用電信息采集系統(tǒng)低壓集中抄表典型臺(tái)區(qū)問題分析及處理

李 翀，唐如意，柴奕春，張 強(qiáng)，王俊龍

（1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司，石家莊 050021；3.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司，石家莊 050091；4.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司，河北 保定 071051）

1 概述

用電信息采集系統(tǒng)是支撐智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分［1－2］，是加強(qiáng)精益化管理、提高優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平的必要手段。現(xiàn)場(chǎng)低壓集中抄表臺(tái)區(qū)的安裝調(diào)試是用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分，臺(tái)區(qū)采集成功率是臺(tái)區(qū)調(diào)試并投入正常運(yùn)行的一個(gè)重要的指標(biāo)。隨著低壓臺(tái)區(qū)安裝調(diào)試的進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)若干臺(tái)區(qū)在采集主站設(shè)置、運(yùn)行正常的情況下，遇到了采集成功率提升的瓶頸。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集成功率低的臺(tái)區(qū)進(jìn)行大量排查、試驗(yàn)，根據(jù)采集故障情況及臺(tái)區(qū)特點(diǎn)確定了4種典型臺(tái)區(qū)，并對(duì)河北省南部電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)“載波孤島”臺(tái)區(qū)、“載波串?dāng)_”臺(tái)區(qū)、大臺(tái)區(qū)、量控卡表臺(tái)區(qū)4種典型集中抄表臺(tái)區(qū)進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合每種典型臺(tái)區(qū)的具體概況，提出解決此類臺(tái)區(qū)的方案。

2 典型臺(tái)區(qū)類型

“載波孤島”指臺(tái)區(qū)供電線路過長(zhǎng)或載波干擾嚴(yán)重，載波模塊無法將數(shù)據(jù)送達(dá)至目標(biāo)電能表（或目標(biāo)表數(shù)據(jù)無法返回至集中器）?！拜d波孤島”現(xiàn)象多出現(xiàn)在農(nóng)網(wǎng)及城網(wǎng)中比較老的小區(qū)。

現(xiàn)代化的大型住宅小區(qū)，集中供電，統(tǒng)一管理，同時(shí)使用7～8個(gè)甚至更多變壓器，安裝的集中器使用同一載波模塊，同頻率載波信號(hào)通過變壓器以高壓電力線為媒介在各個(gè)臺(tái)區(qū)間串?dāng)_，導(dǎo)致臺(tái)區(qū)抄表失敗，此種現(xiàn)象稱為載波串?dāng)_［3］。

大臺(tái)區(qū)是指供電臺(tái)區(qū)所轄智能表超過600只，電網(wǎng)敷設(shè)面積大，臺(tái)區(qū)供電半徑大，且節(jié)點(diǎn)分布較為分散的臺(tái)區(qū)。集中器需抄讀電能表正向有功日凍結(jié)電能、購(gòu)電次數(shù)、累計(jì)購(gòu)電金額、剩余金額4個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，大臺(tái)區(qū)無法抄全全部數(shù)據(jù)，臺(tái)區(qū)成功率達(dá)不到使用要求。

低壓量控卡表臺(tái)區(qū)是指用電信息采集系統(tǒng)主站、網(wǎng)絡(luò)表、規(guī)約集中器、量控卡表構(gòu)成的低壓卡表集中抄表臺(tái)區(qū)［4］。主站下發(fā)給集中器的命令首先由網(wǎng)絡(luò)表接收，再通過網(wǎng)絡(luò)表與集中器之間的485線傳送給集中器，集中器接收并執(zhí)行命令，再由485線傳送給網(wǎng)絡(luò)表，通過網(wǎng)絡(luò)表的GPRS 向主站回應(yīng)。雖然國(guó)家電網(wǎng)公司大力推廣智能電能表，但是現(xiàn)場(chǎng)仍有大量的低壓卡表臺(tái)區(qū)在運(yùn)行，且大都處于老舊小區(qū)，環(huán)境非常復(fù)雜。

3 典型臺(tái)區(qū)存在的問題及處理措施

3.1 “載波孤島”臺(tái)區(qū)

石家莊某小區(qū)1號(hào)臺(tái)區(qū)概況：柏林小區(qū)為90年代老小區(qū)，線路老化嚴(yán)重，該小區(qū)1號(hào)臺(tái)區(qū)安裝355塊電能表，供電線路采用架空線及地埋線，從1號(hào)臺(tái)變到最近一塊電能表的總長(zhǎng)度約200 m，超過載波模塊通信范圍，集中器發(fā)送的載波無法達(dá)到居民樓電能表，集中器的抄表成功率為0。

通過安裝中繼放大器，將“孤島”進(jìn)行通信連接，載波中繼放大器向上與集中器載波通信，向下與電能表載波通信。載波中繼放大器無需設(shè)置參數(shù)，中繼放大器的電源由電力線供給。

繼放大器的安裝位置需進(jìn)行測(cè)試，安裝中繼放大器時(shí)通信距離不應(yīng)超過150m。中繼放大器安裝位置的測(cè)試方法為：在選擇的中繼放大器安裝點(diǎn)用載波監(jiān)控器測(cè)試是否能收到集中器下行報(bào)文，若能收到說明此點(diǎn)與集中器通信沒有問題，然后測(cè)試此點(diǎn)是否能抄回“孤島”范圍的電能表，在中繼安裝點(diǎn)使用抄控器抄收“孤島”范圍的電能表，若能抄回說明此點(diǎn)與電能表通信沒有問題。上行與集中器通信暢通，下行與“孤島”范圍電能表通信暢通，該點(diǎn)便是理想的中繼安裝點(diǎn)。若測(cè)試時(shí)通信不良或根本不通，可以考慮在此地點(diǎn)后面150m 處再加裝中繼放大器，最多加4級(jí)中繼放大器。中繼放大器安裝位置示意見圖1。

圖1 中繼放大器安裝位置示意

3.2 “載波串?dāng)_”臺(tái)區(qū)

石家莊富強(qiáng)站某小區(qū)為新建高層小區(qū)，2 個(gè)供電配電室，10個(gè)臺(tái)區(qū)，共計(jì)3 092戶。10 個(gè)臺(tái)區(qū)分為2個(gè)配電室，1－6號(hào)臺(tái)區(qū)在一個(gè)配電室，各集中器電壓電流由配電室引到地下樓道口；7－10號(hào)臺(tái)區(qū)在另一個(gè)配電室，各集中器電壓電流由配電室引到地下樓道口。由于配電室內(nèi)相鄰臺(tái)變距離較近，同頻率載波信號(hào)通過變壓器和高壓電力線在各個(gè)臺(tái)區(qū)間串?dāng)_，造成臺(tái)區(qū)抄表成功率很低。

該問題可以通過查找串?dāng)_源并選擇使用阻波器的方法解決。具體步驟如下：

a.撥出串?dāng)_源排查臺(tái)區(qū)的集中器載波模塊，停止集中器的載波通信。

b.用載波監(jiān)控器監(jiān)測(cè)所排查臺(tái)區(qū)的集中器電源端載波接收?qǐng)?bào)文，根據(jù)報(bào)文中的電能表地址鎖定串?dāng)_源臺(tái)區(qū)，報(bào)文中同一地址的報(bào)文越多則表明該臺(tái)區(qū)串?dāng)_越嚴(yán)重。

c.根據(jù)鎖定的串?dāng)_臺(tái)區(qū)在集中器電源端安裝阻波器，阻波器的安裝示意見圖2。

圖2 阻波器的安裝示意

選擇阻波器要注意以下事項(xiàng)。

a.阻波器所選用的電容應(yīng)考慮載波中心頻率、串?dāng)_的載波信號(hào)強(qiáng)度來進(jìn)行選擇，對(duì)載波信號(hào)的衰減應(yīng)在10～20dB。

b.阻波器電容C1的容抗為Xc＝1／（2πfc），其中fc為載波信號(hào)的頻率。

c.經(jīng)阻波器后衰減的電壓信號(hào)Uout＝Uin［Xc／（Xc＋R1）］，其中，R1為電力線等效電阻，Uin為A臺(tái)區(qū)串?dāng)_到B臺(tái)區(qū)的電壓信號(hào)。

隨著電容器容抗Xc的減小，電容器輸出電壓信號(hào)就越小，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)載波串?dāng)_信號(hào)的衰減。

在該小區(qū)串?dāng)_臺(tái)區(qū)安裝的阻波器為一個(gè)0.42 μF電容，在電網(wǎng)上構(gòu)成濾波電路，在一定程度上衰減信號(hào)，取得了很好的效果。

3.3 大臺(tái)區(qū)

保定某小區(qū)是新建高層小區(qū)，入住戶數(shù)少，大部分住戶在裝修。Y0053 臺(tái)區(qū)采集智能電能表數(shù)據(jù)870塊，分布在地下車庫(kù)、21 號(hào)樓、23 號(hào)樓，其中車庫(kù)電能表345 塊；21號(hào)樓218塊，23號(hào)樓307 塊。最初安裝調(diào)試時(shí)，Y0053臺(tái)區(qū)在變壓器低壓側(cè)只安裝了1臺(tái)集中器，由于供電線路較長(zhǎng)，到車庫(kù)和樓棟的電纜從地下室走電纜橋架，超過載波模塊的理想范圍，然而臺(tái)區(qū)電能表較多，遠(yuǎn)超過500塊，導(dǎo)致集中器抄表時(shí)間不夠用。

解決方案：同一臺(tái)區(qū)由一個(gè)主集中器和多個(gè)子集中器組成，其中，主集中器在負(fù)責(zé)所劃范圍用戶電能表采集的同時(shí)，還負(fù)責(zé)臺(tái)區(qū)考核數(shù)據(jù)的采集；子集中器可以根據(jù)臺(tái)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)需要安裝多個(gè)，負(fù)責(zé)所劃范圍用戶電能表采集。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)供電線路分支情況，將一個(gè)整體臺(tái)區(qū)劃分為多個(gè)子集中器，子集中器安裝在需切分的分支中心節(jié)點(diǎn)，該子集中器只采集本分支電能表數(shù)據(jù)。因需要接入TA、TV，主集中器安裝在臺(tái)區(qū)配電房，子集中器選擇供電線路的負(fù)荷中心，中心節(jié)點(diǎn)離分布在線路上的電能表最近，通信效果最好。根據(jù)該小區(qū)實(shí)際情況，Y0053臺(tái)區(qū)安裝主集中器1臺(tái)、3臺(tái)子集中器，其中主集中器采集地下車庫(kù)和商鋪表；1臺(tái)子集中器采集21號(hào)樓A 單元；1臺(tái)子集中器采集21號(hào)樓B單元；1臺(tái)子集中器采集23號(hào)AB兩單元，子集中器安裝位置示意見圖3。

圖3 子集中器安裝位置示意

時(shí)段劃分：因相同載波模塊的集中器同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)將會(huì)造成數(shù)據(jù)干擾，需對(duì)各集中器分時(shí)段運(yùn)行。根據(jù)試驗(yàn)情況規(guī)定，每塊電能表的抄表時(shí)間為60s，考慮到每百塊電能表有1 塊首次抄讀不成功的情況，且有2次抄讀閥值，時(shí)間為120s。故時(shí)段劃分計(jì)算公式如下：

式中：t為集中器抄收時(shí)間；n為該集中器應(yīng)抄電能表數(shù)量。

該臺(tái)區(qū)集中器工作時(shí)段分配見表1。

表1 大臺(tái)區(qū)集中器工作時(shí)段分配

通過安裝子集中器，每臺(tái)集中器抄讀的智能電能表數(shù)量減少，供電半徑減小，對(duì)抄讀失敗的電能表重復(fù)抄讀的次數(shù)減少，提高大臺(tái)區(qū)的抄讀成功率。

3.4 低壓量控卡表臺(tái)區(qū)

石家莊0400408臺(tái)區(qū)為低壓量控卡表臺(tái)區(qū)，臺(tái)區(qū)變壓器所帶用戶都是平房，是典型的城中村臺(tái)區(qū)，共159戶，即159塊電能表。此臺(tái)區(qū)大多數(shù)為出租房屋，每一戶居住不只一家人，因此臺(tái)區(qū)負(fù)荷大。該臺(tái)區(qū)電能表箱示意見圖4。

圖4 量控卡表臺(tái)區(qū)電能表箱示意

1－10是10 個(gè)電線桿，線桿間距約50m，變壓器與1號(hào)桿之間連接是地埋線，直線距離約30 m，實(shí)際電線距離約50m；70－73是7號(hào)桿分支線上4個(gè)電能表箱；90－93是9號(hào)桿分支線上4個(gè)電能表箱。其余電能表具有電線桿上直接引出掛在路邊墻上，與電線桿之間的引線距離約20 m，7 號(hào)桿距離350m，9號(hào)桿450m，距離遠(yuǎn)造成抄表率低（僅30%左右），且每日有波動(dòng)，抄表效果不穩(wěn)定。

解決方案：在現(xiàn)場(chǎng)安裝中繼放大器解決低壓量控卡表臺(tái)區(qū)抄表率低的問題。在集中器位置用筆記本通過demo抄讀需要安裝中繼放大器的線路上的電能表，抄讀過程由近及遠(yuǎn)，一直到抄讀失敗的位置，安裝中繼放大器的位置距離集中器盡量遠(yuǎn)，但是能夠抄到，且通過demo抄讀的成功率在80%以上。這樣就確定了1號(hào)中繼放大器的位置，在集中器的位置通過demo軟件手動(dòng)組中繼關(guān)系，用1 號(hào)中繼放大器作為一級(jí)中繼抄讀同一條線路上1號(hào)中繼放大器后面的電能表，由近及遠(yuǎn)，直到抄讀失敗，安裝2號(hào)中繼放大器的位置距離1 號(hào)中繼放大器盡量遠(yuǎn)，但是應(yīng)能夠抄到數(shù)據(jù)，且通過1號(hào)中繼放大器做中繼放大器的抄讀成功率在80%以上。這樣就確定了2號(hào)中繼放大器的位置。（也可以在1號(hào)中繼放大器的位置由近及遠(yuǎn)抄讀線路上后面的電能表，用確定1號(hào)中繼放大器位置的抄讀標(biāo)準(zhǔn)來確定2號(hào)中繼放大器的位置），以此類推可確定3、4號(hào)中繼放大器位置，最多安裝4級(jí)中繼放大器。

中繼放大器安裝以后，要在集中器中加載中繼放大器的檔案信息，首先清空集中器中電能表檔案，通過測(cè)試軟件將現(xiàn)場(chǎng)安裝的中繼放大器通信地址手動(dòng)添加到集中器中，再由主站下發(fā)電能表檔案。

4 結(jié)束語(yǔ)

臺(tái)區(qū)抄表成功率是評(píng)價(jià)臺(tái)區(qū)是否達(dá)到實(shí)用化的一個(gè)重要指標(biāo)，針對(duì)臺(tái)區(qū)抄表成功率低的典型臺(tái)區(qū)，按照“試點(diǎn)先行，以點(diǎn)帶面，整體推進(jìn)”的解決方案，將現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)區(qū)分為“載波孤島”臺(tái)區(qū)、“載波串?dāng)_”臺(tái)區(qū)、大臺(tái)區(qū)、量控卡表臺(tái)區(qū)4種典型臺(tái)區(qū)，通過安裝載波中繼放大器、阻波器、單變臺(tái)多集中器等措施攻克了載波抄表復(fù)雜、抄表成功率偏低的突出問題，對(duì)提高低壓臺(tái)區(qū)用電信息采集實(shí)用化水平，規(guī)范、改進(jìn)低壓臺(tái)區(qū)用電信息采集設(shè)計(jì)方案提供技術(shù)支持。

［1］Q／GDW 376.1－2009，電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議：主站與采集終端通信協(xié)議［S］.

［2］Q／GDW 376.2－2009，電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議第二部分：集中器本地通信模塊接口協(xié)議［S］.

［3］孫海翠，張金波.低壓電力線載波通信技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.電測(cè)與儀表，2006，43（8）：54－57，43.

［4］徐 偉，王 斌，姜元建.低壓電力線載波通信技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電測(cè)與儀表，2010，47（10）：44－47.