基于抗干扰接地技术的通信工程设备远程重启研究

张潇北， 李一雯

(1. 国网浙江玉环市供电有限公司， 浙江, 台州 317600；2. 国网浙江台州市椒江区供电有限公司， 浙江, 台州 318000)

0 引言

通信工程设备属于实现人与人或人与机器之间信息沟通的设备，该设备在电子通信技术中被广泛应用，具备可测与可控等特性[1]。在高标准的电子通信技术的需求与质量要求下，对通信工程设备的运维管理提出了更高的要求[2]。根据统计得知大部分电子通信工程设备终端在线率较低，进而降低实际应用水平，通过重启通信工程设备终端可提升其在线率。目前，通信工程设备运行故障中约有85%的线路跳闸属于瞬时故障[3]，工作人员需以人工方式重启通信工程设备的终端，浪费大量时间，同时还需工作人员具有高超的维修技术，工作效率较低，这就需要研究通信工程设备远程重启方法来缩短重启时间，提升工作人员的工作效率与设备在线率。

苏见燊等[4]通过分析直流极间短路故障特点，设计线路故障重启方法，确保直流电网稳定运行；林金娇等[5]以故障隔离技术为基础，提出UPFC自动重启方法，提升实际应用的可行性。通信工程设备在实际应用中因信号稳定性较差而降低其抗干扰性能[6]，导致以上研究方法在实际应用中出现抗干扰能力偏低，重启成功率不高的问题。

抗干扰接地技术可有效解决信息传输过程中信号干扰问题，提升通信过程中数据传输效率以及抗干扰性能，为此研究基于抗干扰接地技术的通信工程设备远程重启，提升数据传输的精准性，缩短远程重启时间，利于电子通信工程技术的发展。

1 基于抗干扰接地技术的通信工程设备远程重启方法

1.1 通信工程设备远程重启方法的构思

通信工程设备远程重启模块的操作终端为智能手机，包含短信收发单元与网络数据收发单元等，通信工程设备远程重启模块的结构图如图1所示。

图1 通信工程设备远程重启模块结构图

网络数据收发单元属于连接通信工程设备和主站发送远程重启信息的输送纽带，为使短信收发单元和网络数据收发单元之间具有交互功能[7-8]，可利用SIM卡实现两者间的交互功能。

数字加密(解密)单元负责加密操作以上两个单元发送的信息，加密操作的方法是数字加密，若可以精准解密信息，那么通信工程设备实施重启操作[9]。

数据处理单元具备过滤与校验接收的远程重启信息，以压缩数据维的方式提升数据存储空间，使通信工程设备远程重启模块具备较高的数据传输效率，进一步提升数据传输的精准性。

执行单元负责实施远程重启操作，为提升远程重启操作的效率，在接收数据处理单元发出的信息后且呈现首半波时，开始求解远程重启信息，以功率电子器件方式输出远程重启信息。

1.2 通信工程设备远程重启

通过对短信实施安全验证排除垃圾短信，提升通信工程设备远程重启的效率与安全性。通信工程设备远程重启模块的实现流程如图2所示。

图2 通信工程设备远程重启模块的实现流程

主站利用数字加密(界面)单元对远程重启的短信信息实施数字加密，数字加密(解密)单元以端对端的方法实现信息加密，将各个通信工程设备终端当成一个用户，利用固定密钥方法为每个用户分配密钥并存储于主站内；若密钥失效，则以手动更新方式，更新密钥；若密钥出现泄露现象，则实施远程重启操作。

1.3 抗干扰接地技术

1.3.1 信号电缆的抗干扰接地技术

低频信号电缆利用单端接地的抗干扰接地技术解决因电场与磁场耦合形成的干扰问题，电场耦合干扰的形成原因为2个导线a、b间的分布电容，导线b对地干扰电压[10]的表达式如下：

(1)

其中，Ua表示a的电压，γ表示角频率，CG表示总电容，Cab表示2个导线间的分布电容，R表示b对地的负载电阻。

磁场耦合干扰的形成原因是电抗器与磁力开关等干扰源，在回路y中因回路x产生磁场耦合干扰情况下，回路y中的串联干扰电压[11]表达式如下：

UN=γHIcosθ

(2)

其中，H表示磁通密度，θ表示2个回路间的角度，I表示电流载流量。

当干扰源的γ固定时，降低Ua、Cab或R，同时提升CG，均可缩减导线b中的干扰电压UN；通过降低干扰源回路x与回路y的连接位置的H，可减少干扰电压UN。

低频信号电缆的单端接地方式如图3所示。

(a) 情况1的抗干扰接地方式

高频信号电缆利用多点接地的抗干扰接地技术解决因电场与磁场耦合形成的干扰问题，其抗干扰接地方式如图4所示。

图4 高频信号电缆的抗干扰接地技术

高频集肤效应可分离信号电流与干扰电流，分别使2种电流存在于屏蔽层的内表面与外表面，提升通信工程设备远程重启模块传输远程重启信息通信过程的抗干扰性能。

1.3.2 通信工程设备本身的抗干扰接地技术

选择不同的抗干扰接地技术；通信工程设备接地线表面的射频电阻Rrf的表达式如下[12]：

(3)

其中，μ与P分别表示接地线内铜的磁导率与电导率，f表示通信工程设备的工作频率，L表示通信工程设备到接地极的接地线长度，W表示接地线的宽度。

通信工程设备接地线的高频阻抗Z表达式如下[13]：

(4)

其中，λ表示波长。

通信工程设备接地线的长度需参考其发射的波长，在接地线长度低于1/3波长时，可降低通信工程设备发射波长时形成的干扰；在接地线长度大于1/3波长时，为降低通信工程设备发射波长时形成的干扰，其长度只能是1/3波长的偶数倍。

2 实验分析

以某电子通信工程为实验对象，该电子通信工程中包含378个设备，在这些设备出现故障时，利用本文方法对其实施远程重启。

通过扭矩传感器采集电子通信工程设备通信过程中的干扰信号，利用本文方法抑制通信过程中的干扰信号，采集到的干扰信号如图5所示。本文方法抑制后的效果如图6所示。

图5 采集的干扰信号

对比图5、图6可知，本文方法中2种接地方式的抗干扰接地技术均能够有效抑制信息传输过程中形成的干扰信号。实验证明，本文方法能够有效抑制通信过程中的干扰信号，提升本文方法传输远程重启信息通信过程的抗干扰性能，确保信息传输的精准性。

(a) 单端接地方式的抗干扰性能

将文献[4]的线路故障重启方法与文献[5]的UPFC重启方法作为本文方法的对比方法，分别记作文献[4]方法与文献[5]方法。在该电子通信工程中随机选取1个设备，并人为设置故障，利用3种方法对该设备实施远程重启操作，统计实验过程中的各项指标如表1所示。

分析表1可知，本文方法能够压缩接收信息的大小，提升数据传输效率；本文方法可有效缩短通信工程设备故障宕机时长，以高达97.8%的远程重启成功率将通信工程设备性能提升至45%；本文方法的远程重启成功率分别比其余2种方法高出8.53%与6.85%；本文方法提升通信工程设备性能的幅度明显高于其余2种方法。实验证明：本文方法具有较好的远程重启效果。

表1 3种方法的各项指标统计结果

在该电子通信工程中随机选取100个设备，并人为设置设备故障，利用3种方法对这100个设备实施远程重启操作，记录3种方法实施远程重启操作的执行时间，即接收主站发送的远程重启信息后到完成远程重启操作的总执行时间，记录结果如表2所示。

表2 3种方法的执行时间

分析表2可知，随着需要实施远程重启操作的通信工程设备数量越多，3种方法的执行时间越长，在实施远程重启操作的不同数量的通信工程设备时，本文方法的执行时间均明显低于其余2种方法；随着设备数量的增加，本文方法执行时间的提升幅度较小，原因是本文方法设计的数据处理单元具备过滤与校验接收的远程重启信息功能，可提升数据传输效率。实验证明：本文方法可有效缩短远程重启操作的执行时间。

3 总结

为提高通信工程设备终端的在线工作率，提升设备实际应用性能，研究基于抗干扰接地技术的通信工程设备远程重启方法。设计通信工程设备远程重启通信模块实现远程重启操作，结合抗干扰接地技术，提升通信过程中的抗干扰性能；通过设计远程重启方法，可提升通信工程设备故障恢复效率，避免因重启时间较长导致故障时间延长、设备实际应用性能不理想等问题。