基于臺區(qū)變壓器兩端光纖通信的農網配電線載波數據通信

引 言

近年來，隨著我國經濟的穩(wěn)步發(fā)展，城鄉(xiāng)社會、經濟一體化的格局在各級縣市區(qū)逐步形成，居民生活質量得到很大提升。配電網在我們的生活中發(fā)揮著不可忽視的作用。電是現(xiàn)代社會運行的動力，但我國許多農村地區(qū)，依然存在用電不暢、用電太貴等問題，嚴重制約著當地經濟的發(fā)展和人民群眾生活水平的提高。1998 年以前 [1]，農村“三電現(xiàn)象”（人情電權力電、關系電）和“三亂現(xiàn)象”（亂收費、亂加價、亂攤派大量存在，同時農村電力設備普遍老化，線損耗電巨大，不僅導致農村生活安全隱患的增多，而且作為不必要的電力運行成本攤派到農村電價中，在一定程度上加大了農民的經濟負擔因此農村電網變得越來越重要[2-4]，不僅很大程度上提高了農村居民的生活質量，且對我們的科學發(fā)展及社會經濟都產生著深遠的影響。隨著社會主義新農村建設工作的全面開展，國網公司提出了“新農村、新電力、新服務”的發(fā)展戰(zhàn)略，進一步提高農村電氣化水平，并要求以科技為支撐，進行科學規(guī)劃提升裝備科技含量[5-8]，形成結構優(yōu)化、布局合理、技術適用供電質量高、電能損耗小的農村電網。農網發(fā)展不僅關系到農電體制改革和農村電力市場的完善，且關系到政府威信、企業(yè)誠信、民心所向，牽動著城鄉(xiāng)電價、農民負擔，及農村群眾生產生活水平與農村電氣化事業(yè)發(fā)展等，對于開拓農村消費市場促進農村經濟社會發(fā)展具有十分重要的意義

當前的電力系統(tǒng)中，配電網絡的運行都依賴于通信網絡目前，配電網跨接變壓器數據通信方式主要為無線通信跨接變壓器通信方式 [9,10] 和數據網線跨接變壓器通信方式 [11]。雖然這些通信方式可實現(xiàn)變壓器之間的通信傳輸，但往往在實際運行過程中存在一些問題。無線通信跨接方式受環(huán)境影響大可靠性差 ；網線直連跨接方式有被 10kV中壓擊穿短路變壓器中壓側與低壓側的風險 [12-14]。針對這些問題，文中提出了一種基于臺區(qū)變壓器兩端光纖通信的農網配電線載波數據通信方式，通過光電轉換裝置將信號從變壓器低壓側傳遞到變壓器中壓側，再經中壓電力線載波將信號從無GPRS信號的臺區(qū)傳輸到有 GPRS信號的臺區(qū)，這種通信方式能夠適應長距離通信，且信息容量相對較大，具有較高的傳遞質量和抗干擾能力，傳輸速度也能夠滿足電網需求，實現(xiàn)無信號臺區(qū)信息的有效通信

1 基本原理

為降低臺區(qū)中壓側 10 kV 電壓擊穿通信設備，直接傳入低壓側的風險，在臺區(qū)高壓側與低壓側分開供電，臺區(qū)低壓側直接供電給配變監(jiān)測計量終端及擴展模塊，配變監(jiān)測計量終端擴展模塊與電力線載波裝置之間采用光纖通信，保證信號傳輸的穩(wěn)定性與實時性，通過光電轉換裝置將電信號與光信號進行轉換，再將數據信息傳送到電力線載波裝置中，載波裝置由中壓側的電壓互感器供電；該傳輸過程是可逆的，將以上過程逆向傳輸（逆向過程中配變監(jiān)測計量終端有 GPRS 信號模塊），可將信號傳送到有 GPRS 信號的臺區(qū)位置?？缗_區(qū)配變數據通信裝置系統(tǒng)原理如圖 1 所示

圖1 跨臺區(qū)配變數據通信裝置系統(tǒng)原理框圖

該系統(tǒng)的通信在臺區(qū)配變低壓側到低壓線路后一段架空線路上進行。其目的在于監(jiān)測低壓線路中后段，即監(jiān)測末端的電壓電流是否正常，是否符合國家標準。前后之間的通信由電力線載波完成，由后面的低壓線路綜合監(jiān)測終端向前面位于配變低壓側的配變監(jiān)測計量終端擴展模塊傳輸數據

臺區(qū)配變 ：臺區(qū)是指（一臺變壓器的供電范圍或區(qū)域，臺區(qū)配變?yōu)槟骋还╇妳^(qū)域的配電變壓器

配變監(jiān)測計量終端：無信號臺區(qū)的配變監(jiān)測計量終端不含 GPRS 信號模塊，有信號臺區(qū)的配變監(jiān)測計量終端包含 GPRS 信號模塊

配變監(jiān)測計量終端擴展裝置 ：配變監(jiān)測計量終端擴展模塊與配變監(jiān)測計量終端之間通過 485 或 232 接口實現(xiàn)通信。配變監(jiān)測計量終端擴展模塊由載波通信模塊、控制器、電源組成，其 220 V 電源接自配變監(jiān)測計量終端的電源端子。配變監(jiān)測計量終端擴展模塊需完成如下功能

比較并判斷低壓線路綜合監(jiān)測終端發(fā)來的數據，當配變低壓側缺相，即某一電壓、電流為 0，而其他兩相正常時預警，并將判斷結果（預警結果）發(fā)給配變監(jiān)測計量終端，由其傳回局方系統(tǒng)

比較判斷時，若配變低壓側某相電壓正常，但電流為 0 且與之對應相序后面的電壓、電流數據均為 0，則可判定該相導線斷線，并向配變監(jiān)測計量終端發(fā)送判斷結果，以示預警這時，后面低壓線路綜合監(jiān)測終端發(fā)送過來的電壓電流為零值，由非斷線相序發(fā)送，即零值數據的相序因無電由無線模塊把斷電瞬間的數據發(fā)給另外有電的相序

在正常情況下，后面的低壓線路綜合監(jiān)測終端會將三線電壓、三相電流數據傳輸過來

需要有過壓保護、過欠流保護、過欠壓保護、雷電保護功能。其中過壓、過流需要在軟件里設置閾值，當超過該設定閾值時，則啟動保護功能。

光電轉換裝置 ：實現(xiàn)電信號到光信號之間的轉換。

2 具體實施

首先臺區(qū)變壓器低壓側（即臺區(qū)變壓器右側）提供電壓給配變監(jiān)測計量終端（無 GPRS 信號模塊），然后將數據信息傳送給配變監(jiān)測計量終端擴展裝置（含低壓載波模塊），經電 /光轉換裝置將電信號轉換成光信號，再經光纖傳遞，由光 / 電轉換裝置實現(xiàn)光信號到電信號的轉換，最后將數據信息傳送到中壓電力線載波裝置中；由于臺區(qū)變壓器低壓側無法直接對中壓電力線載波裝置供電，因此采取 10 kV 電壓互感器（PT）供電 ；有 GPRS 信號臺區(qū)接收信號過程為無 GPRS 信號臺區(qū)傳遞信號的逆過程，臺區(qū)配變裝置系統(tǒng)電氣圖如圖 2 所示。

3 實驗數據分析

為了驗證本文方法的有效性，在桂林局城南分局采集實驗數據，測量草底村配電變壓器低壓側三相電壓、三相電流羅馬街配電變壓器低壓側原三相電壓、三相電流，以及羅馬街配變接收到草底村配變低壓側的三相電壓、三相電流。測量結果分別見表 1、表 2 所列

表 1 為草底村配變低壓側與羅馬街配變低壓側電壓集中后臺匯總表?？梢钥闯觯珹 相的草底村配變低壓側電壓為225.5 V，與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側 A 相電壓相差 0.1 V ；B 相草底村配變低壓側電壓為 227.2 V，與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側 B 相電壓相差 0.2 V ；C 相草底村配變低壓側電壓為 230.7 V，與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側 C 相電壓相差 0.1 V，草底村配變低壓側三相電壓與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側三相電壓誤差很小，可忽略不計

表 2為草底村配變低壓側與羅馬街配變低壓側電流集中后臺匯總表。A相羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側電流為151.323A，與草底村配變低壓側電流相差 0.044A；B 相羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側電流為 138.135A，與草底村配變低壓側電流相差 0.078A；C 相羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側電流為 185.568A，與草底村配變低壓側電流相差 0.006 A ；草底村配變低壓側三相電壓、三相電流以及羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側三相電壓、三相電流誤差很小，在可控范圍內?？梢?，在一定范圍內采用本文方法可大幅提高信息的傳輸效率，確保信息完整傳輸，實現(xiàn)了草底村配變到羅馬街配變之間信息的高效通信

4 結 語

目前采用的農村配電網電力線載波通信方式存在無法避免的外在干擾因素，影響通信傳輸過程，降低了傳輸可靠性在實際傳輸過程中，載波通信會被臺區(qū)變壓器阻隔，導致傳輸中斷，無法完整實現(xiàn)電力線載波通信從低壓載波到中壓載波本文方法有效解決了這些問題，通過光電轉換裝置將信號從變壓器低壓側傳遞到變壓器中壓側，再經中壓電力線載波將信號從無GPRS 信號的臺區(qū)傳輸到有 GPRS 信號的臺區(qū)，實現(xiàn)無手機信號臺區(qū)信息的有效通信，大幅提高了可靠性與傳輸效率，實時性良好