采集器通信信號衰減試驗及分析

汪文莉 儲劍峰

安徽南瑞中天電力電子有限公司，合肥 230031

采集器通信信號衰減試驗及分析

汪文莉 儲劍峰

安徽南瑞中天電力電子有限公司，合肥 230031

隨著國家智能電網的推廣普及，越來越多的用戶已使用智能電表，在此系統中采集器的使用必不可少。采集器是應用通信和微處理技術，它能采集多個電能表電能信息，并通過電力線載波傳輸方式與集中器進行數據交換；是實現電力用戶用電信息采集要求的數據采集裝置。

在低壓配電網絡中，影響載波通信的因素包括低壓配電線路對載波信號的衰減、電力負荷造成的載波通信輸入阻抗變化、電力線路上的噪聲干擾等，這些因素的存在造成了載波通信的不可靠、不穩定。采集器在實際運行過程中出現部分在現場抄收不到，對這些現場維護更換回來的設備開展檢驗，在生產檢驗環境中又能抄收正常的采集器約占75%。如果是通信信號衰弱緣故，那可能是采集器與集中器間路徑長或該線路上的負載重導致信號衰減過多引起。為探索引起這種現象的原因，我們設計一個在弱信號下檢查采集器抄收的信號衰減電路，在生產環境中模擬信號衰減后，分析信號衰弱對抄收的影響。同時，使用示波器觀測載波模塊的TX和RX信號，在測試過程中加入各種模擬干擾后，再觀測載波信號的變化情況。

1 材料與方法

1.1 衰減電路的選擇

選用接近傳輸線特性的衰減電路，也是傳輸線的等效電路，利用導線、電阻和分布電容組成，模擬現場信號衰減變化。調節采集器接入點，由前往后逐步移動，觀察對信號衰減影響的變化情況，直至信號全部抄收，分別對返回的采集器和生產合格的新采集器經過多次抄收試驗。

衰減網絡電路模擬傳輸線的等效電路見圖1，圖中電阻均為30歐姆，電容均為630V/0.49uF。采集器的接入點可以任意在每個電容的兩端，隨著接入點的由左往右移動，信號衰減深度逐漸加大，實現信號幅度從100%衰減到0，將對被測定的采集器給與調整，使其由全部抄見直至抄不到。待測定采集器的元器件都是同一廠家批量生產的，參數值一致，生產出來的采集器靈敏度一樣。采集器可以接在圖1中R2、R3位置，能通過的采集器為正常。

1.2 現場測定

運用變頻器、整流器、電子打火器、充電器等設置一些可以產生諧波的設備，來模擬現實環境，根據這些變化情況，以標準的載波模塊為標準，對產生的各種干擾載波模式進行檢測，測試采集器通訊信號衰減結果。

2 結果與分析

2.1 抄收率與信號強度的關系

把集中器信號衰減后達到的百分值作為信號強度，按照同一時間的1次抄收率來統計，對新采集器試驗結果顯示：當信號強度在80%以上時所有采集器基本上都能抄到，當信號強度在72%以下時所有采集器都抄不到，當信號強度在這此兩者之間時，抄見率與信號強度的關系見圖2，其關系公式為：Y=13.571x-982.143，相關系數為0.999，呈現極顯著。

圖2 信號強度與抄收率關系

采集器通過1:1隔離變壓器供電，經過信號衰減后，逐步出現采集器抄收不到。每抄收1次要發送幾百比特的信息量，采集器要能夠完全準確的收到信息指令，經處理后發出的信息指令需要被集中器正常接收，這樣1次抄收才能成功完成。信號強、抗干擾的能力大，使得信息指令在轉送過程中丟失或出錯得少，能夠提高采集器的抄收率，對多個采集器的統計分析顯示，信號強度越高抄收率越高，試驗的模擬結果與其一致。

在將信號衰減到有10%采集器不能抄收時，試驗中的衰減電路傳輸線模型的參數取值已經很大，相當于在現場的采集器距離集中器約有10公里左右，而實際安裝時沒有這么遠的距離，可見返回的采集器超收信號衰減的主要原因不是線路的阻抗影響。

2.2 返回的采集器與新采集器的抄收率對比

返回的采集器除了有元器件損壞使抄收率降低外，元器件未見異常采集器的抄收率與新采集器無明顯的區別。調節信號電平使新采集器剛好能抄到，同時返回采集器也能抄到，在信號衰減到新采集器抄收不到時，返回采集器也剛好抄不到，兩者的靈敏度同等。

返回采集器中Ⅰ型采集器的同步輸入電阻出現的故障較多，Ⅱ型采集器是對此作了技術改進，增加阻值，即將原來的272千歐姆改為480千歐姆，Ⅱ型采集器的靈敏度也產生了相應變化。分別對300多只Ⅰ型和Ⅱ型采集器進行抄收，結果顯示：信號沒有衰減時兩種采集器均可抄到，使用衰減電路對信號進行衰減時，隨著信號衰減Ⅰ型采集器尚能全部抄到，而Ⅱ型就出現部分抄不到，Ⅰ型與Ⅱ型采集器在抄收能力上表現出差異。

2.3 抄收率與噪聲的關系

使用不同的干擾源模擬不同的現場噪聲環境，它們所產生的波形有較大差異。結果顯示：它們工作時產生的噪聲嚴重影響著采集器對電能表數據的采集。為了避開噪聲的干擾帶來的影響，利用阻波器將不需要的諧波進行濾除，能夠使采集器的抄收變為正常。有資料顯示噪聲對抄收率存在影響，因為經過一段線路的傳輸后信號電平降低了，而目的地的噪聲電平還是那樣高，不得降低，這樣信噪比就下降了，雖然信號電平降低較少而信噪比降低是較多的，信噪比才是影響抄收率的關鍵指標。另外，現在家用電器種類較多，線路經過的范圍廣又受到有源干擾的影響。試驗的衰減電路來衰減信號，在衰減了信號的同時也衰減了噪聲，這樣的信號優于現場的信號，測出的抄收率也要比現場高。

2.4 現場傳輸線及諧波對信號衰減的影響

在生產環境中做試驗表明傳輸線路阻抗對信號衰減的影響比較大，線路經過范圍小，受到的干擾也小，在現場由于線路經過的范圍大，受到的干擾自然也大。低壓電力線上的輸入阻抗與所傳輸的信號頻率密切相關，由于分布電感和分布電容的影響，輸入阻抗會隨著頻率的增大而減小。但是，由于負載類型的不同，使不同頻率的阻抗變化也不同，所以實際情況非常復雜，甚至使輸入阻抗的變化不可預測，同時，正是由于負載會在電力線上隨機地連上或斷開，所以在不同時間，電力線的輸入阻抗也會發生較大幅度的改變。另外，電力載波遠距離傳輸時，信號由于電力線本身的阻抗而衰減。

諧波的產生是由于電源本身諧波和非線性負載所致，即使在同一信號強度下，在不同的時間的抄收率也是不同的，因為電網的負荷和干擾在不同時段不同。在用電高峰時負荷重，對信號的衰減要大，抄收率要低。

[1]伊落菘著;何晨譯. 圖解通訊 (日) [M].北京:科學出版社,2000.1.

[2]王贊基.電力線載波通信技術及其應用[J].電力系統自動化,2000,21(1):64-68.

[3]李晶,陳白寧,龔民.居民小區自動抄表系統中集中器的研究和設計[J].沈陽理工大學學報,2007,26(3):31-34.

Attenuation Test and Analysis of Communication Signals of Collector

Wang Wenli Chu Jianfeng
Anhui Nanrui Zhongtian Power Electronics Co., Ltd. Hefei 230031

利用導線、電阻和分布電容組成信號衰減電路，模擬采集器現場運行環境下信號衰減變化，對現場有抄收故障的采集器與未使用的新采集器作對比測試，結果表明：信號強、抗干擾的能力大，信息指令在轉送過程中丟失少，信號強度與抄見率呈極顯著相關。返回的采集器與新采集器的抄見率無明顯的區別。線路對信號的衰減不是主要原因，要檢測運用場地電能質量、噪音和信號強度等，分析現場的信號故障原因。

采集器；信號；衰減

The variation in signal attenuation of collector under field operating environment is simulated using the signal attenuation circuit consisting of conductor, electric resistance and distributed capacitance, and the collector with overcharge fault in the field is tested by comparing with the unused new collector, the comparison test results show that the signal is strong, the anti-interference capability is big, the loss of information instruction in the transmission process is less, and the signal intensity shows a significant relevance to meter reading rate. There is no significant difference between the meter reading rate of returned collector and that of new collector. The signal attenuation of circuit is not the major cause, the cause for signal fault in the field should be analyzed by testing the power quality, noise, signal intensity, etc. of the operating site.

Collector; Signal; Attenuation

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.044

3 結語

汪文莉，1969年，女，從電力采集器及智能電表應用與生產。

對存在超收不到或超收率低的現場環境，首先要檢查采集器性能，確定故障引起原因是否由元器件引起，因元器件故障引起的給與維修解決。由信號干擾引起抄收不到，應對原安裝現場踏查尋找出影響通訊信號衰退的因素，有必要利用現場評估系統實現時刻對信號的電能質量監測、記錄噪音和信號強度、分析載波路由算法等，實行對現場的信號故障原因分析。根據衰減電路的應用對現場返回的采集器的故障分析，一般可以排除采集器安裝很遠的現象。要著重注意電器的啟動和停止、切割機的電火花、家用變頻空調等各項影響諧波變化的因素。公用電網的諧波特別嚴重，則不但是介入該電網的設備無法正常工作，甚至會造成故障，而且還會造成超載、發熱，影響電力載波正常輸送。確定一些因素后，適當改換采集器安裝位置，避免可能的影響因素。另外，在采集器通信信號干擾大的地方增加使用阻波器，以提高采集系統抄收成功率。