抗干扰潜望式红外线外扩工具的研制

李超平

（广东电网有限责任有限公司江门新会供电局，广东江门 529000）

1 研究背景

电力营销管理工作中集抄和用电检查工作是经营管理效益体现的一个重要环节。采集数据的真实性、准确性、时效性直接关系到用电检查和抄核收工作质量的好坏。在当前电能计量装置管理过程中往往需要使用手持式终端通过红外通信对电能表电量信息、电气量（电流、电压等）、事件记录及内置时钟等数据进行采集记录，以现场采集的数据为依据，以便制定针对性的电能计量装置维护策略，提高电能计量装置维护效率，提升电力企业服务质量。

红外通信具有直观、操作简便、可靠性高等优点，也是现场采集电能表数据中使用最为普遍的一种通信方式[1]（图1）。但是，居民电能表大多数安装于多位表箱中，布局相对紧凑，部分电能表安装过高，表箱前空间狭小，难以操作，导致红外信号相互干扰，严重妨碍红外点对点通信，造成数据串位，从而影响工作效率。手动输入电能表地址进行点对点通信工作效率低，不适用于开展大规模排查工作。

图1 红外通信原理

为解决红外通信数据采集效率低的问题，发挥红外通信在数据采集方面的优势，开发一种在复杂严苛环境下提高红外通信准确率的工具。

2 可行性分析

2.1 红外线遵循光的反射特性

红外原理就是利用可见红光光谱之外的不可见光，因为红外线也是光的一种，因此同样具有光的特性——无法穿越不透光的物体。按照波长的大小，红外波段可以分为3 个不同的区域：近红外区（波长0.75～2.5 μm）、中红外区（波长2.5～25 μm）和远红外区（波长25～1000 μm）。红外通信则是利用950 nm 近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。

由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通信的场合，进行点对点的直线数据传输。红外线技术指向性差、容易受干扰。但是红外线反射时也遵循光的反射规律。根据这一特性，设计一个封闭的传输结构，管内壁使用红外高反射低吸收材料，为其创造一个良好的反射条件，降低红外信号衰减，增强数据接收的有效性。

2.2 潜望镜结构原理

潜望镜本是指从海面下伸出海面或从低洼坑道伸出地面，用以窥探海面或地面上活动的装置。其构造与普通地上望远镜相同，潜望镜的原理是利用两个反射镜使物光经两次反射而折向眼中。潜望镜之所以可以从下边看到上面，而且十分清楚，是因为两块平面镜互相平行，且都与水平方向成45°，景象通过平面镜的两次反射成像，从而从下边可以看到上面的景象[2]。借助潜望镜结构原理，根据光的反射特性，可以将其延伸应用到短距离红外通信中。在复杂的数据采集现场，无论是电表安装高度过高、角度刁钻，还是操作空间狭小，都可以应用该结构调整角度适应采集现场，实现抄表终端与对应的采集电表实现准确对接，实现一对一准确红外通信接收数据。

由于近红外线波长较短、衍射能力差，在其有效传输距离内加装非透明管状通道，通过管状工具屏蔽红外线散射，为点对点红外通信创造专属的物理通信通道。在普通潜望镜的基础上进行优化设计，将班员日常相关工作中遇到的困境进行总结分析，以实际需求为出发点，将工具外形修整为潜望镜结构，底部可以将手持终端固定，以便稳定的接收数据。工具小型化设计，可以采用软管结构，也可以对其伸缩旋转调整，以便在各种高差环境、狭窄环境下实现红外通信。

3 效益分析

3.1 提高大规模排查效率

用电检查等大规模筛查工作对于班员个体的工作效率是一项很大的考验，传统方式下需要携带简易爬高工具才能完成，即费时费力又增加了危险性。

从实际工作需要出发，考虑到其使用条件多为单人使用，对此，工具的设计必须满足单人操作的条件。该工具小型化设计，结构简单且可伸缩折叠，方便携带。由于技术原理简单无需培训，可以实现单人操作，减少人员占用。在电能表批量检查开盖记录、采集指定日期抄表数据等用电检查和抄核收工作中完全消除了传统的数据采集方式对同一个工作任务需多次采集才能完成的弊病，大幅提高了大规模排查的工作效率。

3.2 提高数据获取的准确性

传统数据采集方式中，人员需手持终端对准电表红外通信接口，由于红外线遇障碍物不能穿透，所以必须在短距离内传输，通常距离为0.2～1.0 m，造成了极大的接收不稳定性和数据差错率。

在红外线其传输路径上增加了管状导光通道，用于提高红外线接收信号强度并抑制相邻电表的干扰。该装置主要是利用一个光学导光筒作为红外线或其他可见光的反射面，利用光的多次反射向内汇集来自近方向的信号，以提高红外线接收模块接收信号强度，同时可利用该光学导光筒的长度及张角控制通信范围。通过上述方式，可排除干扰、增强接收信号的强度和信号接收角度，达到数据采集准确的目的。

3.3 解决高差环境、狭小空间的红外通信

由于城区多为住户集中式表箱，电表之间相互距离较近，而且很多商户、车房铺和充电桩电表是单独安装在一个表箱里，这就导致现场环境存在很多电表高度过高、位置刁钻和空间狭小等问题，由于红外线发射角度一般不超过30°，所以可控性比较小，发送接收方的位置要求相对固定，移动性差，加之缺乏相应的辅助工具，在用手持终端直接采集的情况下会出现很多不便。

该工具小型化设计，加入可伸缩机构、旋转机构，适合多情景应用；接头可适配多种手持终端，适用面广；关键部件采用3D打印技术一体成型，可采用软管结构，胜任多种复杂的现场环境，更方便狭小空间下操作，可靠性高（图2）。

图2 装置结构

装置内壁采用一种可以反射红外线的黑褐色颜料，将Fe2O3、Cr2O3、CoO、Al2O3和反应控制剂按一定质量百分比称量后放入球磨机中混合研磨均匀，将研磨后的混合物在1000 ℃下煅烧6～8 h，冷却后再放入球磨机中磨成粉体。该黑褐色颜料具有良好的红外线反射性能，添加到涂料中制成隔热涂料[3]。

3.4 高强度绝缘材料防触电

“安全第一、预防为主”。安全，对于电力生产企业来说是一个永恒不变的生命线，是企业赖以生存和发展的基础。当前作业现场有很多老城区旧金属表箱的接地存在安全隐患以及安全通道和工作空间不足等情况，然而数据采集多是单人操作，有一定程度的触电风险，工器具的绝缘性能则显得尤为重要。因此，在设计这种外扩工具时首先把员工作业安全摆在第一位，工具采用高强度绝缘外壳，以防误触表箱内带电部分和规避表箱漏电的危险。

4 结束语

对于电网企业，数据采集和用电检查是一项力求准确、高效的大规模工作，其准确性和采集效率直接决定工作质量的好坏。在综合考虑当前基层采集工作的不足之处，工作效率和准确率尚有很大的提升空间，从实际工作需要出发设计抗干扰潜望式红外线辅助工具，因其操作简便、无须复杂的电气理论基础及丰富的反窃电工作经验也可开展，在试验阶段准确高效地完成了多种复杂苛刻环境下的数据采集工作，进一步完善后也使得城区反窃电普查工作变为可能。