通信模式的有效性。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) ?電纜屏蔽層 ?寬帶載波 ?通信技術(shù)

中圖分類號：TM72 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0142-02

在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，通常采用的通信方式有電力線載波、光纖、無線通信、電纜等，每一種通信方式都具有不同的性能和特點。電力線載波技術(shù)是以電力線自身作為相應(yīng)的通信媒介，因此不需要再重新設(shè)置相應(yīng)的通信通道，在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中得到了較為廣泛的關(guān)注。目前國內(nèi)配電自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)一般都是以光纖為主、GPRS為輔，實現(xiàn)光纖全覆蓋需要極大的投資，而且由于受配網(wǎng)實際建設(shè)環(huán)境限制，光纖沒能有效覆蓋區(qū)域的配電終端，因為信息安全因素，國網(wǎng)公司也不再允許使用GPRS做遙控。對于璧山公司而言，城區(qū)部分環(huán)網(wǎng)柜、老舊開閉所敷設(shè)光纖難度較大，難以實現(xiàn)“三遙”功能應(yīng)用，基于這種現(xiàn)狀，公司運檢部配網(wǎng)工區(qū)利用環(huán)網(wǎng)柜通信模塊進行現(xiàn)場應(yīng)用試驗。該設(shè)備依托電纜屏蔽層進行載波數(shù)據(jù)傳輸，無復(fù)雜的施工布線工作，可有效解決光纖敷設(shè)難，施工成本高等問題。

1 ?配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及其信道特征

根據(jù)實際中供電的需要以及相關(guān)要求，會對配電網(wǎng)中的電力線路進行相應(yīng)的設(shè)計，在中低壓配電線路上進行高頻載波信號的傳輸時，需要利用到哪種通信模式，通常要考慮相關(guān)裝置的安全及可靠性和信號傳輸?shù)男?，并且也要符合配電網(wǎng)的實際結(jié)構(gòu)以及通信網(wǎng)絡(luò)的運行方式。

1.1 配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及其分級分析

一般在配電網(wǎng)中包含中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)，不同的配電網(wǎng)其傳輸?shù)碾妷菏遣煌?，中壓配電網(wǎng)的等級在6～35kV，而低壓配電網(wǎng)的等級在220～380V。對于中壓配電網(wǎng)而言，其相關(guān)變壓器中壓線圈的中性點既可以不用接地，也可以適量的進行阻抗接地。在進行供電的過程中，變壓器是通過向相應(yīng)的母線進行供電，而相應(yīng)的母線會通過斷路器向配電網(wǎng)中的中壓饋線進行供電，最終達到向用戶供電的目的。

中壓配電網(wǎng)是一種動態(tài)的、變化的結(jié)構(gòu)，按照配電網(wǎng)自動化以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)要求，中壓配電網(wǎng)的運行方式主要包括輻射和互連兩種方式。而低壓配電網(wǎng)中低壓配電線路的長度在通常情況下不會超過500m，該配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲是一種輻射狀樹型復(fù)合結(jié)構(gòu)，低壓電力網(wǎng)一般是由地埋絕緣電纜、架空絕緣電纜和其他開關(guān)裝置等組成，低壓網(wǎng)在運行方式上也可以使用互連的方式，其也是一種動態(tài)的、變化的結(jié)構(gòu)。

1.2 配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的特性

低壓網(wǎng)和中壓網(wǎng)一般在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、運行方式上具有很多類似的地方，其網(wǎng)絡(luò)都是一種共享介質(zhì)，物理上的結(jié)構(gòu)都是輻射狀樹型復(fù)合結(jié)構(gòu)。不同的是低壓網(wǎng)上具有更多的用戶，傳輸距離一般都比較近，并且配電網(wǎng)絡(luò)也都比較復(fù)雜，而中壓網(wǎng)具有較遠的傳輸距離和較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，因為其具有較高的電壓等級，所以在應(yīng)用的時候需要使用特殊的耦合設(shè)備，從而滿足工業(yè)的相關(guān)安全標準。

配電網(wǎng)與傳統(tǒng)的中高壓輸電線網(wǎng)絡(luò)相比較，一般具有很大的差別，高壓輸電線載波通信所依賴的輸電線網(wǎng)具有較為簡單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)在長距離中點對點之間的傳輸;同時在相應(yīng)的變電器和輸電線上都裝備了阻波器，這樣做能夠?qū)ω撦d和線路阻抗變化對載波通信的影響進行有效的隔離，從而保障通信具有良好的性能。

1.3 配電網(wǎng)的信道特征

電力線主要是用來進行高壓工頻電流傳輸?shù)?，而想要使用配電線建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)通道，一般都存在著較多的困難。高頻載波信號具有較大的傳輸衰減、較高的噪聲電平以及較多的干擾種類，這些因素都會對數(shù)據(jù)通道的計算建立產(chǎn)生一定的影響，同時線路中的耦合阻抗也會不定時的發(fā)生不可預(yù)測的變化。通過使用相應(yīng)的耦合裝置可以解決一定的阻抗波動，對電力線路的高壓工頻以及諧波噪聲具有一定的抑制作用。

2 ?寬帶載波通信在電纜屏蔽層的應(yīng)用

經(jīng)過相應(yīng)的考察可以得知該城區(qū)的配電網(wǎng)實際建設(shè)環(huán)境受到一定的限制，其城區(qū)的部分環(huán)網(wǎng)柜以及老舊開閉所進行敷設(shè)光纖具有較大的難度，在一定程度上難以實現(xiàn)“三遙”功能的應(yīng)用。依托于電纜屏蔽層，使用環(huán)網(wǎng)柜通信模塊進行載波數(shù)據(jù)傳輸，這樣能夠避免復(fù)雜的施工布線工作。

雖然在電纜屏蔽層進行高頻信號傳輸時，會出現(xiàn)較快的信號衰減的現(xiàn)象，這就需要限制相應(yīng)的通信距離。根據(jù)璧山帝逸城的相關(guān)情況可以采用基于配電網(wǎng)電纜屏蔽層的高頻信號載波通信來實現(xiàn)寬帶通信的相關(guān)方案，利用相關(guān)設(shè)備依托于電纜屏蔽層可以進行載波數(shù)據(jù)傳輸。電纜屏蔽層不會與通電的導(dǎo)體芯進行直接的接觸，在其中間還會有屏蔽架和交聯(lián)層進行隔離。通過利用電纜屏蔽層作為高頻信號傳輸?shù)妮d體，基本能夠消除電力線大電流因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的噪聲?；谂潆娋W(wǎng)電纜屏蔽層的寬帶載波通信技術(shù)傳輸?shù)氖歉哳l信號，所以具有非常高的通信速率，能夠真正實現(xiàn)寬帶通信。

3 ?璧山公司電纜屏蔽層寬帶載波通信試驗

由于受到配網(wǎng)實際建設(shè)環(huán)境限制，城區(qū)部分環(huán)網(wǎng)柜、老舊開閉所敷設(shè)光纖具有較大的難度，難以實現(xiàn)“三遙”功能應(yīng)用。在這種情況下，璧山公司的運檢部配網(wǎng)工區(qū)利用環(huán)網(wǎng)柜通信模塊進行現(xiàn)場應(yīng)用試驗。該試驗選擇的區(qū)域是在璧山帝逸城1#開閉所，進行環(huán)網(wǎng)柜載波通信模塊現(xiàn)場試驗。試驗10kV電纜起止點為帝逸城1#開閉所622開關(guān)出線至帝逸城3#配電室601開關(guān)進線，在這個過程中所使用到的線纜的長度為370m。按照相關(guān)的試驗要求對相關(guān)線路進行了應(yīng)有的布置，并根據(jù)安裝示意圖對相關(guān)設(shè)備進行了安裝。在該試驗中，由于璧山公司的配電自動化主站以及相關(guān)DTU尚在建設(shè)中，無法進行相應(yīng)的開關(guān)預(yù)置及開關(guān)遙控實驗，所以在這次試驗中主要對其通訊功能進行了相關(guān)的試驗，試驗的具體情況如下。

3.1 通訊成功率

在進行電纜屏蔽層寬帶載波通信試驗的過程中，針對通信成功率這一環(huán)節(jié)的測試試驗，本文的研究中是按照20字節(jié)通訊報文、200字節(jié)通訊報文分兩組進行測試，每組共計1000次。通過試驗我們可以得到相關(guān)的測試數(shù)據(jù)以及測試完成后所得到的通訊成功次數(shù)和通訊成功率。通過對這些數(shù)據(jù)進行分析可以得知，不管是20字節(jié)的通訊報文長度還是200字節(jié)的通訊報文長度，在進行1000次的通訊試驗下，其通訊成功率都能夠達到100%，這就表明了其具有良好的通訊效果。

3.2 通訊響應(yīng)時間

在進行電纜屏蔽層寬帶載波通信試驗的過程中，針對通信響應(yīng)時間這一環(huán)節(jié)的測試試驗，本文研究中是按照50字節(jié)通訊報文、200字節(jié)通訊報文分開測試通訊100次所需要的通訊響應(yīng)時間，對于不同長度的報文各測試5組，再計算出每次所需的通訊響應(yīng)時間。

通過對相關(guān)測試結(jié)果進行分析可以得知，針對于50字節(jié)長度的通訊報文，在100次不間斷通訊測試中，其每一次通訊所用的時間沒有太大的差別，而平均下來其每次所用的通訊時間為0.242s;針對于200字節(jié)長度的通訊報文，同樣在進行100次不間斷的通訊測試中，其通訊用時幾乎沒有太大的偏差，并且其平均下來其每次所用的通訊時間為0.512s。通過相應(yīng)的比較可以發(fā)現(xiàn)，在相同的條件下，字節(jié)通訊報文長度較長，在進行通訊的時候其會比較短的字節(jié)通訊報文具有較多的通訊響應(yīng)時間。

3.3 通訊壓力測試

在進行電纜屏蔽層寬帶載波通信試驗的過程中，針對通信壓力這一環(huán)節(jié)的測試試驗，本文研究中是按照50字節(jié)通訊報文、200字節(jié)通訊報文進行載波通訊壓力測試，讓系統(tǒng)連續(xù)30miin以50ms的固定時間間隔不間斷發(fā)送報文，查看通訊成功率。

經(jīng)過上述測試，該合作通訊公司環(huán)網(wǎng)柜通信模塊具備如下特點：

（1）通訊速度快。“三遙”通訊報文長度一般在20字節(jié)左右，該設(shè)備通訊時間可以保持在300ms以內(nèi);

（2）通訊穩(wěn)定性強。在長時間不間斷發(fā)送通訊報文的情況下，其通訊成功率在99.9%以上，運行穩(wěn)定可靠;

（3）安裝方便快捷。該設(shè)備現(xiàn)場安裝簡單，施工容易，無復(fù)雜布線，調(diào)試方法清晰易懂。

4 ?結(jié)語

綜上所述，在社會信息化進程不斷加快的背景下，實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)對提高供電的效率以及保障供電的安全、穩(wěn)定具有重要的意義。本文的研究中對配電網(wǎng)的相關(guān)結(jié)構(gòu)以及信道特征進行了分析，并探討了寬帶載波通信在電纜屏蔽層的應(yīng)用。璧山公司通過應(yīng)用環(huán)網(wǎng)柜載波通信模塊，開了展相應(yīng)的電纜屏蔽層寬帶載波通信試驗，對通訊響應(yīng)時間、通訊成功率以及通訊壓力測試進行了相應(yīng)的研究和分析。相關(guān)研究結(jié)果充分表明，環(huán)網(wǎng)柜載波通信模塊能夠較好的實現(xiàn)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的通訊需求，可作為光纖無法敷設(shè)區(qū)域的良好補充，在城區(qū)采用基于配電網(wǎng)電纜屏蔽層的寬帶載波通信，能夠滿足配電系統(tǒng)中對于大量數(shù)據(jù)的傳輸要求。

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