與線路接地相關(guān)的電力載波通信故障分析及解決措施

林娜

摘 要：電力線載波是電力通信的重要手段，在保障電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行中發(fā)揮著不可忽視的作用。載波通信具有諸多的優(yōu)點，也存在需要進(jìn)一步改進(jìn)的問題。文章通過一例實際工程中與線路接地相關(guān)的載波通信故障，分析其發(fā)生的原因，并提供了解決方案，為提高載波通信的可靠性積累了實例經(jīng)驗，最后總結(jié)了載波通信的故障處理的原則與程序。

關(guān)鍵詞：電力線載波通信；故障；接地

中圖分類號：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0124-02

電力線載波通信技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代初期，電力系統(tǒng)使用載波通信傳輸電網(wǎng)中最重要的運行和保護(hù)信息已歷時數(shù)十年。盡管近年光纖通信在電力系統(tǒng)中發(fā)展十分迅猛，但是考慮成本效益以及確保傳輸電力系統(tǒng)最關(guān)鍵業(yè)務(wù)的可靠性等因素，以及仍然存在大量光纖通信無法安裝的地方，載波通信在世界各地仍是一種主要的電力通信方式。

近年來，技術(shù)的進(jìn)步為電力線載波通信的應(yīng)用帶來了新的機遇，特別是電力線載波設(shè)備已經(jīng)具有更大的帶寬，能夠接入到數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，各種功能大大增強，在使用上更加靈活和方便，再加以電力線載波通信的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，電力線載波系統(tǒng)在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)明顯復(fù)蘇。

1 電力載波通信的優(yōu)點與問題

1.1 電力線載波通信得天獨厚的優(yōu)點

1.1.1 通道可靠性高

由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的電力傳輸線路具有機械強度高、不易受外力破壞的特點，安全系數(shù)高于光纖等通信媒質(zhì)。

1.1.2 投資少、費用低

如果覆蓋范圍遠(yuǎn)而通道容量需求有限的情況下，電力線載波通信因無需新建線纜而比使用其它任何傳輸介質(zhì)費用都要低。

1.1.3 覆蓋面廣大

電力線載波作為電力系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的通信手段，其通信網(wǎng)絡(luò)十分發(fā)達(dá)。

1.1.4 及時性強

輸電線路架通即可開載波通道通，見效十分迅速。

1.1.5 綜合業(yè)務(wù)能力強

電力線載波通信已由過去單獨的調(diào)度電話業(yè)務(wù)發(fā)展到為開放電話、遠(yuǎn)動、傳真、保護(hù)和計算機信息等綜合業(yè)務(wù)。

1.2 電力線載波的缺點和不足

1.2.1 載波頻率分配使用存在問題

電力線載波頻率使用范圍為40～500 kHz，而每個載波頻帶帶寬為4 kHz，最多只有57套載波機。在低頻段阻波器制作困難，高頻段廣播信號存在干擾。

1.2.2 電力線載波機存在問題

目前國產(chǎn)載波機無論是在技術(shù)性能、工藝結(jié)構(gòu)還是在可靠性和穩(wěn)定性上，同國際上一些先進(jìn)設(shè)備相比仍存在有很大的差距，都亟需提高和改進(jìn)。

1.2.3 配套工程存在問題

主要有電源的可靠性低和容量偏小、防雷技術(shù)措施不完善、儀器儀表配置不完備和落后等問題。

1.2.4 管理運行存在問題

對載波通信的重要性認(rèn)識不足，基礎(chǔ)工作不扎實，管理體制不健全。

2 相關(guān)工程簡介

本工程為某省新建的330 kV變電站至某牽引站I回線路，長度為45 km。根據(jù)電力規(guī)程要求，為滿足保護(hù)通道需求，必須建設(shè)雙獨立路由的通信鏈路接入省電力通信網(wǎng)，目前多數(shù)情況下采取的方案是同步架設(shè)2根OPGW光纜，采用一路光纖專用芯和一路2 M鏈路的2種不同的通信方式。但當(dāng)線路過長（超過20 km），并且終端站不成環(huán)的條件下，建設(shè)2根OPGW光纜成本過高，租用運營商光纖又不能保證可靠性，因此本工程建設(shè)1根OPGW光纜，再開通一路載波通信，較為經(jīng)濟(jì)和可靠。

3 故障分析

330 kV變電站-牽引站I回線路保護(hù)通道采用光纖+載波通道，在新建線路的A相組織一路載波通道。330 kV變電站側(cè)使用掛式阻波器，結(jié)合濾波器型載波頻率范圍為84-500 kHz，載波機功率50 W，滿發(fā)電平為47 dBm。載波通道如圖1所示。

載波通道建成后，通信通道一直無法調(diào)通?，F(xiàn)場檢查時發(fā)現(xiàn)在電力線路未帶電的情況下，載波通道運行正常，但當(dāng)線路帶電后載波通道里即刻充滿電暈噪聲，信噪比低于通信要求，使得載波通信幾乎中斷。載波系統(tǒng)的噪聲主要來源于線路的電暈放電和電力系統(tǒng)的運行操作，可以分為白色噪聲和脈沖噪聲。電暈放電產(chǎn)生白色噪聲，與導(dǎo)線表面的電位梯度、污染潮濕狀況等有關(guān)，是引起故障的主要的噪聲源。

現(xiàn)場測試的結(jié)果：當(dāng)線路不通電，載波通道信噪比>25 dB，符合相關(guān)通信規(guī)程規(guī)范的要求；而當(dāng)線路通電，信噪比明顯下降，低于規(guī)程規(guī)范要求，見表1。

根據(jù)二次電力設(shè)計規(guī)程，計算330 kV線路，45 km的載波通道總衰減如下：

A=K×l×f^（1/2）+7.0N_1+3.5N_2+0.9N_3+5.7+ Acl×Lcl

其中：

K為與導(dǎo)線參數(shù)、電壓等級、線路結(jié)構(gòu)和大地電導(dǎo)率有關(guān)的衰減系數(shù)，本工程中為7.2×10-3；

l為線路長度（km）；

f為工作頻點（kHz），設(shè)定為200 kHz；

N1為高頻橋路數(shù)；

N2為中間機和無阻波器的分支線總數(shù)；

N3為并聯(lián)機和有阻波器的分支線總數(shù)；

Acl為高頻電纜的每公里衰減（dB/km）；

Lcl為高頻電纜的長度（km）。

A=0.0072×45×14.14+7.0+5.7+4.3×0.3×2=19.86 dB

本工程的線路損耗<15 dB，低于理論計算值，說明線路本身不存在問題。

為了確保通信正常，載波通道衰減不能超過一對載波機正常工作的允許最大衰減，即正常發(fā)送與標(biāo)稱接收電平之差，實際中的載波通道最大允許衰減Amax要以載波通道最低接收電平為準(zhǔn)。

A_max=P_send-〖（P〗_Z+S/N_min）（dB）

式中：

Psend為載波機發(fā)送平均功率電平（dBm）；

PZ為接收帶寬內(nèi)的噪聲功率電平（dBm）；

330 kV線路為-26～-20 dBm；

S/Nmin為通道允許最低信噪比（dB），電話通道為26 dB。

代入可得：

Amax=30-（-26～-20+26）=24～30 dB

在不通電與通電的情況下，收益電平均無明顯變化，可以基本排除是通信載波設(shè)備故障與通信設(shè)計方案缺陷。

在線路不通電的情況下，信噪比符合規(guī)程規(guī)范要求，而通電時信噪比下降很多，初步判斷是線路地線接地方式（本工程采用前2 km逐基接地，中間段采用分段接地）的放電間隙太小，地線被感應(yīng)電流擊穿而發(fā)送電弧放電，在載波通道中引起很高的噪聲電平，從而導(dǎo)致通電狀態(tài)下的信噪比不滿足規(guī)程。

通過安排夜間以牽引站為出發(fā)點進(jìn)行線路巡視，發(fā)現(xiàn)地線上存在電弧放電點。

4 解決措施

經(jīng)以上分析，可以采取的解決措施有兩個：

①擴(kuò)大放電間隙以防止感應(yīng)電流擊穿地線。

②采取直接接地的方式。

經(jīng)過施工難度和工程造價綜合考慮，決定將原設(shè)計的分段絕緣接地的接地方案，改為逐基接地方式。所有桿塔前、后側(cè)地線耐張串有安裝絕緣子的地線通過并溝線夾、引流線和設(shè)備線夾與橫擔(dān)保證良好的電氣連接，形成接地形式。并溝線夾安裝在距地線耐張線夾出口遠(yuǎn)離塔身方向10 cm處。

改造后載波通道在線路通電情況下信噪比也達(dá)到28 dB，載波通信正常，此項解決措施增加投資約6萬元，其中材料費約2萬元，人工費約4萬元。

5 結(jié) 語

電力線載波通信作為電力系統(tǒng)應(yīng)用區(qū)域最廣泛的通信方式，仍然是電網(wǎng)重要的基本通信手段。電力線路作為電力部門特有的通信資源，載波通信的優(yōu)越性是不會動搖的。

5.1 載波通信故障解決處理的基本原則

對于載波通信故障，解決處理的基本原則歸納如下：

①以盡快恢復(fù)業(yè)務(wù)為原則，如有備用路由，先將業(yè)務(wù)調(diào)到備用路由。

②根據(jù)故障現(xiàn)象，先查明原因，后進(jìn)行處理。原因不明時，切忌盲目操作，否則將可能導(dǎo)致問題惡化。

③對故障處理的詳細(xì)過程做好記錄，以備事后分析研究。

5.2 定位故障原因點應(yīng)遵循的程序

①先檢查載波機，后檢查載波通道。

②先檢查結(jié)合設(shè)備，后檢查加工設(shè)備。

③先檢查高頻電纜，后檢查結(jié)合濾波器，再檢查耦合電容器，最后定位阻波器。

載波通信同其它技術(shù)一樣，也是不斷發(fā)展和完善的。對于其固有的弱點和不足，只要我們提高認(rèn)識，積極改進(jìn)，是完全可以克服的。

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