基于臺(tái)區(qū)變壓器兩端光纖通信的農(nóng)網(wǎng)配電線載波數(shù)據(jù)通信

肖 宏，何 森，覃宗濤，吳立忞，趙小龍，徐 鑫

（1.廣西電網(wǎng)公司桂林供電局，廣西 桂林 541001；2.西安浩源電力科技有限公司，陜西 西安 710069）

0 引 言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，城鄉(xiāng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)一體化的格局在各級(jí)縣市區(qū)逐步形成，居民生活質(zhì)量得到很大提升。配電網(wǎng)在我們的生活中發(fā)揮著不可忽視的作用。電是現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)行的動(dòng)力，但我國許多農(nóng)村地區(qū)，依然存在用電不暢、用電太貴等問題，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民群眾生活水平的提高。1998年以前[1]，農(nóng)村“三電現(xiàn)象”（人情電、權(quán)力電、關(guān)系電）和“三亂現(xiàn)象”（亂收費(fèi)、亂加價(jià)、亂攤派）大量存在，同時(shí)農(nóng)村電力設(shè)備普遍老化，線損耗電巨大，不僅導(dǎo)致農(nóng)村生活安全隱患的增多，而且作為不必要的電力運(yùn)行成本攤派到農(nóng)村電價(jià)中，在一定程度上加大了農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此農(nóng)村電網(wǎng)變得越來越重要[2-4]，不僅很大程度上提高了農(nóng)村居民的生活質(zhì)量，且對(duì)我們的科學(xué)發(fā)展及社會(huì)經(jīng)濟(jì)都產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。隨著社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)工作的全面開展，國網(wǎng)公司提出了“新農(nóng)村、新電力、新服務(wù)”的發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)一步提高農(nóng)村電氣化水平，并要求以科技為支撐，進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，提升裝備科技含量[5-8]，形成結(jié)構(gòu)優(yōu)化、布局合理、技術(shù)適用、供電質(zhì)量高、電能損耗小的農(nóng)村電網(wǎng)。農(nóng)網(wǎng)發(fā)展不僅關(guān)系到農(nóng)電體制改革和農(nóng)村電力市場(chǎng)的完善，且關(guān)系到政府威信、企業(yè)誠信、民心所向，牽動(dòng)著城鄉(xiāng)電價(jià)、農(nóng)民負(fù)擔(dān)，及農(nóng)村群眾生產(chǎn)生活水平與農(nóng)村電氣化事業(yè)發(fā)展等，對(duì)于開拓農(nóng)村消費(fèi)市場(chǎng)，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有十分重要的意義。

當(dāng)前的電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行都依賴于通信網(wǎng)絡(luò)，目前，配電網(wǎng)跨接變壓器數(shù)據(jù)通信方式主要為無線通信跨接變壓器通信方式[9,10]和數(shù)據(jù)網(wǎng)線跨接變壓器通信方式[11]。雖然這些通信方式可實(shí)現(xiàn)變壓器之間的通信傳輸，但往往在實(shí)際運(yùn)行過程中存在一些問題。無線通信跨接方式受環(huán)境影響大，可靠性差；網(wǎng)線直連跨接方式有被10 kV中壓擊穿短路變壓器中壓側(cè)與低壓側(cè)的風(fēng)險(xiǎn)[12-14]。針對(duì)這些問題，文中提出了一種基于臺(tái)區(qū)變壓器兩端光纖通信的農(nóng)網(wǎng)配電線載波數(shù)據(jù)通信方式，通過光電轉(zhuǎn)換裝置將信號(hào)從變壓器低壓側(cè)傳遞到變壓器中壓側(cè)，再經(jīng)中壓電力線載波將信號(hào)從無GPRS信號(hào)的臺(tái)區(qū)傳輸?shù)接蠫PRS信號(hào)的臺(tái)區(qū)，這種通信方式能夠適應(yīng)長距離通信，且信息容量相對(duì)較大，具有較高的傳遞質(zhì)量和抗干擾能力，傳輸速度也能夠滿足電網(wǎng)需求，實(shí)現(xiàn)無信號(hào)臺(tái)區(qū)信息的有效通信。

1 基本原理

為降低臺(tái)區(qū)中壓側(cè)10 kV電壓擊穿通信設(shè)備，直接傳入低壓側(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，在臺(tái)區(qū)高壓側(cè)與低壓側(cè)分開供電，臺(tái)區(qū)低壓側(cè)直接供電給配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端及擴(kuò)展模塊，配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展模塊與電力線載波裝置之間采用光纖通信，保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實(shí)時(shí)性，通過光電轉(zhuǎn)換裝置將電信號(hào)與光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將數(shù)據(jù)信息傳送到電力線載波裝置中，載波裝置由中壓側(cè)的電壓互感器供電；該傳輸過程是可逆的，將以上過程逆向傳輸（逆向過程中配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端有GPRS信號(hào)模塊），可將信號(hào)傳送到有GPRS信號(hào)的臺(tái)區(qū)位置?？缗_(tái)區(qū)配變數(shù)據(jù)通信裝置系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 跨臺(tái)區(qū)配變數(shù)據(jù)通信裝置系統(tǒng)原理框圖

該系統(tǒng)的通信在臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)到低壓線路后一段架空線路上進(jìn)行。其目的在于監(jiān)測(cè)低壓線路中后段，即監(jiān)測(cè)末端的電壓電流是否正常，是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)。前后之間的通信由電力線載波完成，由后面的低壓線路綜合監(jiān)測(cè)終端向前面位于配變低壓側(cè)的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展模塊傳輸數(shù)據(jù)。

臺(tái)區(qū)配變：臺(tái)區(qū)是指（一臺(tái)）變壓器的供電范圍或區(qū)域，臺(tái)區(qū)配變?yōu)槟骋还╇妳^(qū)域的配電變壓器。

配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端：無信號(hào)臺(tái)區(qū)的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端不含GPRS信號(hào)模塊，有信號(hào)臺(tái)區(qū)的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端包含GPRS信號(hào)模塊。

配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展裝置：配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展模塊與配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端之間通過485或232接口實(shí)現(xiàn)通信。配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展模塊由載波通信模塊、控制器、電源組成，其220 V電源接自配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端的電源端子。配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展模塊需完成如下功能：

（1）比較并判斷低壓線路綜合監(jiān)測(cè)終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，當(dāng)配變低壓側(cè)缺相，即某一電壓、電流為0，而其他兩相正常時(shí)預(yù)警，并將判斷結(jié)果（預(yù)警結(jié)果）發(fā)給配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端，由其傳回局方系統(tǒng)；

（2）比較判斷時(shí)，若配變低壓側(cè)某相電壓正常，但電流為0，且與之對(duì)應(yīng)相序后面的電壓、電流數(shù)據(jù)均為0，則可判定該相導(dǎo)線斷線，并向配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端發(fā)送判斷結(jié)果，以示預(yù)警。這時(shí)，后面低壓線路綜合監(jiān)測(cè)終端發(fā)送過來的電壓電流為零值，由非斷線相序發(fā)送，即零值數(shù)據(jù)的相序因無電由無線模塊把斷電瞬間的數(shù)據(jù)發(fā)給另外有電的相序。

（3）在正常情況下，后面的低壓線路綜合監(jiān)測(cè)終端會(huì)將三線電壓、三相電流數(shù)據(jù)傳輸過來。

（4）需要有過壓保護(hù)、過欠流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、雷電保護(hù)功能。其中過壓、過流需要在軟件里設(shè)置閾值，當(dāng)超過該設(shè)定閾值時(shí)，則啟動(dòng)保護(hù)功能。

光電轉(zhuǎn)換裝置：實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到光信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。

2 具體實(shí)施

首先臺(tái)區(qū)變壓器低壓側(cè)（即臺(tái)區(qū)變壓器右側(cè)）提供電壓給配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端（無GPRS信號(hào)模塊），然后將數(shù)據(jù)信息傳送給配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展裝置（含低壓載波模塊），經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換裝置將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再經(jīng)光纖傳遞，由光/電轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)據(jù)信息傳送到中壓電力線載波裝置中；由于臺(tái)區(qū)變壓器低壓側(cè)無法直接對(duì)中壓電力線載波裝置供電，因此采取10 kV電壓互感器（PT）供電；有GPRS信號(hào)臺(tái)區(qū)接收信號(hào)過程為無GPRS信號(hào)臺(tái)區(qū)傳遞信號(hào)的逆過程，臺(tái)區(qū)配變裝置系統(tǒng)電氣圖如圖2所示。

圖2 臺(tái)區(qū)配變裝置系統(tǒng)電氣圖

桂林局城南分局的羅馬街臺(tái)區(qū)與草底村臺(tái)區(qū)通信傳輸示意如圖3所示。

圖3 通信傳輸示意圖

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

為了驗(yàn)證本文方法的有效性，在桂林局城南分局采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測(cè)量草底村配電變壓器低壓側(cè)三相電壓、三相電流，羅馬街配電變壓器低壓側(cè)原三相電壓、三相電流，以及羅馬街配變接收到草底村配變低壓側(cè)的三相電壓、三相電流。測(cè)量結(jié)果分別見表1、表2所列。

表2 草底村配變低壓側(cè)與羅馬街配變低壓側(cè)電流集中后臺(tái)匯總表

表1為草底村配變低壓側(cè)與羅馬街配變低壓側(cè)電壓集中后臺(tái)匯總表。可以看出，A相的草底村配變低壓側(cè)電壓為225.5 V，與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)A相電壓相差0.1 V；B相草底村配變低壓側(cè)電壓為227.2 V，與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)B相電壓相差0.2 V；C相草底村配變低壓側(cè)電壓為230.7 V，與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)C相電壓相差0.1 V，草底村配變低壓側(cè)三相電壓與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)三相電壓誤差很小，可忽略不計(jì)。

表2為草底村配變低壓側(cè)與羅馬街配變低壓側(cè)電流集中后臺(tái)匯總表。A相羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)電流為151.323 A，與草底村配變低壓側(cè)電流相差0.044 A；B相羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)電流為138.135 A，與草底村配變低壓側(cè)電流相差0.078 A；C相羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)電流為185.568 A，與草底村配變低壓側(cè)電流相差0.006 A；草底村配變低壓側(cè)三相電壓、三相電流以及羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)三相電壓、三相電流誤差很小，在可控范圍內(nèi)?？梢?，在一定范圍內(nèi)采用本文方法可大幅提高信息的傳輸效率，確保信息完整傳輸，實(shí)現(xiàn)了草底村配變到羅馬街配變之間信息的高效通信。

4 結(jié) 語

目前采用的農(nóng)村配電網(wǎng)電力線載波通信方式存在無法避免的外在干擾因素，影響通信傳輸過程，降低了傳輸可靠性。在實(shí)際傳輸過程中，載波通信會(huì)被臺(tái)區(qū)變壓器阻隔，導(dǎo)致傳輸中斷，無法完整實(shí)現(xiàn)電力線載波通信從低壓載波到中壓載波。本文方法有效解決了這些問題，通過光電轉(zhuǎn)換裝置將信號(hào)從變壓器低壓側(cè)傳遞到變壓器中壓側(cè)，再經(jīng)中壓電力線載波將信號(hào)從無GPRS信號(hào)的臺(tái)區(qū)傳輸?shù)接蠫PRS信號(hào)的臺(tái)區(qū)，實(shí)現(xiàn)無手機(jī)信號(hào)臺(tái)區(qū)信息的有效通信，大幅提高了可靠性與傳輸效率，實(shí)時(shí)性良好。

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