基于抗干擾接地技術(shù)的通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟研究

張瀟北， 李一雯

(1. 國網(wǎng)浙江玉環(huán)市供電有限公司， 浙江, 臺州 317600；2. 國網(wǎng)浙江臺州市椒江區(qū)供電有限公司， 浙江, 臺州 318000)

0 引言

通信工程設(shè)備屬于實現(xiàn)人與人或人與機器之間信息溝通的設(shè)備，該設(shè)備在電子通信技術(shù)中被廣泛應(yīng)用，具備可測與可控等特性[1]。在高標(biāo)準(zhǔn)的電子通信技術(shù)的需求與質(zhì)量要求下，對通信工程設(shè)備的運維管理提出了更高的要求[2]。根據(jù)統(tǒng)計得知大部分電子通信工程設(shè)備終端在線率較低，進(jìn)而降低實際應(yīng)用水平，通過重啟通信工程設(shè)備終端可提升其在線率。目前，通信工程設(shè)備運行故障中約有85%的線路跳閘屬于瞬時故障[3]，工作人員需以人工方式重啟通信工程設(shè)備的終端，浪費大量時間，同時還需工作人員具有高超的維修技術(shù)，工作效率較低，這就需要研究通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟方法來縮短重啟時間，提升工作人員的工作效率與設(shè)備在線率。

蘇見燊等[4]通過分析直流極間短路故障特點，設(shè)計線路故障重啟方法，確保直流電網(wǎng)穩(wěn)定運行；林金嬌等[5]以故障隔離技術(shù)為基礎(chǔ)，提出UPFC自動重啟方法，提升實際應(yīng)用的可行性。通信工程設(shè)備在實際應(yīng)用中因信號穩(wěn)定性較差而降低其抗干擾性能[6]，導(dǎo)致以上研究方法在實際應(yīng)用中出現(xiàn)抗干擾能力偏低，重啟成功率不高的問題。

抗干擾接地技術(shù)可有效解決信息傳輸過程中信號干擾問題，提升通信過程中數(shù)據(jù)傳輸效率以及抗干擾性能，為此研究基于抗干擾接地技術(shù)的通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)木珳?zhǔn)性，縮短遠(yuǎn)程重啟時間，利于電子通信工程技術(shù)的發(fā)展。

1 基于抗干擾接地技術(shù)的通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟方法

1.1 通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟方法的構(gòu)思

通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟模塊的操作終端為智能手機，包含短信收發(fā)單元與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)單元等，通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟模塊結(jié)構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)單元屬于連接通信工程設(shè)備和主站發(fā)送遠(yuǎn)程重啟信息的輸送紐帶，為使短信收發(fā)單元和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)單元之間具有交互功能[7-8]，可利用SIM卡實現(xiàn)兩者間的交互功能。

數(shù)字加密(解密)單元負(fù)責(zé)加密操作以上兩個單元發(fā)送的信息，加密操作的方法是數(shù)字加密，若可以精準(zhǔn)解密信息，那么通信工程設(shè)備實施重啟操作[9]。

數(shù)據(jù)處理單元具備過濾與校驗接收的遠(yuǎn)程重啟信息，以壓縮數(shù)據(jù)維的方式提升數(shù)據(jù)存儲空間，使通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟模塊具備較高的數(shù)據(jù)傳輸效率，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)木珳?zhǔn)性。

執(zhí)行單元負(fù)責(zé)實施遠(yuǎn)程重啟操作，為提升遠(yuǎn)程重啟操作的效率，在接收數(shù)據(jù)處理單元發(fā)出的信息后且呈現(xiàn)首半波時，開始求解遠(yuǎn)程重啟信息，以功率電子器件方式輸出遠(yuǎn)程重啟信息。

1.2 通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟

通過對短信實施安全驗證排除垃圾短信，提升通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟的效率與安全性。通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟模塊的實現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2 通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟模塊的實現(xiàn)流程

主站利用數(shù)字加密(界面)單元對遠(yuǎn)程重啟的短信信息實施數(shù)字加密，數(shù)字加密(解密)單元以端對端的方法實現(xiàn)信息加密，將各個通信工程設(shè)備終端當(dāng)成一個用戶，利用固定密鑰方法為每個用戶分配密鑰并存儲于主站內(nèi)；若密鑰失效，則以手動更新方式，更新密鑰；若密鑰出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，則實施遠(yuǎn)程重啟操作。

1.3 抗干擾接地技術(shù)

1.3.1 信號電纜的抗干擾接地技術(shù)

低頻信號電纜利用單端接地的抗干擾接地技術(shù)解決因電場與磁場耦合形成的干擾問題，電場耦合干擾的形成原因為2個導(dǎo)線a、b間的分布電容，導(dǎo)線b對地干擾電壓[10]的表達(dá)式如下：

(1)

其中，Ua表示a的電壓，γ表示角頻率，CG表示總電容，Cab表示2個導(dǎo)線間的分布電容，R表示b對地的負(fù)載電阻。

磁場耦合干擾的形成原因是電抗器與磁力開關(guān)等干擾源，在回路y中因回路x產(chǎn)生磁場耦合干擾情況下，回路y中的串聯(lián)干擾電壓[11]表達(dá)式如下：

UN=γHIcosθ

(2)

其中，H表示磁通密度，θ表示2個回路間的角度，I表示電流載流量。

當(dāng)干擾源的γ固定時，降低Ua、Cab或R，同時提升CG，均可縮減導(dǎo)線b中的干擾電壓UN；通過降低干擾源回路x與回路y的連接位置的H，可減少干擾電壓UN。

低頻信號電纜的單端接地方式如圖3所示。

(a) 情況1的抗干擾接地方式

高頻信號電纜利用多點接地的抗干擾接地技術(shù)解決因電場與磁場耦合形成的干擾問題，其抗干擾接地方式如圖4所示。

圖4 高頻信號電纜的抗干擾接地技術(shù)

高頻集膚效應(yīng)可分離信號電流與干擾電流，分別使2種電流存在于屏蔽層的內(nèi)表面與外表面，提升通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟模塊傳輸遠(yuǎn)程重啟信息通信過程的抗干擾性能。

1.3.2 通信工程設(shè)備本身的抗干擾接地技術(shù)

選擇不同的抗干擾接地技術(shù)；通信工程設(shè)備接地線表面的射頻電阻Rrf的表達(dá)式如下[12]：

(3)

其中，μ與P分別表示接地線內(nèi)銅的磁導(dǎo)率與電導(dǎo)率，f表示通信工程設(shè)備的工作頻率，L表示通信工程設(shè)備到接地極的接地線長度，W表示接地線的寬度。

通信工程設(shè)備接地線的高頻阻抗Z表達(dá)式如下[13]：

(4)

其中，λ表示波長。

通信工程設(shè)備接地線的長度需參考其發(fā)射的波長，在接地線長度低于1/3波長時，可降低通信工程設(shè)備發(fā)射波長時形成的干擾；在接地線長度大于1/3波長時，為降低通信工程設(shè)備發(fā)射波長時形成的干擾，其長度只能是1/3波長的偶數(shù)倍。

2 實驗分析

以某電子通信工程為實驗對象，該電子通信工程中包含378個設(shè)備，在這些設(shè)備出現(xiàn)故障時，利用本文方法對其實施遠(yuǎn)程重啟。

通過扭矩傳感器采集電子通信工程設(shè)備通信過程中的干擾信號，利用本文方法抑制通信過程中的干擾信號，采集到的干擾信號如圖5所示。本文方法抑制后的效果如圖6所示。

圖5 采集的干擾信號

對比圖5、圖6可知，本文方法中2種接地方式的抗干擾接地技術(shù)均能夠有效抑制信息傳輸過程中形成的干擾信號。實驗證明，本文方法能夠有效抑制通信過程中的干擾信號，提升本文方法傳輸遠(yuǎn)程重啟信息通信過程的抗干擾性能，確保信息傳輸?shù)木珳?zhǔn)性。

(a) 單端接地方式的抗干擾性能

將文獻(xiàn)[4]的線路故障重啟方法與文獻(xiàn)[5]的UPFC重啟方法作為本文方法的對比方法，分別記作文獻(xiàn)[4]方法與文獻(xiàn)[5]方法。在該電子通信工程中隨機選取1個設(shè)備，并人為設(shè)置故障，利用3種方法對該設(shè)備實施遠(yuǎn)程重啟操作，統(tǒng)計實驗過程中的各項指標(biāo)如表1所示。

分析表1可知，本文方法能夠壓縮接收信息的大小，提升數(shù)據(jù)傳輸效率；本文方法可有效縮短通信工程設(shè)備故障宕機時長，以高達(dá)97.8%的遠(yuǎn)程重啟成功率將通信工程設(shè)備性能提升至45%；本文方法的遠(yuǎn)程重啟成功率分別比其余2種方法高出8.53%與6.85%；本文方法提升通信工程設(shè)備性能的幅度明顯高于其余2種方法。實驗證明：本文方法具有較好的遠(yuǎn)程重啟效果。

表1 3種方法的各項指標(biāo)統(tǒng)計結(jié)果

在該電子通信工程中隨機選取100個設(shè)備，并人為設(shè)置設(shè)備故障，利用3種方法對這100個設(shè)備實施遠(yuǎn)程重啟操作，記錄3種方法實施遠(yuǎn)程重啟操作的執(zhí)行時間，即接收主站發(fā)送的遠(yuǎn)程重啟信息后到完成遠(yuǎn)程重啟操作的總執(zhí)行時間，記錄結(jié)果如表2所示。

表2 3種方法的執(zhí)行時間

分析表2可知，隨著需要實施遠(yuǎn)程重啟操作的通信工程設(shè)備數(shù)量越多，3種方法的執(zhí)行時間越長，在實施遠(yuǎn)程重啟操作的不同數(shù)量的通信工程設(shè)備時，本文方法的執(zhí)行時間均明顯低于其余2種方法；隨著設(shè)備數(shù)量的增加，本文方法執(zhí)行時間的提升幅度較小，原因是本文方法設(shè)計的數(shù)據(jù)處理單元具備過濾與校驗接收的遠(yuǎn)程重啟信息功能，可提升數(shù)據(jù)傳輸效率。實驗證明：本文方法可有效縮短遠(yuǎn)程重啟操作的執(zhí)行時間。

3 總結(jié)

為提高通信工程設(shè)備終端的在線工作率，提升設(shè)備實際應(yīng)用性能，研究基于抗干擾接地技術(shù)的通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟方法。設(shè)計通信工程設(shè)備遠(yuǎn)程重啟通信模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程重啟操作，結(jié)合抗干擾接地技術(shù)，提升通信過程中的抗干擾性能；通過設(shè)計遠(yuǎn)程重啟方法，可提升通信工程設(shè)備故障恢復(fù)效率，避免因重啟時間較長導(dǎo)致故障時間延長、設(shè)備實際應(yīng)用性能不理想等問題。