基于配电网电缆屏蔽层的宽带载波通信技术研究

李阎君 黄翰 陈柏旭 彭杰 周迷

摘   要：在社会经济不断发展的过程中，人们对于供电的需求也在不断的增加，相关的配电网以及其他电力设备也得到了充分的发展。实施配电自动化系统就需要有稳定可靠、经济合理的通信系统来支持，在当今城市的供电系统中，离不开以电缆为主进行供电的配电网，所以本文中提出了一种基于配电网电缆屏蔽层的宽带载波通信技术，从理论上来说该技术的物理层的通信速率能够达到30Mbps，并且能够对TCP/IP协议进行支持，在通信上能够实现对等通信方式。在本文中通过对线路输入阻抗以及载波通信频谱进行相应的测量分析，进而配置相应的通信模式，在璧山公司的实际通信试验中进行了相应的测试，表明该种通信模式的有效性。

关键词：配电网  电缆屏蔽层  宽带载波  通信技术

中图分类号：TM72                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）08（a）-0142-02

在配电网自动化系统中，通常采用的通信方式有电力线载波、光纤、无线通信、电缆等，每一种通信方式都具有不同的性能和特点。电力线载波技术是以电力线自身作为相应的通信媒介，因此不需要再重新设置相应的通信通道，在配电网自动化系统中得到了较为广泛的关注。目前国内配电自动化系统的通信网络一般都是以光纤为主、GPRS为辅，实现光纤全覆盖需要极大的投资，而且由于受配网实际建设环境限制，光纤没能有效覆盖区域的配电终端，因为信息安全因素，国网公司也不再允许使用GPRS做遥控。对于璧山公司而言，城区部分环网柜、老旧开闭所敷设光纤难度较大，难以实现“三遥”功能应用，基于这种现状，公司运检部配网工区利用环网柜通信模块进行现场应用试验。该设备依托电缆屏蔽层进行载波数据传输，无复杂的施工布线工作，可有效解决光纤敷设难，施工成本高等问题。

1  配电网的结构以及其信道特征

根据实际中供电的需要以及相关要求，会对配电网中的电力线路进行相应的设计，在中低压配电线路上进行高频载波信号的传输时，需要利用到哪种通信模式，通常要考虑相关装置的安全及可靠性和信号传输的效率，并且也要符合配电网的实际结构以及通信网络的运行方式。

1.1 配电网的结构以及其分级分析

一般在配电网中包含中压配电网和低压配电网，不同的配电网其传输的电压是不同的，中压配电网的等级在6～35kV，而低压配电网的等级在220～380V。对于中压配电网而言，其相关变压器中压线圈的中性点既可以不用接地，也可以适量的进行阻抗接地。在进行供电的过程中，变压器是通过向相应的母线进行供电，而相应的母线会通过断路器向配电网中的中压馈线进行供电，最终达到向用户供电的目的。

中压配电网是一种动态的、变化的结构，按照配电网自动化以及数据传输的相关要求，中压配电网的运行方式主要包括辐射和互连两种方式。而低压配电网中低压配电线路的长度在通常情况下不会超过500m，该配电网的网络拓扑是一种辐射状树型复合结构，低压电力网一般是由地埋绝缘电缆、架空绝缘电缆和其他开关装置等组成，低压网在运行方式上也可以使用互连的方式，其也是一种动态的、变化的结构。

1.2 配电网网络的特性

低压网和中压网一般在网状结构、运行方式上具有很多类似的地方，其网络都是一种共享介质，物理上的结构都是辐射状树型复合结构。不同的是低压网上具有更多的用户，传输距离一般都比较近，并且配电网络也都比较复杂，而中压网具有较远的传输距离和较大的网络覆盖面积，因为其具有较高的电压等级，所以在应用的时候需要使用特殊的耦合设备，从而满足工业的相关安全标准。

配电网与传统的中高压输电线网络相比较，一般具有很大的差别，高压输电线载波通信所依賴的输电线网具有较为简单的网络结构，能够实现数据在长距离中点对点之间的传输;同时在相应的变电器和输电线上都装备了阻波器，这样做能够对负载和线路阻抗变化对载波通信的影响进行有效的隔离，从而保障通信具有良好的性能。

1.3 配电网的信道特征

电力线主要是用来进行高压工频电流传输的，而想要使用配电线建立相应的数据通道，一般都存在着较多的困难。高频载波信号具有较大的传输衰减、较高的噪声电平以及较多的干扰种类，这些因素都会对数据通道的计算建立产生一定的影响，同时线路中的耦合阻抗也会不定时的发生不可预测的变化。通过使用相应的耦合装置可以解决一定的阻抗波动，对电力线路的高压工频以及谐波噪声具有一定的抑制作用。

2  宽带载波通信在电缆屏蔽层的应用

经过相应的考察可以得知该城区的配电网实际建设环境受到一定的限制，其城区的部分环网柜以及老旧开闭所进行敷设光纤具有较大的难度，在一定程度上难以实现“三遥”功能的应用。依托于电缆屏蔽层，使用环网柜通信模块进行载波数据传输，这样能够避免复杂的施工布线工作。

虽然在电缆屏蔽层进行高频信号传输时，会出现较快的信号衰减的现象，这就需要限制相应的通信距离。根据璧山帝逸城的相关情况可以采用基于配电网电缆屏蔽层的高频信号载波通信来实现宽带通信的相关方案，利用相关设备依托于电缆屏蔽层可以进行载波数据传输。电缆屏蔽层不会与通电的导体芯进行直接的接触，在其中间还会有屏蔽架和交联层进行隔离。通过利用电缆屏蔽层作为高频信号传输的载体，基本能够消除电力线大电流因电磁感应而产生的噪声。基于配电网电缆屏蔽层的宽带载波通信技术传输的是高频信号，所以具有非常高的通信速率，能够真正实现宽带通信。

3  璧山公司电缆屏蔽层宽带载波通信试验

由于受到配网实际建设环境限制，城区部分环网柜、老旧开闭所敷设光纤具有较大的难度，难以实现“三遥”功能应用。在这种情况下，璧山公司的运检部配网工区利用环网柜通信模块进行现场应用试验。该试验选择的区域是在璧山帝逸城1#开闭所，进行环网柜载波通信模块现场试验。试验10kV电缆起止点为帝逸城1#开闭所622开关出线至帝逸城3#配电室601开关进线，在这个过程中所使用到的线缆的长度为370m。按照相关的试验要求对相关线路进行了应有的布置，并根据安装示意图对相关设备进行了安装。在该试验中，由于璧山公司的配电自动化主站以及相关DTU尚在建设中，无法进行相应的开关预置及开关遥控实验，所以在这次试验中主要对其通讯功能进行了相关的试验，试验的具体情况如下。

3.1 通讯成功率

在进行电缆屏蔽层宽带载波通信试验的过程中，针对通信成功率这一环节的测试试验，本文的研究中是按照20字节通讯报文、200字节通讯报文分两组进行测试，每组共计1000次。通过试验我们可以得到相关的测试数据以及测试完成后所得到的通讯成功次数和通讯成功率。通过对这些数据进行分析可以得知，不管是20字节的通讯报文长度还是200字节的通讯报文长度，在进行1000次的通讯试验下，其通讯成功率都能够达到100%，这就表明了其具有良好的通讯效果。

3.2 通讯响应时间

在进行电缆屏蔽层宽带载波通信试验的过程中，针对通信响应时间这一环节的测试试验，本文研究中是按照50字节通讯报文、200字节通讯报文分开测试通讯100次所需要的通讯响应时间，对于不同长度的报文各测试5组，再计算出每次所需的通讯响应时间。

通过对相关测试结果进行分析可以得知，针对于50字节长度的通讯报文，在100次不间断通讯测试中，其每一次通讯所用的时间没有太大的差别，而平均下来其每次所用的通讯时间为0.242s;针对于200字节长度的通讯报文，同样在进行100次不间断的通讯测试中，其通讯用时几乎没有太大的偏差，并且其平均下来其每次所用的通讯时间为0.512s。通过相应的比较可以发现，在相同的条件下，字节通讯报文长度较长，在进行通讯的时候其会比较短的字节通讯报文具有较多的通讯响应时间。

3.3 通讯压力测试

在进行电缆屏蔽层宽带载波通信试验的过程中，针对通信压力这一环节的测试试验，本文研究中是按照50字节通讯报文、200字节通讯报文进行载波通讯压力测试，让系统连续30miin以50ms的固定时间间隔不间断发送报文，查看通讯成功率。

经过上述测试，该合作通讯公司环网柜通信模块具备如下特点：

（1）通讯速度快。“三遥”通讯报文长度一般在20字节左右，该设备通讯时间可以保持在300ms以内;

（2）通讯稳定性强。在长时间不间断发送通讯报文的情况下，其通讯成功率在99.9%以上，运行稳定可靠;

（3）安装方便快捷。该设备现场安装简单，施工容易，无复杂布线，调试方法清晰易懂。

4  结语

综上所述，在社会信息化进程不断加快的背景下，实现配电网自动化系统对提高供电的效率以及保障供电的安全、稳定具有重要的意义。本文的研究中对配电网的相关结构以及信道特征进行了分析，并探讨了宽带载波通信在电缆屏蔽层的应用。璧山公司通过应用环网柜载波通信模块，开了展相应的电缆屏蔽层宽带载波通信试验，对通讯响应时间、通讯成功率以及通讯压力测试进行了相应的研究和分析。相关研究结果充分表明，环网柜载波通信模块能够较好的实现配网自动化系统的通讯需求，可作为光纤无法敷设区域的良好补充，在城區采用基于配电网电缆屏蔽层的宽带载波通信，能够满足配电系统中对于大量数据的传输要求。

参考文献

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[2] 刘尧，黄玉辉，潘华明.配电网电缆屏蔽层宽带载波通信技术[J].华东电力，2007（12）：60-63.

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