基于电力在线载波检测的电力线缆无线保护系统研究

摘要：提高电缆系统的性能需要从根本上加强电力线缆的保护和检测，迎合电力线缆的检测需求。文章基于我国当前电力线缆无线保护发展现状，阐述了电力线缆无线保护系统的工作原理，并对系统的电力载波的通信模块和ZigBee模块进行了分析，综述了基于电力在线载波检测的电力线缆无线保护系统软件设计。

关键词：电力载波；在线载波检测；电力线缆；无线保护系统；电力传输 文献标识码：A

中图分类号：TM711 文章编号：1009-2374（2015）11-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.010

作为电力传输的关键通道，电力线缆很容易因外界恶劣天气、人为因素及施工因素的影响出现电缆线路破坏的现象，影响整个电力系统的正常运行。电力线缆的检测和维修是保障电力系统稳定、持续运行的前提，在当前信息化社会中，电力电缆保护工作也向着智能化的方向发展。因此，研究基于电力在线载波检测的电力线缆无线保护系统具有非常重要的意义，可以提高管理效率，减轻管理人员的工作量，实现电力线缆的在线监测，提高了故障报警的准确性。

1 电力线缆无线保护系统的工作原理

建立在电力在线载波检测基础之上的电力线缆无线保护系统可以划分为四个部分，即远程控制中心、嵌入式无线网关、ZigBee无线局域网及电力载波通信模块。在对系统中的电力载波通信模块进行设置时，应以固定的距离为标准，而在串行接口（Serial Interface）的作用下，电力载波通信模块能够收到由ZigBee模块发出的信号。通过系统中其他部件处理的作用，能够对数据信息进行进一步的处理工作，最后将这些数据信息转变为高频载波信号，通过电缆通道对这些信号进行高效的传输。基于电力在线载波检测的电力线缆无线保护系统工作原理详见图1：

图1 基于电力在线载波检测的电力线缆无线保护系统工作原理

电力线缆无线保护系统在运行状态下，系统中的ZigBee模块具有对比分析数据信息的功能，对多个节点进行检测，并向网络协议器传输整个电缆的运行情况，动态的检测电缆的工作状态。系统中嵌入式无线网关部分的主要作用就是整合数据，应用通用分组无线服务技术，使远程服务控制设备获取处理后的数据信息。远程服务器不仅可以保存接收的数据，还能够通过交互式的处理方式，加工数据信息，应用先进的技术，最终将数据通过图表的形态展示出来，便于管理控制工作人员更加详细地了解线缆的运行，将实时性、准确性、全面性的信息用于电缆无线保护计划和措施的制定。

2 电力线缆无线保护系统的电力载波通信模块分析

就我国当前电网和电力线缆的运行状况，可以发现除了不利的外界条件外，谐波对线缆通信也会产生很大的影响。应用对比分析的方法对电力载波通信模块进行研究，可以发现该模块在空间占用、功能方面存在明显的优势，具有极高的集成性能，不会因谐波干扰通信效果，充分发挥了直接序列扩频DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）及频移键控FSK（Frequency-shift keying）的编码、调制技术的优势，保证了线路通道中数据的传输质量。直接序列扩频与载波频率调制手段—频移键控的有机融合，使电缆的通信能力提升到一个新的层次，确保信号能够在较远传输距离过程中保持较高的质量，达到系统要求条件，便于管理工作人员的开发和研究。

电力线缆在接入电流的工作状态下，电力线缆无线保护系统的电力载波通信模块的监控功能更加优化，并设有相应的备用供电设备，以免因线缆损坏而影响电力系统的运行，确保电缆出现故障的情况下，仍能维持稳定的信号传输和电力供应。要注意的是发生故障时，线缆通道中信号传输的稳固性不但没有减弱，反而会增强。因为通信谐波的影响力也会相应减小，所以研发的基于电力在线载波检测的电力线缆无线保护系统在通电、不通电的情况下均发挥着重要的作用，提高了故障报警的准确程度，便于进行及时、有效的处理。

3 基于电力在线载波检测的电力线缆无线保护系统软件设计

基于电力在线载波检测的电力线缆无线保护系统在软件设计的过程中，将电力载波通信模块同ZigBee模块进行整合，构建无线局域网，可以动态地在线对电缆运行状况进行检测。电力线缆无线保护系统的核心部分就是电力载波通信模块，也是实现对电力线缆进行在线监测，准确地检测出电缆故障的重要保障。无线保护系统建立在载波检测的基础上，借助ZigBee使数据能够在多个节点间进行传输，节点间的检测工作是一个不断循环的过程，层层传递，电力线缆无线保护系统的检测原理详见图2：

ZigBee组网中一方面可以通过终端设备与路由的点播途径完成传输数据的工作，另一方面也可以发送网络节点广播命令信号的方式，传送数据。但如果电力线缆无线保护系统遇到突发状况，出现线缆损坏问题时，电力系统无法正常运行，可以借助电力载波通信模块的作用，使网络协议器接受到有关发生故障部位的具体信息。双向无线通讯ZigBee技术的应用使得电缆无线保护系统的成本投入大大降低，管理控制更加灵活，具有显著的优势，可以准确地对故障部位进行检测，在带电和不带电的情况下均能正常运行。电力线缆在线监测要求检测信号不能同时、同位置存在，否则会使谐波干扰增强，这就要求系统设计时，应选取轮询方式，进行循序渐进式的检测工作，该方法主要针对的是系统的终端设备。电缆节点检测工作均按照一定的顺序进行，提高了检测的可靠性。

4 结语

对电力线缆进行线路通断检测是保障电力系统正常运行的关键，本研究中应用故障检测法，通过直接序列扩频和扩展频谱技术，运用无线信号传输、电力载波通信检测的途径，使电力线缆的传输距离得到了明显的增大，增强了电缆对外界通信信号的抗干扰能力。基于电力在线载波检测的电力线缆无线保护系统，能够实时地、动态地进行检测，避免了故障误报现象的发生，发展前景十分广阔，在机械生产中具有广泛的应用，能够为社会创造更大的价值，推动社会经济的发展。

参考文献

[1] 王亚红.浅谈变电站综合自动化保护系统[J].科技资讯，2010，（15）.

[2] 侯飞，王刚，高志勇，庞争争，杨永洪.一起因功率倒向引起的线路保护误动[J].水电与新能源，2014，（11）.

[3] 何永斌，李少甫.一种基于嵌入式的新型电弧光保护系统研究[J].电脑知识与技术，2012，（22）.

[4] 石繁荣，黄玉清，任珍文.基于ZigBee的多传感器物联网无线监测系统[J].电子技术应用，2013，（3）.

[5] 赵伟，顾霞萍，王宜怀.一种基于FSK制式的智能来电显示模块的设计与实现[J].计算机应用与软件，2012，（2）.

作者简介：张涛（1981-），男，国网邯郸供电公司工程师，硕士，研究方向：电力电缆。

（责任编辑：周 琼）