電力線載波技術(shù)在三表合一集抄的應(yīng)用研究

陳毅敏

摘 要：文章首先分析了基于電力線載波技術(shù)的三表合一集抄系統(tǒng)框圖及工作過程，其次對各個功能模塊功能進行研究，最后對電力線載波技術(shù)在三表合一集抄系統(tǒng)應(yīng)用提出了針對性的建議，以便能為三表合一大范圍推廣使用提供幫助。

關(guān)鍵詞：電力線載波技術(shù)；三表合一；集抄

中圖分類號：TM76 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）33-0052-02

目前國內(nèi)很多小區(qū)的水表、氣表及電表采用人工抄表收費的方式，這樣不僅產(chǎn)生巨大的工作量，也容易發(fā)生較大的誤差。隨著寬帶電力線通信技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，由于其具有高速傳輸、可利用現(xiàn)有配網(wǎng)輸電線路進行數(shù)據(jù)信息傳輸、即插即用等優(yōu)勢在抄表系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，基于此，本文對電力線載波技術(shù)在三表合一集抄的應(yīng)用進行研究。

1 電力線載波技術(shù)的三表合一集抄系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)框圖

電力線載波技術(shù)的三表合一集抄系統(tǒng)組成，如圖1所示，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)主要包括下述三部分：①數(shù)據(jù)采集。先通過光電傳感器將各類數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再?jīng)過數(shù)據(jù)采集器存儲并等待抄表信號；②數(shù)據(jù)通信。將采集到的各種不同類型的數(shù)據(jù)信息電量通過電力線載波的方式及無線方式傳輸?shù)郊衅?；③嵌入式網(wǎng)絡(luò)。通過雙絞線將集中器中的各類數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)较鄳?yīng)的控制中心。

1.2 系統(tǒng)工作過程

基于電力線載波技術(shù)三表合一集抄系統(tǒng)的工作過程如下所示：數(shù)據(jù)采集模塊通過對應(yīng)的傳感器采集不同類型的信號，然后將這些不同類型的信號經(jīng)過計數(shù)與信號處理將其再轉(zhuǎn)變?yōu)樗?、電、氣信號并存儲起來，等待抄表，不同類型信號?jīng)過電電力線或者無線收發(fā)模塊傳輸?shù)郊衅?，集中器?nèi)部具有較多模塊，如電力線載波模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、雙音多頻模塊等，通過這些模塊將存儲的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綘I業(yè)管理中心計算機。這樣在需要用到這些數(shù)據(jù)信息抄表時，就可以通過電子郵件發(fā)出抄表命令，經(jīng)集中器到達各種采集器進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集。

2 電力線載波技術(shù)三表合一功能模塊功能

2.1 信號采集模塊

將電表、水表和氣表經(jīng)過電子計量后獲得的數(shù)據(jù)信息通過饋線傳輸?shù)郊衅魃?，將這些數(shù)據(jù)信息經(jīng)過各種處理后，如計數(shù)、信號處理等，將得到的數(shù)據(jù)信息進行動態(tài)存儲，在需要的時候進行數(shù)據(jù)抄表。為了實現(xiàn)抄表系統(tǒng)最前端信道具有較小的工程量，數(shù)據(jù)信息傳輸質(zhì)量可靠、準(zhǔn)確，傳輸距離相對較近，并能在多種場合正常工作使用的要求，通常采用電力線載波信道。

2.2 電力線載波模塊

在20世紀(jì)60年代，對10 kV以上中高壓電力線作為信號傳輸通道的電力線載波電話得到大范圍的應(yīng)用，科學(xué)家對于高壓電力線載波技術(shù)進行數(shù)據(jù)信息傳輸研究的相當(dāng)深入，實踐應(yīng)用也比較成熟。然而，在低壓220 V/380 V低壓電力線上進行數(shù)據(jù)信息的傳輸研究并不深入，由于低壓進行數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奶匦耘c高壓傳輸具有明顯的區(qū)別，具體表現(xiàn)在下述幾方面：工作環(huán)境比較復(fù)雜、數(shù)據(jù)信息傳輸線路阻抗小、信號衰減強、極易受到外界信號的干擾及時變性大等，再加上數(shù)據(jù)信息在低壓電力線傳播過程中具有極高的衰減量、極強的噪聲及較高的畸變量，因此低壓電力線一直沒有被認(rèn)為是比較理想的通訊媒介。但是，隨著科技生產(chǎn)力和代通訊技術(shù)的深入發(fā)展，低壓電力線載波通訊成為可能，對低壓電力線載波通訊技術(shù)來說，最核心的是要設(shè)計出具有強大功能的電力線載波專用的芯片，在這種情況下，將擴頻載波通信技術(shù)用于低壓電力線數(shù)據(jù)通信中，目前通常使用具有特色的美國Intellon公司的P200擴頻載波芯片。對窄帶通信相比，擴頻通信更具有優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在下述幾方面：擴頻通訊具有極強的抗干擾能力，更具有可靠性，主要是通過犧牲寬帶來實現(xiàn)此目的的，尤其是對于信道特性惡劣的低壓電網(wǎng)載波通信，采用這種技術(shù)具有最佳的優(yōu)勢?；陔娏€載波技術(shù)的三表合一集抄系統(tǒng)中大部分采用這種方式，其組成原理圖，如圖2所示。

2.3 無線收發(fā)模塊

由于電力線載波不方便，在進行水表、氣表安裝時可以不使用電力載波線，可采用無線收發(fā)模塊nRF401，其具有下述幾個特點：

第一，發(fā)射功率大。在條件完全相同的情況下，為了確保數(shù)據(jù)信息傳遞的有效性和可靠性，可選擇使用發(fā)射拱了較高的產(chǎn)品，而nRF401的發(fā)射功率是同種類型產(chǎn)品中最高的；

第二，功耗低。很多收發(fā)芯片都應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品上，因此對功耗的選擇相當(dāng)重要，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用狀況選擇功耗低的產(chǎn)品，而nRF401是同類產(chǎn)品中發(fā)射功率最小的；

第三，收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量少。元件數(shù)量的多少直接決定系統(tǒng)的投入成本，因此選在芯片時應(yīng)該選擇外圍元件少的芯片。

3 三表合一集抄系統(tǒng)實際應(yīng)用中可能存在的問題及 解決措施

3.1 三表合一集抄系統(tǒng)實際應(yīng)用中存在的問題

3.1.1 技術(shù)方面

三表合一集抄系統(tǒng)在具體實際應(yīng)用過程中，技術(shù)方面可能存在問題的因素主要包括下述兩方面：

第一，許多系統(tǒng)在應(yīng)用時沒有真正把握自動抄表的核心技術(shù)，最終導(dǎo)致系統(tǒng)在計量時準(zhǔn)確性低、可靠性差；

第二，對三表合一系統(tǒng)的維護和保養(yǎng)做不到位，導(dǎo)致在后續(xù)使用過程中維護、維修工作量巨大。

3.1.2 管理方面

在應(yīng)用中若三表合一系統(tǒng)過了保質(zhì)期后，由于領(lǐng)導(dǎo)不重視，導(dǎo)致后續(xù)大量的維護資金難以真正落實到位，由于對系統(tǒng)缺乏及時維護，對系統(tǒng)的正常運行造成一定的影響。同時由于相關(guān)運行的各方，如開發(fā)商、物業(yè)公司、系統(tǒng)集成商等，沒有很好的協(xié)調(diào)各自的責(zé)、權(quán)、利關(guān)系，對三表合一集抄系統(tǒng)的正常運行造成一定的不利影響。

3.2 三表合一集抄系統(tǒng)應(yīng)用存在問題的解決措施

3.2.1 管理方面

三表合一集抄系統(tǒng)能否得到廣泛應(yīng)用關(guān)鍵取決于管理，這種技術(shù)通常以臺區(qū)作為劃分單位，即每個變壓器臺區(qū)中都需要安裝一個集中器及采器終端，水表、電表、氣表數(shù)據(jù)信息的上傳、統(tǒng)計、發(fā)行等都是按照臺區(qū)進行劃分的，因此只有規(guī)范的管理才能更好的推廣和使用集抄系統(tǒng)。因此臺區(qū)各級領(lǐng)導(dǎo)要重視管理，在人員、部門設(shè)置等方面做出相應(yīng)的安排，以確保三表合一集抄工作的長期穩(wěn)定運行。除此之外，為了確保三表合一集抄系統(tǒng)的順利推行，還必須要具有良好的用電秩序。

3.2.2 技術(shù)方面

第一，電力線載波技術(shù)三表合一集抄系統(tǒng)的順利實施要以良好健康的電力設(shè)備為基礎(chǔ)。由于受到各種因素的影響，國內(nèi)10 kV配電網(wǎng)建設(shè)嚴(yán)重落后，尤其是國內(nèi)低壓臺區(qū)的電力設(shè)備存在諸多問題，具體表現(xiàn)在下述幾方面：缺乏正規(guī)的變壓器配電室，導(dǎo)致很多設(shè)備無法進行良好的安裝；變壓器臺并非處在配電網(wǎng)區(qū)域的負(fù)荷中心，臺區(qū)半徑過大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸半徑太大，數(shù)據(jù)信息傳輸過程中衰減嚴(yán)重；導(dǎo)線配置缺乏科學(xué)性、合理性，線路混亂，線路中的阻抗過大，信號衰減嚴(yán)重。經(jīng)過近幾年的實踐證明，新建小區(qū)的配電設(shè)備狀況良好，各種技術(shù)參數(shù)合理，在這些新小區(qū)運行低壓載波抄表效果超過舊的低壓臺區(qū)。

第二，安裝過程至關(guān)重要。根據(jù)前述可知，要安裝三表合一的集抄系統(tǒng)，必修要對大量的設(shè)備進行更換和安裝，如采集器、終端設(shè)備等。在采集終端設(shè)備安裝時，一定要做好下述幾方面：

其一，建議使用5種不同顏色的脈沖線為一組，并且將這些脈沖線交替排列，不同顏色的線對應(yīng)不同的表，這樣一旦發(fā)生任何故障就能及時進行處理和維護；

其二，在進行安裝時要尤其重視采集器和電表的接線是否按照相對應(yīng)的順序進行，若沒有按照順序進行，就可能會發(fā)生數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計錯誤的狀況；

其三，采集終端電源不能隨意安裝，通常要將這些電源安裝在開關(guān)或者端子的電源側(cè)，以避免出現(xiàn)在發(fā)生采集器斷電故障時數(shù)據(jù)漏采集相關(guān)信息；

其四，對安裝的裝置進行初始化設(shè)置時要進行詳細(xì)仔細(xì)的檢查，防止出現(xiàn)表底漏入的狀況，確保其完全正確，最大限度的減少工作量，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行。

第三，集抄數(shù)據(jù)正式進入MIS發(fā)行電費前要進行認(rèn)真、仔細(xì)的核對，確保數(shù)據(jù)信息的完全準(zhǔn)確性和可靠性。在整個臺區(qū)內(nèi)的所有問題都解決完成后，才可以將集抄系統(tǒng)投入正式運行。為了確保集抄系統(tǒng)止與發(fā)行表起數(shù)據(jù)信息的連續(xù)性，在上傳發(fā)行MIS發(fā)行之前，要進行集抄、手抄的仔細(xì)對比，確保數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤要及時進行更正，確保集抄系統(tǒng)的正式投入運行。

4 結(jié) 語

綜上所述，電力線載波系統(tǒng)在三表合一中具有重要的作用，不僅能實現(xiàn)各種類型數(shù)據(jù)信息的遠程自動采集、集中、交費管理、用電統(tǒng)計等，對配電網(wǎng)推進自動化，提供經(jīng)濟效益方面具有重要作用。然而由于各種因素的影響，國內(nèi)目前三表合一集抄系統(tǒng)的發(fā)展水平較低，要實現(xiàn)大面積的推廣使用，系統(tǒng)可靠性、數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量還要亟待提高。

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