特殊环境下集中器上线率的提升方案

钟 勇

(国网湖南电力 岳阳供电公司, 湖南 岳阳 414000)

特殊环境下集中器上线率的提升方案

钟 勇

(国网湖南电力 岳阳供电公司, 湖南 岳阳 414000)

通过运用寻源、适时、放大、清频等无线通信优化方案来提高地下室、楼道等特殊环境下集中器的上线率, 极大地提高无线集抄的成功率, 减少集抄设备故障抢修工作量, 提升服务质量, 减少客户投诉.

特殊环境; 集中器; 上线率

集中器是将电能表信息进行采集与集中并利用通信通道进行回传的装置, 其通信质量的好坏, 是评价集中器的重要指标. 目前绝大部分台区均安装的是通过GPRS信道进行回传的集中器, 其中约18%的集中器都安装在地下室、楼道等无线通信条件较特殊的环境中. 在这类无线通信条年较特殊的环境下, 集中器的通信情况往往不稳定. 目前, 针对信号问题引起的集中器掉线问题, 还没有一个完整规范科学的方法及流程可以解决, 因此有必要针对该类问题进行实用方法与流程的探索与研究.

1　现状简述

1) 特殊环境下集中器无线通信运行水平较低, 信号强度往往不能满足数据无线传输所需的最低强度要求(-75dB), 因而造成通信质量不高, 通信信号时有时无, 集中器频繁掉线等现象时有发生.

2) 当集中器频繁掉线后, 无法确定是信号传输出现问题, 还是设备、设施发生故障, 这会造成处理的盲目性. 当确有设备、设施故障时, 由于难以判断又会影响到及时处理.

3) 集中器不能稳定在线, 严重影响了集中器的上线率等考核指标.

2　原因分析

经过对典型的无线网络问题进行排查和现场勘测, 发现导致无线集中器掉线的主要原因如下:

1) 覆盖盲区: 以中国联通某基站的信号强度分布为例, 靠近基站15KM范围为信号正常覆盖范围, 15KM～38KM为信号较弱区域, 38KM以外区域基本为信号覆盖盲区. 如果表箱所在位置为某运营商覆盖盲区, 则无法正常通信.

2) 呼吸效应: 呼吸效应是CMDA网络特有的一种特性(图1). 当某小区打电话的人数增多到一定程度, 覆盖该地区的CDMA网络就会缩小, 使小区一些地方出现覆盖盲区. CDMA网络在话务忙时会因呼吸效应缩小覆盖范围. 从图1可以看出, 随着话务量的增大, 网络的覆盖质量明显下降.

图1　呼吸效应示意图

3) 边界效应: 正常语音通信信号强度不低于-80dB, 正常数据通信信号强度不低于-75dB, 集中器通信属于数据通信, 所以要求其周围信号强度要高于-75dB, 如果处于边界, 就会造成通信不稳定.

4) 同频干扰: 所谓同频干扰, 是指无用信号的频率与有用信号的载频相同或相近, 对接收同频有用信号的接收机造成的干扰. 如图2所示.

图2　同频干扰示意图

移动运营商自建基站本身由于网优问题会产生同频干扰, 除了移动运营商本身的干扰之外, 其他民用设备也可能成为干扰源.

5) 其他原因: 多径效应、线路损耗、材料屏蔽、框架衰耗、器件老化等.

6) 经过上百次集中器掉线统计, 我们得到各类影响原因所占比例分布情况为: 覆盖盲区占18%左右、呼吸效应影响占28%左右、边界效应占24%左右、同频干扰占17%左右、其他原因占13%左右. 因而影响无线通信的主要原因是四个方面: 覆盖盲区、呼吸效应、边界效应和同频干扰. 如果能解决好这四个方面的问题, 集中器上线率就会得到很大的提高.

3　解决方案

1) 寻源: 针对信号的覆盖盲区, 要实现正常的无线通信, 就必须先利用扫频仪对周围环境进行信号强度扫频, 寻找强信号源, 然后通过信号放大器, 把信号引入到覆盖盲区或者将天线延长到该位置.

① 制式寻源: 利用扫频仪寻找原位优势运营商(移动、联通、电信)信号源.

② 天线寻源: 利用扫频仪寻找最近的信源.

2) 适时: 针对呼吸效应, 通过分析话务模式, 避开通信高峰区, 保证通信质量. 对于无线集抄系统, 先采集统计得到该小区的话务模型(图3), 然后根据小区话务模型适时调整集中器上传数据的时间.

图3　某小区CDMA网络的话务模型

从图3中可知, 20点到22点为话务高峰区, 这段时间该小区信号覆盖范围会缩小, 为了保证正常的通信, 需要避开高峰区通信.

3) 放大: 针对边界效应, 通过对不稳定的信号进行低噪处理, 然后放大再稳定输出, 从而解决因边界效应而无法正常通信的问题. 信号放大原理如图4所示.

图4　信号放大原理

4) 清频: 针对同频干扰, 通过扫频仪找出干扰源, 进行清频处理.

4　实施

1) 旧小区(已投运小区): 针对旧小区,首先确定无法正常通信的集中器选用的是哪家运营商, 也就是确定其使用的通信制式和频率. 然后使用专业的扫频仪对集中器所处的配电房进行特定制式的频谱分析, 确定造成其无法正常通信的最主要原因, 再针对该原因, 实施相对应的解决措施. 具体的实施流程如图5所示.

2) 新建小区: 针对新建小区, 使用频谱仪对集中器周围进行扫频分析, 选择信号较强的网络, 选择信号较强的运营商和合理的天线安放位置, 防止同频干扰和边界效应的发生; 如果选择的是CMDA网络,还需要根据小区话务模型进行分析, 确定最佳通信时间.

图5　方案实施流程图

5　应用

采用本文方法, 分别在岳阳市的三个台区: 新辉华府台区、恒大名都台区和黄金小区进行实际应用.下面以黄金小区为例.

1) 黄金小区地下室配电房中集中器使用的是联通GSM网络(图6).

图6　黄金小区集中器

2) 对集中器所处的位置, 使用扫频仪进行频率扫描, 扫描结果如图7所示.

图7　黄金小区-方案部署前

由图7可知, GSM900/1800MHZ(GSM通信终端会自动选择900MHZ和1800MHZ进行通信)两个频率段的信号强度为-80dB到-75dB之间, 处于正常数据通信的边界; 其周围没有明显其他波峰, 排除同频干扰. 因此影响黄金小区集中器正常通信的原因是边界效应.

3) 针对边界效应, 采用信号放大器, 输出稳定的无线信号供集中器通信. 为了获取较好的信号, 采用室外天线引入较强的信号源, 然后通过信号放大器低噪、放大, 再通过室内天线输出稳定无线信号.

4) 加入信号放大器后, 再次用扫频仪分析信号强度, 结果如图8所示.

图8　黄金小区-方案部署后

由图8可知, GSM在900MHZ信号强度达到-48dB, 远远高于正常数据通信最低强度-75dB.

5) 信号放大器安装工作后, 工作人员的手机信号由零格、一格极不稳定状态瞬间变为满格, 信号稳定、通信畅通, 如图9所示.

图9　信号对比图

6　结束语

1) 这三个台区在采用了本文方法进行了处理后, 信号强度得到了很大的提升, 设备运行情况稳定,强度平均提升了31dB, 且至今未再发生过因信号问题而发生的抢修任务. 对比以往的数据估计, 减少了13次抢修任务, 极大地减少了检修的频次.

2) 以往处理这三个小区的信号问题抢修故障, 平均用时达到46分钟, 在使用了全新的处理方法及流程后, 平均用时只有29分钟, 节约了大量抢修用时.

3) 有效提高了采集成功率. 根据2013年10月份至2014年三月份的数据统计, 恒大名都、新辉华府及黄金小区的上线率分别从86.5%、84.2%、81.3%提升至96.3%、96.1%、95.2%.

[1] 赵 兵, 高 欣, 郜盼盼, 等. 适用于用电信息采集的轻量级认证密钥协商协议[J]. 电力系统自动化, 2013, 37(10): 10～16

[2] 卢 玲. 智能电网下的用电信息采集[J] . 硅谷, 2011, (13): 195

[3] 习培忠. 用电信息采集系统在电力企业的应用分析[J]. 中国电力教育, 2010, (09): 254～256

[4] 徐 魁, 蒋瑀瀛. 基于GSM/GPRS通信的抄表系统[J] . 电力系统自动化, 2004, (17): 94～96

[5] 章 欣, 周宗发. Q-GDW379.2009电力用电信息采集系统通信单元技术规范统[S]. 北京: 中国电力出版社

[6] 盛朝阳, 郑贤善. 扩频载波技术在电力线通信中的作用[J]. 华东电力, 2000, (09): 29～30

The Improvement Scheme of Concentrator On-line Rate Under Special Circumstances

ZHONG Yong
(State Grid Hunan Electric Power Company, Yueyang Branch, Yueyang 414000, China)

Using the optimization scheme of wireless communication, such as signal source’s searching, timely, amplification, clear frequency, etc., to improve the concentrator on-line rate in a basement, corridor and so on, the success rate of wireless meter reading is improved, the repair work on meter reading equipments is greatly reduced, so as to the quality of service is improved and the customer complaints are reduced.

special environment; concentrator; online rate

TN929.5

A

1672-5298(2016)03-0043-05

2016-07-10

钟 勇(1982- ), 男, 湖南岳阳人, 国网湖南电力岳阳供电公司工程师. 主要研究方向: 电力营销计量