基于臺區變壓器兩端光纖通信的農網配電線載波數據通信

肖 宏，何 森，覃宗濤，吳立忞，趙小龍，徐 鑫

（1.廣西電網公司桂林供電局，廣西 桂林 541001；2.西安浩源電力科技有限公司，陜西 西安 710069）

0 引 言

近年來，隨著我國經濟的穩步發展，城鄉社會、經濟一體化的格局在各級縣市區逐步形成，居民生活質量得到很大提升。配電網在我們的生活中發揮著不可忽視的作用。電是現代社會運行的動力，但我國許多農村地區，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展和人民群眾生活水平的提高。1998年以前[1]，農村“三電現象”（人情電、權力電、關系電）和“三亂現象”（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”的發展戰略，進一步提高農村電氣化水平，并要求以科技為支撐，進行科學規劃，提升裝備科技含量[5-8]，形成結構優化、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、企業誠信、民心所向，牽動著城鄉電價、農民負擔，及農村群眾生產生活水平與農村電氣化事業發展等，對于開拓農村消費市場，促進農村經濟社會發展具有十分重要的意義。

當前的電力系統中，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境影響大，可靠性差；網線直連跨接方式有被10 kV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信號的臺區傳輸到有GPRS信號的臺區，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，實現無信號臺區信息的有效通信。

1 基本原理

為降低臺區中壓側10 kV電壓擊穿通信設備，直接傳入低壓側的風險，在臺區高壓側與低壓側分開供電，臺區低壓側直接供電給配變監測計量終端及擴展模塊，配變監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信號的臺區位置。跨臺區配變數據通信裝置系統原理如圖1所示。

圖1 跨臺區配變數據通信裝置系統原理框圖

該系統的通信在臺區配變低壓側到低壓線路后一段架空線路上進行。其目的在于監測低壓線路中后段，即監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測終端向前面位于配變低壓側的配變監測計量終端擴展模塊傳輸數據。

臺區配變：臺區是指（一臺）變壓器的供電范圍或區域，臺區配變為某一供電區域的配電變壓器。

配變監測計量終端：無信號臺區的配變監測計量終端不含GPRS信號模塊，有信號臺區的配變監測計量終端包含GPRS信號模塊。

配變監測計量終端擴展裝置：配變監測計量終端擴展模塊與配變監測計量終端之間通過485或232接口實現通信。配變監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電源接自配變監測計量終端的電源端子。配變監測計量終端擴展模塊需完成如下功能：

（1）比較并判斷低壓線路綜合監測終端發來的數據，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）發給配變監測計量終端，由其傳回局方系統；

（2）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，并向配變監測計量終端發送判斷結果，以示預警。這時，后面低壓線路綜合監測終端發送過來的電壓電流為零值，由非斷線相序發送，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給另外有電的相序。

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

（4）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：實現電信號到光信號之間的轉換。

2 具體實施

首先臺區變壓器低壓側（即臺區變壓器右側）提供電壓給配變監測計量終端（無GPRS信號模塊），然后將數據信息傳送給配變監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信號臺區接收信號過程為無GPRS信號臺區傳遞信號的逆過程，臺區配變裝置系統電氣圖如圖2所示。

圖2 臺區配變裝置系統電氣圖

桂林局城南分局的羅馬街臺區與草底村臺區通信傳輸示意如圖3所示。

圖3 通信傳輸示意圖

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2 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

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。可以看出，A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151.323 A，與草底村配變低壓側電流相差0.044 A；B相羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側電流為138.135 A，與草底村配變低壓側電流相差0.078 A；C相羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側電流為185.568 A，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。可見，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，載波通信會被臺區變壓器阻隔，導致傳輸中斷，無法完整實現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信號的臺區傳輸到有GPRS信號的臺區，實現無手機信號臺區信息的有效通信，大幅提高了可靠性與傳輸效率，實時性良好。

[1]杜勇.當前農網配電規劃存在的問題及改進建議[J].中國高新技術企業，2015（21）：158-159.

[2]周文海.幾種適應于農網的配電自動化建設模式淺析[J].科技訊，2010（31）：250-252.

[3]栗清枝，宋保明.農網配電自動化技術研究 與分析[J].民營科技，2015（7）：16.

[4]張慧林，錢積宏，舒鳳高.全故障監測和區段定位系統[J].農村電化，2016（11）：37-38.

[5]尹健.基于農網配電自動化系統的技術方案和管理模式研究[D].北京：華北電力大學，2007.

[6]吳志勇，沈晗陽，熊德智，等.用電信息采集系統中壓載波通信技術探討[J].大眾用電，2017，32（2）：38-39.

[7]肖雪.通信技術在自動化系統中的監控功能[J].網絡安全技術與應用，2017（1）：115-116.

[8]蔣盛.基于EPON技術的中低壓配電自動化通信系統設計[D].鎮江：江蘇大學，2016.

[9]李曉雯.基于電力載波通信的應急燈狀態檢測系統設計[D].天津：天津大學，2016.

[10]閆娟，張曉宇，王晨臣，等.配電自動化系統中通信網絡設計與實現研究[J].通訊世界，2015（17）：106-107.

[11]安志國，胡金路，張海粟.基于縣城配電自動化通信系統建設[J].電工文摘，2014（6）：62-65.

[12]屠永偉.智能配電網通信技術研究與應用[D].北京：華北電力大學，2014.

[13]邊靜濤.農村電網電壓質量及無功補償應用研究[D].北京：華北電力大學，2013.

[14]楊秦.農村電網改造中配電工程的施工管理探析[J].通訊世界，2017（6）：224-225.