基于載波通信的低壓用戶串戶檢測儀的設(shè)計(jì)

楊 帥，熊德智，李建新，陳石東，陳文輝

（1.國網(wǎng)湖南省電力公司計(jì)量中心，長沙 410007；2.鄭州萬特電氣股份有限公司，鄭州 450001）

為規(guī)范新建小區(qū)電能表的裝接管理，防止“電能表串戶”導(dǎo)致客戶用錯(cuò)電、繳錯(cuò)費(fèi)的現(xiàn)象發(fā)生，低壓用戶串戶檢測顯得尤為重要[1-2]。“串戶”可能是安裝時(shí)接線造成的錯(cuò)誤，也可能是安裝完畢后填寫編號、名字時(shí)造成的對應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤，這些直接影響供用電關(guān)系，若不及時(shí)處理或處理不當(dāng)，就有可能影響電網(wǎng)企業(yè)形象和服務(wù)水平[3-5]。

目前電能表串戶排查方法主要有簡單跳負(fù)荷開關(guān)或增加負(fù)荷辦法、萬用表對線方法[6-10]。兩種方法均有弊端，因此有必要研制一種基于載波的集成度高、操作簡便、檢測效率高的串戶檢測儀器，為新裝用戶及低壓集抄改造用戶的串戶檢測提供一套快速便捷、行之有效的解決方案。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

該套儀器采用主機(jī)+從機(jī)配合使用的設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)中主要采用了主從機(jī)載波通信技術(shù)，錯(cuò)接線綜合判別技術(shù)，多路檢測技術(shù)，操控、顯示技術(shù)，主從機(jī)人機(jī)互動、現(xiàn)場記錄、查詢、打印技術(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理Fig.1 System design principle diagram

主機(jī)從計(jì)量箱處向用戶的輸電線路（共12路）中輸入載波檢測信號，從機(jī)在用戶室內(nèi)電力線上接收信號，判別是否零火線反接，并將判別結(jié)果和待檢測用戶的房間標(biāo)識信息通過載波模塊發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)將檢測到載波信號的輸電線路的標(biāo)識信息與從機(jī)發(fā)送來的現(xiàn)場房間標(biāo)識信息進(jìn)行對比，進(jìn)行串戶判別，并將判別結(jié)果通過載波模塊發(fā)送給從機(jī)。在設(shè)計(jì)中主要使用了以下關(guān)鍵技術(shù)：

（1）載波通信技術(shù)。通過引入載波通訊模塊，將整套設(shè)備分為主機(jī)與從機(jī)兩部分，主從機(jī)可通過載波通信方式進(jìn)行連接和信息交互，方便高效。

主從機(jī)載波模塊的靜態(tài)功耗為100 mW，頻段為132 kHz，在線路空載無干擾情況下，最遠(yuǎn)通信距離可達(dá)2000 m以上，可穿透不小于30層居民樓。采用載波通信技術(shù)，可解決無線通信距離短的弊端。

（2）多路檢測技術(shù)。為滿足多戶檢測，本儀器提供了多路檢測功能，最多可支持12路同時(shí)檢測。

主機(jī)對外有12×2路接口，CPU可同時(shí)接收2路（零線、火線）信號。CPU對應(yīng)設(shè)24路I/O，每個(gè)I/O口對應(yīng)1路信號并定義，CPU根據(jù)檢測到的I/O信號，直接判定其所對應(yīng)的線路。從機(jī)通過載波模塊返回房間號等信息，完成主從機(jī)信息核對與交互。

（3）錯(cuò)接線綜合判別技術(shù)。系統(tǒng)將多種低壓用戶錯(cuò)接線檢測功能進(jìn)行整合，可完成各種低壓用戶串戶排查工作，快捷智能。具備單火線、單零線串戶檢測；零、火線串戶檢測；零、火線短路提示；零、火線反接自動識別檢測等功能，可以滿足常見的低壓用戶錯(cuò)接線檢測需求。

（4）現(xiàn)場記錄、查詢、打印技術(shù)。可存儲1000套以上的電能表箱測試數(shù)據(jù)，存儲容量大，不會造成測試數(shù)據(jù)的覆蓋和丟失，具備現(xiàn)場查詢和打印檢測功能，便于在現(xiàn)場立即開展故障排查。主機(jī)和熱敏打印機(jī)間采用RS232串口連接，通過編寫接口程序，實(shí)現(xiàn)打印功能，可個(gè)性化編制打印報(bào)告的格式。

1.2 主機(jī)設(shè)計(jì)原理

主機(jī)主要由MCU控制單元、檢測單元、輸入輸出單元、顯示單元、載波通信模塊、電源等部分組成。主機(jī)設(shè)計(jì)原理如圖2所示。

圖2 主機(jī)設(shè)計(jì)原理Fig.2 Master machine design principle diagram

MCU控制單元是主機(jī)的核心部件，主要依據(jù)檢測單元檢測到的載波信號進(jìn)行串戶故障及串戶類型的智能判別，控制單元控制顯示屏顯示檢測結(jié)果，控制載波通信模塊與從機(jī)進(jìn)行信息交互，接收輸入單元的信號輸入，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲。主機(jī)可通過鍵盤設(shè)置測試時(shí)間、小區(qū)名稱、樓號、戶號等。配有5.7寸、320×240點(diǎn)陣液晶觸摸屏，采用低功耗設(shè)計(jì)，液晶背光可自動休眠，電池供電持久。

1.3 從機(jī)設(shè)計(jì)原理

從機(jī)主要由MCU控制單元、信號輸入單元、載波通信模塊、顯示單元、電源等部分組成。從機(jī)設(shè)計(jì)原理如圖3所示。

圖3 從機(jī)設(shè)計(jì)原理Fig.3 Slave machine design principle diagram

MCU控制單元依據(jù)接收的主機(jī)載波信號進(jìn)行零火線識別，載波通信模塊負(fù)責(zé)與主機(jī)進(jìn)行信息交互。從機(jī)可以設(shè)定房間號等信息，支持?jǐn)?shù)字、英文和符號的輸入，配備有2.4寸、分辨率128×64點(diǎn)陣液晶屏，操作、顯示直觀。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)程序流程設(shè)計(jì)

主機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

主機(jī)開機(jī)啟動，接收參數(shù)輸入，控制12路載波信號輸出，查詢MCU 12路信號狀態(tài)并進(jìn)行判斷，如果檢測到某路接收到載波信號，則確認(rèn)從機(jī)已接入線路，主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送過來的包含房間號等信息的載波信號，得出檢測結(jié)果，并將結(jié)果通過載波信道回復(fù)從機(jī)。如果沒有檢測到載波信號，則判斷12路通道是否檢測完畢，未檢測完畢則進(jìn)行下一輪檢測，否則回復(fù)從機(jī)并結(jié)束檢測。

2.2 從機(jī)程序流程設(shè)計(jì)

從機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

圖4 主機(jī)程序流程Fig.4 Master machine program flow chart

圖5 從機(jī)程序流程Fig.5 Slave machine program flow chart

從機(jī)開機(jī)后，進(jìn)行房間號設(shè)定，通過電力線接收主機(jī)載波信號，進(jìn)行零火線判別，判斷載波模塊是否收到主機(jī)請求指令，如果收到則發(fā)送房間號及判別結(jié)果給主機(jī)，在收到主機(jī)應(yīng)答及檢測結(jié)果后，顯示檢測結(jié)果并進(jìn)行下一輪檢測，12路檢測完畢則結(jié)束。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

在株洲供電公司麗發(fā)新城現(xiàn)場，將檢測人員分為2組進(jìn)行對比測試。第一組未使用該儀器，使用萬用表進(jìn)行檢測，組員4人；第二組使用該儀器進(jìn)行檢測，組員2人。測試結(jié)果如表1所示。

表1 現(xiàn)場對比測試結(jié)果Tab.1 Site comparison test result

測試結(jié)果表明，使用該儀器進(jìn)行大規(guī)模串戶檢測，可明顯降低勞動成本，提高檢測的正確率。

4 結(jié)語

該儀器采用了載波通信技術(shù)、主從機(jī)分離技術(shù)、主從機(jī)信息交互技術(shù)、主機(jī)多路檢測技術(shù)等多種技術(shù)手段進(jìn)行開發(fā)研制。設(shè)計(jì)簡潔、智能、易操作，能自動判別各種串戶問題，功能齊全，便于現(xiàn)場故障排查與處理。該儀器現(xiàn)場試用情況良好，串戶問題排查速度快、效率高、準(zhǔn)確率達(dá)到100%，具有較高的推廣價(jià)值。

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