基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統(tǒng)研究

摘要：提高電纜系統(tǒng)的性能需要從根本上加強電力線纜的保護和檢測，迎合電力線纜的檢測需求。文章基于我國當前電力線纜無線保護發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了電力線纜無線保護系統(tǒng)的工作原理，并對系統(tǒng)的電力載波的通信模塊和ZigBee模塊進行了分析，綜述了基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統(tǒng)軟件設計。

關(guān)鍵詞：電力載波；在線載波檢測；電力線纜；無線保護系統(tǒng)；電力傳輸 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM711 文章編號：1009-2374（2015）11-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.010

作為電力傳輸?shù)年P(guān)鍵通道，電力線纜很容易因外界惡劣天氣、人為因素及施工因素的影響出現(xiàn)電纜線路破壞的現(xiàn)象，影響整個電力系統(tǒng)的正常運行。電力線纜的檢測和維修是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、持續(xù)運行的前提，在當前信息化社會中，電力電纜保護工作也向著智能化的方向發(fā)展。因此，研究基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統(tǒng)具有非常重要的意義，可以提高管理效率，減輕管理人員的工作量，實現(xiàn)電力線纜的在線監(jiān)測，提高了故障報警的準確性。

1 電力線纜無線保護系統(tǒng)的工作原理

建立在電力在線載波檢測基礎(chǔ)之上的電力線纜無線保護系統(tǒng)可以劃分為四個部分，即遠程控制中心、嵌入式無線網(wǎng)關(guān)、ZigBee無線局域網(wǎng)及電力載波通信模塊。在對系統(tǒng)中的電力載波通信模塊進行設置時，應以固定的距離為標準，而在串行接口（Serial Interface）的作用下，電力載波通信模塊能夠收到由ZigBee模塊發(fā)出的信號。通過系統(tǒng)中其他部件處理的作用，能夠?qū)?shù)據(jù)信息進行進一步的處理工作，最后將這些數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l載波信號，通過電纜通道對這些信號進行高效的傳輸。基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統(tǒng)工作原理詳見圖1：

圖1 基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統(tǒng)工作原理

電力線纜無線保護系統(tǒng)在運行狀態(tài)下，系統(tǒng)中的ZigBee模塊具有對比分析數(shù)據(jù)信息的功能，對多個節(jié)點進行檢測，并向網(wǎng)絡協(xié)議器傳輸整個電纜的運行情況，動態(tài)的檢測電纜的工作狀態(tài)。系統(tǒng)中嵌入式無線網(wǎng)關(guān)部分的主要作用就是整合數(shù)據(jù)，應用通用分組無線服務技術(shù)，使遠程服務控制設備獲取處理后的數(shù)據(jù)信息。遠程服務器不僅可以保存接收的數(shù)據(jù)，還能夠通過交互式的處理方式，加工數(shù)據(jù)信息，應用先進的技術(shù)，最終將數(shù)據(jù)通過圖表的形態(tài)展示出來，便于管理控制工作人員更加詳細地了解線纜的運行，將實時性、準確性、全面性的信息用于電纜無線保護計劃和措施的制定。

2 電力線纜無線保護系統(tǒng)的電力載波通信模塊分析

就我國當前電網(wǎng)和電力線纜的運行狀況，可以發(fā)現(xiàn)除了不利的外界條件外，諧波對線纜通信也會產(chǎn)生很大的影響。應用對比分析的方法對電力載波通信模塊進行研究，可以發(fā)現(xiàn)該模塊在空間占用、功能方面存在明顯的優(yōu)勢，具有極高的集成性能，不會因諧波干擾通信效果，充分發(fā)揮了直接序列擴頻DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）及頻移鍵控FSK（Frequency-shift keying）的編碼、調(diào)制技術(shù)的優(yōu)勢，保證了線路通道中數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。直接序列擴頻與載波頻率調(diào)制手段—頻移鍵控的有機融合，使電纜的通信能力提升到一個新的層次，確保信號能夠在較遠傳輸距離過程中保持較高的質(zhì)量，達到系統(tǒng)要求條件，便于管理工作人員的開發(fā)和研究。

電力線纜在接入電流的工作狀態(tài)下，電力線纜無線保護系統(tǒng)的電力載波通信模塊的監(jiān)控功能更加優(yōu)化，并設有相應的備用供電設備，以免因線纜損壞而影響電力系統(tǒng)的運行，確保電纜出現(xiàn)故障的情況下，仍能維持穩(wěn)定的信號傳輸和電力供應。要注意的是發(fā)生故障時，線纜通道中信號傳輸?shù)姆€(wěn)固性不但沒有減弱，反而會增強。因為通信諧波的影響力也會相應減小，所以研發(fā)的基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統(tǒng)在通電、不通電的情況下均發(fā)揮著重要的作用，提高了故障報警的準確程度，便于進行及時、有效的處理。

3 基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統(tǒng)軟件設計

基于電力在線載波檢測的電力線纜無線保護系統(tǒng)在軟件設計的過程中，將電力載波通信模塊同ZigBee模塊進行整合，構(gòu)建無線局域網(wǎng)，可以動態(tài)地在線對電纜運行狀況進行檢測。電力線纜無線保護系統(tǒng)的核心部分就是電力載波通信模塊，也是實現(xiàn)對電力線纜進行在線監(jiān)測，準確地檢測出電纜故障的重要保障。無線保護系統(tǒng)建立在載波檢測的基礎(chǔ)上，借助ZigBee使數(shù)據(jù)能夠在多個節(jié)點間進行傳輸，節(jié)點間的檢測工作是一個不斷循環(huán)的過程，層層傳遞，電力線纜無線保護系統(tǒng)的檢測原理詳見圖2：

ZigBee組網(wǎng)中一方面可以通過終端設備與路由的點播途徑完成傳輸數(shù)據(jù)的工作，另一方面也可以發(fā)送網(wǎng)絡節(jié)點廣播命令信號的方式，傳送數(shù)據(jù)。但如果電力線纜無線保護系統(tǒng)遇到突發(fā)狀況，出現(xiàn)線纜損壞問題時，電力系統(tǒng)無法正常運行，可以借助電力載波通信模塊的作用，使網(wǎng)絡協(xié)議器接受到有關(guān)發(fā)生故障部位的具體信息。雙向無線通訊ZigBee技術(shù)的應用使得電纜無線保護系統(tǒng)的成本投入大大降低，管理控制更加靈活，具有顯著的優(yōu)勢，可以準確地對故障部位進行檢測，在帶電和不帶電的情況下均能正常運行。電力線纜在線監(jiān)測要求檢測信號不能同時、同位置存在，否則會使諧波干擾增強，這就要求系統(tǒng)設計時，應選取輪詢方式，進行循序漸進式的檢測工作，該方法主要針對的是系統(tǒng)的終端設備。電纜節(jié)點檢測工作均按照一定的順序進行，提高了檢測的可靠性。

4 結(jié)語

對電力線纜進行線路通斷檢測是保障電力系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵，本研究中應用故障檢測法，通過直接序列擴頻和擴展頻譜技術(shù)，運用無線信號傳輸、電力載波通信檢測的途徑，使電力線纜的傳輸距離得到了明顯的增大，增強了電纜對外界通信信號的抗干擾能力?；陔娏υ诰€載波檢測的電力線纜無線保護系統(tǒng)，能夠?qū)崟r地、動態(tài)地進行檢測，避免了故障誤報現(xiàn)象的發(fā)生，發(fā)展前景十分廣闊，在機械生產(chǎn)中具有廣泛的應用，能夠為社會創(chuàng)造更大的價值，推動社會經(jīng)濟的發(fā)展。

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作者簡介：張濤（1981-），男，國網(wǎng)邯鄲供電公司工程師，碩士，研究方向：電力電纜。

（責任編輯：周 瓊）