智能电网用电信息采集终端硬件设计分析

国网扬州供电公司 王 菲 倪 超 潘开国 潘国超 许伟欣

在电力营销与管理过程中，电力信息采集是一项基础性工作，其所依托的技术设备便是用电信息采集终端。通过该终端设备，可以将电能数据实时读取到采集装置，并将其传递至控制平台；根据数据变化以及所设定电能限度，对终端设备用电情况发出预警等；根据各地电力部门业务开展情况，设置多个接口，以便扩展采集终端的性能[1-2]。可见，用电信息采集终端的硬件设计是电力系统运行的关键部件，需持续改进其设计。本文对该硬件的设计原理等进行讨论，并以专用三通同轴连接器为例，详细论述其设计步骤，对相关设计工作有一定参考价值。

1 智能电网用电信息采集终端设计所遵循的原理

用电信息采集终端的实现原理是通过测量并采集电力设备的电流和电压等数据，经过预先制定的电量计算公式进行计算，将电量数据进行存储并发送到用户信息采集主站[3]。终端采集质量分析是从供电公司角度分析采集质量，按管理单位进行考核，按维护部门进行考核，从终端厂家角度分析采集质量，按不同厂家采集质量分析，便于厂家现场人员及时发现故障点，评估厂家终端设备运行情况，为后续的采购提供依据[4]。

用电信息采集硬件系统从功能方面进行划分可分为五个层次，即平台支撑层、 数据采集通讯层、运维监控层、业务应用层、运行监管层。其中运行监管层是从业务应用的角度出发，供电公司职能部门及使用人员的视角与地市业务应用系统存在较大的差异性。对智能电网用电信息采集终端的硬件进行合理的规划设计，可以保证智能电网用电信息采集终端的正常稳定运行[5]。

2 智能电网用电信息采集终端硬件设计实践：以专用三通同轴连接器为例

2.1 背景技术

本文所论述的终端硬件涉及用电信息采集终端通讯领域，是一种无线信号传输回路中的三通同轴连接器。

2.1.1 现有的相同或相似产品研究现状

随着我国智能电网自动化建设的推进，不仅在城镇区域实现了居民用电信息的自动化采集，而且对偏远地区用电也提出了“全覆盖、全采集、全费控”的要求。“全采集”即需要用电信息采集终端具备更高的无线通讯成功率，因此大大增加了现场终端安装运维的难度及工作量。

在日常终端的安装运维过程中，如何进一步提升终端信号强度，同时减少过多连接线及接头所带来的安装工作量，对于现场的运行维护管理将成为一个重要课题。

经市场调研，目前市场暂无针对用电信息采集终端专用的三通同轴连接器，普通射频三通转接头因接口不匹配的原因，无法直接满足终端的专用接口需求。

2.1.2 现有产品的缺陷

总结起来，现有类似产品的缺点有如下几点：普通三通转接头无法直接与用电信息采集终端上的多个通讯模块接口互接，需增加多个转接头及转接线；过多的转接头会导致信号衰减加剧，驻波比增大；转接头、转接线过多，现场操作复杂。

2.2 硬件设计中要解决的技术问题与技术方案

2.2.1 产品要解决的问题

针对以上现有技术存在的缺陷，本设计的目的是提供一种用电采集终端专用三通同轴连接器，其采用三个不同的专用接口来匹配终端多个通讯模块接口，去除多余的转接头减少信号衰减，从而提升通讯模块接收信号的强度，间接提高用电采集终端通讯成功率。

2.2.2 技术方案

产品部件：本设计包括一个铸铝屏蔽盒、N 母头、SYV50-3连接线（3根）、SMA-J 接头、BNC -J 接头、信号传输电路板。

各部件连接关系：SYV50-3连接线1:A 端屏蔽线及芯线分别连接信号传输电路板，B 端装接N 母头，然后N 母头与外部天馈线连接。

SYV50-3连接线2:A端屏蔽线及芯线分别连接信号传输电路板，B端装接SMA-J 接头，然后SMA-J 接头与终端通讯模块1连接。

SYV50-3连接线3:A端屏蔽线及芯线分别焊接信号传输电路板，B端装接BNC-J 接头，然后BNC-J 接头与终端通讯模块2连接。

PCB 电路焊接板封装入铸铝屏蔽盒内，连接线1、连接线2和连接线3的B 端穿过屏蔽盒开孔延伸至盒外。

工作过程和原理：本转接器使用时，将N 母头连接终端天馈线，SMA-J 接头连接通讯模块，BNC-J 接头连接通讯模块，只需连接3个接头即可完成终端与天馈线的连接，较原先减少3次接线操作。

天馈线接收到的终端模块1无线电信号可通过连接线1传输至信号传输电路板，然后传输至连接线2，然后传输至终端模块1。发射信号是上述接收流程的逆向过程，在此不再赘述。

天馈线接收到的终端模块2无线电信号可通过连接线1传输至信号传输电路板，然后传输至连接线3，然后传输至终端模块2。发射流程是上述接收流程的逆向过程，在此不再赘述。

还可能出现的其它可能的替换方案：单纯的更换连接线1/2/3的型号、长度、线径等，单纯的更换接头型号。

2.3 硬件设计的具体实施方式

专用三通同轴连接器的实施方式：

SYV50-3连接线1（长度10公分）：连接线A端屏蔽线及芯线分别焊接到信号传输电路板接地端及信号端，连接线B 端装接N 母头；SYV50-3连接线2（长度20公分）：连接线A 端屏蔽线及芯线分别焊接到信号传输电路板接地端及信号端，连接线B 端装接SMA-J 接头；SYV50-3连接线3（长度15公分）：连接线A 端屏蔽线及芯线分别焊接到信号传输电路板接地端及信号端，连接线B 端装接BNC-J 接头；PCB 电路焊接板封装入铸铝屏蔽盒内，连接线1、连接线2、连接线3的B 端均穿过屏蔽盒开孔延伸至盒外。

屏蔽盒外，各接头与通讯设备连接：N 母头与外部天馈线连接；SMA-J 接头与终端通讯模块1连接；BNC-J 接头与终端通讯模块2连接。

2.4 本硬件设计的优点分析

与现有技术相比具有的优点体现在如下几方面：本设计结构简单，使用方便，安全可靠，接线操作简单，较原先减少3次接线操作，可节约现场操作时间10分钟；用3种不同接口唯一对应，避免安装人员以往反复找寻相应转接头和转接线的无用操作出现；投资较少，提高现场安装效率；有效降低信号衰减幅度，减小驻波比，增强通讯模块接收到的信号强度，从而提升用电采集终端通讯成功率。

综上，随着电力行业中的技术不断发展，用电信息采集终端数据采集的准确率也在不断提高。智能电网用电信息采集系统是进行用电数据信息采集的基本方法，在电力行业中具有较为广泛的应用。本文对用电信息采集终端的硬件设计进行了分析，并结合具体实例加以说明，对于推广用电信息采集终端的使用具有一定的作用。