低压集抄系统载波通信运行劣化原因及改善措施分析

黄彩虹

（广东电网有限责任公司云浮罗定供电局，广东罗定 527200）

0.引言

智能电网日臻完善，远程自动抄表方式已全面投入应用，大幅提升电力系统抄表质量和效率，其中利用现有电力线作为通信媒介的电力载波通信，因其无需重新布线，通道建设投资相对较低、传输频段不受限，带宽范围内频段自适应、设备较少、安装便捷、运维方便等显著特点，在自动抄表系统中得到广泛应用。

1.低压电力线载波通信劣化原因

1.1 抄表设备老化或故障

受生产工艺影响，集中器、集中器路由模块、电能表载波模块、电能表不可避免地存在制造质量差异，在高温、潮湿等现场环境下运行一定年限后，这种质量差异将会越发明显，设备老化或故障，通信性能下降，部分设备出现抄表速率低甚至抄表失败情况。

电力变压器的短路阻抗对高频载波信号呈现隔断特性，这个特性使载波信号通常只在一个配电变压器区域范围内传递，采用电力线载波方式对相邻台区供电的电表进行抄表就需要克服变压器高频信号隔断特性对载波抄表信号的衰减影响，其抄表成功率取决于两台区的线路现状、相邻距离和两台区之间载波信号耦合程度。

实际上，在日常配网运维管理中，为应对负荷增长产生的变压器、低压网重过载现象，规划解决低压网供电稳定和质量问题，供电部门往往需要增加供电布点，进行负荷切割调整，这时候一旦未按现场实际的变户关系变更抄表档案，形成跨台区抄表现象，就会因变压器的高频信号隔断特性而导致抄表不稳定甚至抄表失败。

1.2 低压配电线路布局不合理

从通信角度上说，低压电力线是非均匀不平衡的传输线，通信时会出现反射、驻波现象，使信号出现衰减。受电力线缆耦合电容和分布阻抗的影响，电力线载波通信呈现高衰减现象，在传输距离过长、拓扑分支过多的情况下尤为明显，据实验数据总结，电力线路对载波信号的衰减作用可达60db 以上。

低压电力线并不是专用的数据通信线，它最主要的作用是输送电能，其布局走向自然以输送电能为原则，这就决定了低压配网布局在很大程度上受现场负荷分布的影响。日常工作中，低压电力网的供电范围、拓扑分支存在情况错综复杂，甚至存在台区供电半径过长、分支走向复杂、迂回供电、供电用户过多、线路重过载、线径过小、残旧等问题，使得电力线载波通信网络组网变得更加困难，在载波抄表设备投入运行一段时间后，随着低压配电网布局不合理、运行情况恶化，载波抄表速率和成功率呈下降趋势。

1.3 环境及电网噪声干扰

数据通信不可避免地受到通信介质所处环境和噪声的干扰，电力线载波通信也不例外。环境对载波通信的干扰因素可概括为自然环境即低压配电网所处的地理、气象环境出现劣化，如存在盐酸等化学污染现象、环境温度湿度超出集抄设备正常工作条件等，以及运行环境出现劣化，如线路过载发热严重甚至烧坏、集抄设备和表计供电电压未达到通信正常工作条件等。这些环境的变化直接影响了电力线载波通信网络组网，出现抄表失败情况。

从实现原理上说，电力线载波通信直接利用现有电力线作为通信媒介，避开了电网工频（50Hz）和一般的电网噪声干扰频段（1MHz 以下），将数据调制到特定频段进行传输，从而达到通信目的。但实际上它并不能如此理想地避开噪声干扰，其干扰甚至比其他通信信道的噪声干扰更为复杂。根据干扰源，电力线载波通信的噪声可划分为自然环境噪声和人为噪声。其中自然环境噪声干扰包括雷电、静电或其他自然电磁辐射干扰，这些干扰一般表现为单事件脉冲噪声；人为噪声干扰主要来自两个方面，其一是配电网自身，包括从变压器、互感器和其他电磁耦合的配电设备、电力线自身（特别是缠绕驳接点），多表现为与工频异步的周期性噪声（非倍频）、与工频同步的周期性噪声、高斯白噪声；其二是用电负荷，如陈旧、有质量缺陷的电器设备或非线性、冲击性用电设备（如电弧炉、牵引性电机等），这些设备运行时将产生极大的谐波污染，投入和退出运行时，这种谐波污染尤为明显，多表现为工频异步的周期性噪声（非倍频）、与工频同步的周期性噪声、高斯白噪声、单事件脉冲噪声等。

单事件脉冲噪声是电力线载波通信最大的噪声源，它具有瞬时、高能和覆盖频率范围广的特点，对载波信号传输的影响极大。

2.改善低压电力线载波通信质量的常用措施

2.1 严控集抄设备质量关

从前期管理上严控质量关，确保所选用的设备和低压集抄系统建设质量，是低压集抄系统保持长期稳定运行的有力保障。电网公司根据综合考虑业务需求、技术方案可行性、成本等因素，编制集抄相关设备和集抄系统建设技术规范，明确集抄设备工艺标准和集抄系统建设项目验收标准。在低压集抄系统建设初期，严格按照规定做好采购和工程项目招投标工作；建设完成后，组织专业人员对低压集抄系统的建设质量检查验收；低压集抄系统投入应用后，现场运维人员持续观察和分析设备运行状况，发现质量事件应及时上报，作为物资采购招投标参考依据，从而敦促设备厂家消除缺陷、提高质量和优化功能[1]。

2.2 加强变户关系管理

做好变户关系管理，确保集中器抄表档案与现场实际变户关系保持一致，是电力线载波抄表系统的最主要运维工作之一。从维护管理角度上，网格化经理或设备主人应首先通过现场巡视等途径核查变户关系准确性。当发生负荷切割调整时，需及时核对割接情况并按实际变户情况重新设置集抄档案，尽量避免集中器出现冗余的集抄档案，影响集中器抄表速率和抄表功能稳定性。从技术角度上，可开发使用新设备辅助识别变户关系，如今在电网企业普遍使用的抄控器、台区识别仪，它们利用了变压器的高频信号隔断特性和电力线载波信号在垮台区的传输衰减特性，能协助快速完成变户关系核查。此外，利用智能电表的负荷曲线采集及报警功能开发的台区智能分析仪，更能通过采集表计特定的数据事件快速识别变户关系。对由暗敷电力线缆供电的住宅小区或商业综合体、交叉供电或低压线布线复杂的台区，利用设备能高质高效做好变户关系识别工作。

2.3 做好配网规划和改造

做好配网规划和改造，从根本上改善低压电力线载波通信信道，能有效减少载波信号的衰减、畸变和噪声干扰问题。电网公司网格化经理或设备主人加强日常巡视，及时发现和处理线路发热烧坏问题；收集并上报台区供电半径过长、迂回供电、线路重过载、线径过小、残旧等问题，做好配网规划前期数据收集，计量、通信技术人员介入到配网规划和改造项目可研工作，确定合理的规划布点或改造方案。

2.4 开发和应用抗干扰技术

首先，通过增强集抄设备功能，进一步降低集抄设备工作条件，强化集抄设备对信号的调制和解码能力，从而降低环境和负荷变化对载波通信的影响。

其次，低频噪声干扰严重、抄表速率低的窄带载波集抄台区，可考虑变更为宽带载波抄表方案。根据目前使用频段的不同，低压电力线载波通信一般分为窄带电力线载波通信（40kHz ～500kHz）和宽带电力线载波通信（1MHz ～20MHz），宽带载波的频段避开了电网工频（50Hz）和一般的电网噪声干扰频段（1MHz 以下），抄表的稳定性和速率均有所改善。但由于窄带载波所使用的频段已被规划为电力应用，而宽带载波的频段已普遍被分配给无线电定位、无线电导航、标准频率和时间信号、短波无线电广播、业余无线电业务、卫星业余业务等，确定方案时需综合考虑特定场合的高频信号干扰问题。

最后，通过开发和应用抗干扰技术辅助降噪，改善现有的低压集抄系统通信运行劣化问题。例如提高集抄设备功放输出，增加载波信号幅值应对信号衰减问题；采用扩频调制技术应对噪声干扰问题；采用中继扩音技术应对信号衰减和噪声干扰问题；在存在噪声干扰的用电设备处加装由安规电容设计而成的阻波器，过滤设备发出的高频谐波。