彭 力 李曉東 史晨昱 李 棟 李依琳

（國網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力在國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)地位不斷凸顯。而近年來我國電力用戶的不斷增加使得保障正常的電力供應(yīng)變得更加緊迫。目前，供電公司主要依賴供電服務(wù)指揮平臺(tái)來處理低壓電網(wǎng)故障。然而，這種處理方法主要依賴于用戶電話報(bào)告的預(yù)判，對(duì)發(fā)生停電故障區(qū)域的位置、停電規(guī)模、搶修所需人員和停電搶修計(jì)劃的分析存在諸多局限性。僅依靠供電服務(wù)指揮平臺(tái)來處理可能導(dǎo)致后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)處理的誤判，帶來搶修效率低下、搶修過程安全隱患增多等問題［1-2］。

為了解決這些問題，本文基于HPLC技術(shù)展開了臺(tái)區(qū)低壓用戶停電監(jiān)測(cè)及主動(dòng)搶修技術(shù)的研究。該技術(shù)方案通過為智能電能表添加HPLC通信模塊，實(shí)現(xiàn)低壓戶表停上電事件信息的實(shí)時(shí)主動(dòng)上傳到采集系統(tǒng)，并且能夠與供電服務(wù)指揮平臺(tái)實(shí)現(xiàn)有效的互聯(lián)。

1 低壓臺(tái)區(qū)設(shè)備適應(yīng)性改造方案

針對(duì)低壓臺(tái)區(qū)設(shè)備現(xiàn)狀，提出三種適應(yīng)性改造方案。

（1）方案一：三層架構(gòu)（I型集中器＋I(xiàn)型／II型采集器＋RS-485電表）

保持現(xiàn)有的三層用電采集架構(gòu)不變，對(duì)于使用I型采集器的現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)區(qū)，可直接將現(xiàn)有的I型采集器通信模塊進(jìn)行替換，以適配HPLC通信模塊。對(duì)于使用II型采集器的臺(tái)區(qū)，考慮到其通信模塊不可插拔，必須進(jìn)行整體替換，以使其能夠兼容支持HPLC通信的模塊。在這兩種情況下，I型和II型采集器與智能電能表間的通信仍采用RS485通信方式。

具體實(shí)施時(shí)，臺(tái)區(qū)側(cè)通過智能配變終端使用HPLC寬帶載波技術(shù)與I型／II型采集器進(jìn)行通信，從智能電能表中采集數(shù)據(jù)。隨后，通過4G公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)分別將采集到的數(shù)據(jù)上傳至用電采集主站和配電自動(dòng)化主站。方案一示意圖如圖1所示。

圖1 方案一示意圖

（2）方案二：兩層架構(gòu)（II型集中器＋電表）改造方案

取消II型集中器和臺(tái)區(qū)總表，將用戶的電表替換為帶有HPLC通信模塊的電能表或增加II型采集器。臺(tái)區(qū)側(cè)采用智能配變終端，借助HPLC寬帶載波技術(shù)與電能表進(jìn)行通信。為了確保數(shù)據(jù)的可靠性與一致性，數(shù)據(jù)交互將遵循面向?qū)ο蠡駾L／T 645-07規(guī)約。智能配變終端采集的智能電能表數(shù)據(jù)通過4G公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)的通信渠道，分別傳送至用電采集主站和配電自動(dòng)化主站。方案二示意圖如圖2所示。

圖2 方案二示意圖

（3）方案三：兩層架構(gòu)（I型集中器＋HPLC載波表）改造方案

方案的基礎(chǔ)是采用HPLC通訊方式的電能表。臺(tái)區(qū)側(cè)智能配變終端通過HPLC寬帶載波技術(shù)與電能表進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)交互遵循面向?qū)ο蠡駾L／T 645-07規(guī)約，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)范性和可靠性。隨后通過智能配變終端采集智能電能表的數(shù)據(jù)，使用4G公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)進(jìn)行傳送，將數(shù)據(jù)分別上傳至用電采集主站和配電自動(dòng)化主站。方案三示意圖如圖3所示。

圖3 方案三示意圖

2 基于HPLC的用戶停電監(jiān)測(cè)

以臺(tái)區(qū)原有的集中器、電能表為基礎(chǔ)，結(jié)合HPLC通信模塊停上電事件上報(bào)功能與采集主站停上電故障研判系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)側(cè)及用戶側(cè)停上電事件的快速上報(bào)。

2.1 超級(jí)電容供電方案

超級(jí)電容供電方案擁有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，包括設(shè)計(jì)難度低、體積小、容量大、大電流放電能力強(qiáng)、充電速度快、綠色環(huán)保、安全系數(shù)高等。為確保通信的穩(wěn)定性，超級(jí)電容供電方案在HPLC通信模塊中加入超級(jí)電容配置，可在斷電狀態(tài)下保障通信的持續(xù)能力，確保停上電事件信息得以順利上報(bào)［3-4］。

電源供應(yīng)方面，集中器HPLC通信模塊、三相表HPLC通信模塊以及單相表HPLC通信模塊均采用12V直流供電。在這些模塊中，都內(nèi)置了超級(jí)電容。其中，集中器模塊的超級(jí)電容容量不低于20F／2.7V，單相模塊和三相模塊的超級(jí)電容容量不低于10F／2.7V；電源切換邏輯方面，為確保正常供電狀態(tài)，方案在供電時(shí)切斷超級(jí)電容的充電回路，此外在載波模塊電源低于12V時(shí)，系統(tǒng)會(huì)仍然由電能表供電，以保障通信的連續(xù)性；停電事件上報(bào)方面，即使在停電狀態(tài)下，停電事件的上報(bào)時(shí)間不會(huì)超過5min，并且上報(bào)的準(zhǔn)確性不低于90%。

超級(jí)電容的使用壽命至少為6年，這保證了方案的可靠性和穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

2.2 HPLC通信模塊停上電研判規(guī)則

首先，電能表的節(jié)點(diǎn)模塊必須裝備后備電源，以保障其在斷電時(shí)的運(yùn)行。具有停電上報(bào)功能的HPLC模塊配備了超級(jí)電容，能夠在斷電的情況下維持30s以上的通信時(shí)間，確保停電事件能夠及時(shí)順利地上報(bào)。

當(dāng)電能表停電時(shí)，通信模塊利用電力過零信號(hào)檢測(cè)電路來檢測(cè)，通過對(duì)STA和GND的管腳狀態(tài)判斷模塊被拔出還是電能表發(fā)生停電。模塊被拔出時(shí)系統(tǒng)不會(huì)上報(bào)；電能表停電時(shí)啟動(dòng)停電事件的上報(bào)。

當(dāng)電能表發(fā)生停電事件時(shí)，從節(jié)點(diǎn)模塊將通過廣播方式上報(bào)事件。而電能表上電事件則會(huì)在組網(wǎng)完成后，采用單播方式進(jìn)行上報(bào)。其他載波從節(jié)點(diǎn)接收到停上電事件后，會(huì)結(jié)合本節(jié)點(diǎn)的信息生成新的停上電事件，將其繼續(xù)向主節(jié)點(diǎn)傳遞。整個(gè)系統(tǒng)支持過零檢測(cè)，以識(shí)別停電和上電事件［5］。

2.2.1 電能表從節(jié)點(diǎn)模塊識(shí)別停電事件

停電事件的判斷涉及以下幾個(gè)關(guān)鍵條件的檢測(cè)：工頻過零信號(hào)、直流12V電壓降低以及模塊插入狀態(tài)。其中，工頻過零信號(hào)是判斷停電的主要標(biāo)志。當(dāng)連續(xù)n個(gè)工頻周期內(nèi)未檢測(cè)到過零信號(hào)且12V電壓降至9.5V以下時(shí)，可以判定為停電情況。與此同時(shí)，誤插拔也會(huì)導(dǎo)致停電，故引入檢測(cè)模塊是否插入的判斷。

（1）停電節(jié)點(diǎn)處理機(jī)制

停電節(jié)點(diǎn)在發(fā)送停電報(bào)文之前，會(huì)設(shè)置隨機(jī)等待時(shí)間，時(shí)長(zhǎng)在0～200ms，將同一沖突域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)機(jī)離散開，減少?zèng)_突概率。為了解決停電后原本單播路由失效的問題，采用了本地廣播方式。每個(gè)停電節(jié)點(diǎn)都會(huì)解析并取收集到的停電報(bào)文，從而保證了報(bào)文的可靠性。為了增強(qiáng)通信的可靠性，停電節(jié)點(diǎn)會(huì)周期性地對(duì)外發(fā)送數(shù)據(jù)，間隔為2s，發(fā)送次數(shù)為10次。

（2）未停電節(jié)點(diǎn)機(jī)制

對(duì)于未停電節(jié)點(diǎn)，在接收到停電信息后等待30s，然后將最終結(jié)果生成報(bào)文，通過單播方式上報(bào)到主節(jié)點(diǎn)。此外，在30s的等待時(shí)間內(nèi)，模塊還會(huì)隨機(jī)進(jìn)行事件上報(bào)，以提高上報(bào)的成功率和穩(wěn)定性。

2.2.2 電能表從節(jié)點(diǎn)模塊識(shí)別上電事件

與判斷停電事件的方法相類似，模塊在檢測(cè)到工頻過零信號(hào)和12V電源恢復(fù)的情況下，會(huì)自動(dòng)生成復(fù)電事件上報(bào)。三相載波模塊中的任何一相電壓恢復(fù)都被視為復(fù)電事件的發(fā)生。

2.2.3 集中器主節(jié)點(diǎn)模塊處理機(jī)制

集中器的主節(jié)點(diǎn)接收來自于從節(jié)點(diǎn)模塊發(fā)出的停上電事件，并在本地載波信道上執(zhí)行后續(xù)的事件采集操作。主節(jié)點(diǎn)模塊對(duì)停電事件的處理方式如下：對(duì)于停電的節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)會(huì)廣播上報(bào)事件，但不需要進(jìn)行確認(rèn)回復(fù)；對(duì)于未發(fā)生停電的節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)會(huì)采用單播方式上報(bào)，并等待確認(rèn)回復(fù)。接著，主節(jié)點(diǎn)模塊會(huì)整合收集到的各停電事件信息，并通過Q／GDW 1376.2報(bào)文的形式上報(bào)到集中器。默認(rèn)的去重時(shí)間周期通常設(shè)置為4min。

3 基于GIS的主動(dòng)搶修技術(shù)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一種決策支持系統(tǒng)。通過GIS系統(tǒng)中的坐標(biāo)信息，將低壓電力搶修范圍進(jìn)行劃分。當(dāng)檢測(cè)到停電故障時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)報(bào)修地址與搶修區(qū)域進(jìn)行匹配，自動(dòng)派發(fā)相應(yīng)的搶修任務(wù)。通過構(gòu)建一個(gè)既能調(diào)用電網(wǎng)數(shù)據(jù)，又能調(diào)用GIS地理數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件，使得軟件能夠與搶修平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互［7-8］。

（1）客戶故障報(bào)修

系統(tǒng)通過對(duì)95598收集到的停電故障報(bào)修的信息進(jìn)行分析處理，確定可能發(fā)生停電故障的范圍和受停電故障影響的區(qū)域，并判斷可能引發(fā)停電故障的原因。此外系統(tǒng)可以將搶修人員的任務(wù)進(jìn)行整合，以避免重復(fù)派發(fā)任務(wù)的情況發(fā)生。

（2）配電網(wǎng)故障研判

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)故障信息的全面、詳細(xì)分析，使系統(tǒng)能夠快速確定可能受影響的停電范圍和區(qū)域，還有造成停電的具體原因。

（3）搶修調(diào)度

通過整合停電故障區(qū)域位置、搶修車輛信息、搶修任務(wù)派發(fā)、搶修所需物資等多方面的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)生成并主動(dòng)更新?lián)屝拚{(diào)度計(jì)劃。

（4）現(xiàn)場(chǎng)搶修作業(yè)終端應(yīng)用

通過現(xiàn)場(chǎng)搶修終端，搶修人員可以即時(shí)將搶修過程中的各項(xiàng)信息反饋回系統(tǒng)，這可以將搶修現(xiàn)場(chǎng)的信息與系統(tǒng)互通，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息共享。

4 結(jié)束語

基于高頻電力線載波通信（HPLC）技術(shù)，研究了臺(tái)區(qū)低壓用戶停電監(jiān)測(cè)及主動(dòng)搶修技術(shù)的探索和應(yīng)用。面對(duì)低壓臺(tái)區(qū)設(shè)備的現(xiàn)狀，本文提供了相應(yīng)的適應(yīng)性改造方案，以解決現(xiàn)有設(shè)備在技術(shù)改進(jìn)中的兼容性問題。在電表掉電的判別方面，采用了基于時(shí)間和幅值的方法，有效解決了過去電表掉電判別準(zhǔn)確率不高的難題，提升了判別的精確性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，本研究還運(yùn)用地理信息系統(tǒng)（GIS）的坐標(biāo)技術(shù)，將低壓搶修范圍進(jìn)行了劃分和界定。通過將報(bào)修地址與相應(yīng)搶修區(qū)域進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)了低壓搶修工單的自動(dòng)派發(fā)功能。這一創(chuàng)新解決了傳統(tǒng)人工派單過程中效率低下和易出錯(cuò)的問題，為搶修流程注入了更高的智能化和高效性。