基于配電網電纜屏蔽層的寬帶載波通信技術研究

李閻君 黃翰 陳柏旭 彭杰 周迷

摘 ? 要：在社會經濟不斷發展的過程中，人們對于供電的需求也在不斷的增加，相關的配電網以及其他電力設備也得到了充分的發展。實施配電自動化系統就需要有穩定可靠、經濟合理的通信系統來支持，在當今城市的供電系統中，離不開以電纜為主進行供電的配電網，所以本文中提出了一種基于配電網電纜屏蔽層的寬帶載波通信技術，從理論上來說該技術的物理層的通信速率能夠達到30Mbps，并且能夠對TCP/IP協議進行支持，在通信上能夠實現對等通信方式。在本文中通過對線路輸入阻抗以及載波通信頻譜進行相應的測量分析，進而配置相應的通信模式，在璧山公司的實際通信試驗中進行了相應的測試，表明該種通信模式的有效性。

關鍵詞：配電網 ?電纜屏蔽層 ?寬帶載波 ?通信技術

中圖分類號：TM72 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0142-02

在配電網自動化系統中，通常采用的通信方式有電力線載波、光纖、無線通信、電纜等，每一種通信方式都具有不同的性能和特點。電力線載波技術是以電力線自身作為相應的通信媒介，因此不需要再重新設置相應的通信通道，在配電網自動化系統中得到了較為廣泛的關注。目前國內配電自動化系統的通信網絡一般都是以光纖為主、GPRS為輔，實現光纖全覆蓋需要極大的投資，而且由于受配網實際建設環境限制，光纖沒能有效覆蓋區域的配電終端，因為信息安全因素，國網公司也不再允許使用GPRS做遙控。對于璧山公司而言，城區部分環網柜、老舊開閉所敷設光纖難度較大，難以實現“三遙”功能應用，基于這種現狀，公司運檢部配網工區利用環網柜通信模塊進行現場應用試驗。該設備依托電纜屏蔽層進行載波數據傳輸，無復雜的施工布線工作，可有效解決光纖敷設難，施工成本高等問題。

1 ?配電網的結構以及其信道特征

根據實際中供電的需要以及相關要求，會對配電網中的電力線路進行相應的設計，在中低壓配電線路上進行高頻載波信號的傳輸時，需要利用到哪種通信模式，通常要考慮相關裝置的安全及可靠性和信號傳輸的效率，并且也要符合配電網的實際結構以及通信網絡的運行方式。

1.1 配電網的結構以及其分級分析

一般在配電網中包含中壓配電網和低壓配電網，不同的配電網其傳輸的電壓是不同的，中壓配電網的等級在6～35kV，而低壓配電網的等級在220～380V。對于中壓配電網而言，其相關變壓器中壓線圈的中性點既可以不用接地，也可以適量的進行阻抗接地。在進行供電的過程中，變壓器是通過向相應的母線進行供電，而相應的母線會通過斷路器向配電網中的中壓饋線進行供電，最終達到向用戶供電的目的。

中壓配電網是一種動態的、變化的結構，按照配電網自動化以及數據傳輸的相關要求，中壓配電網的運行方式主要包括輻射和互連兩種方式。而低壓配電網中低壓配電線路的長度在通常情況下不會超過500m，該配電網的網絡拓撲是一種輻射狀樹型復合結構，低壓電力網一般是由地埋絕緣電纜、架空絕緣電纜和其他開關裝置等組成，低壓網在運行方式上也可以使用互連的方式，其也是一種動態的、變化的結構。

1.2 配電網網絡的特性

低壓網和中壓網一般在網狀結構、運行方式上具有很多類似的地方，其網絡都是一種共享介質，物理上的結構都是輻射狀樹型復合結構。不同的是低壓網上具有更多的用戶，傳輸距離一般都比較近，并且配電網絡也都比較復雜，而中壓網具有較遠的傳輸距離和較大的網絡覆蓋面積，因為其具有較高的電壓等級，所以在應用的時候需要使用特殊的耦合設備，從而滿足工業的相關安全標準。

配電網與傳統的中高壓輸電線網絡相比較，一般具有很大的差別，高壓輸電線載波通信所依賴的輸電線網具有較為簡單的網絡結構，能夠實現數據在長距離中點對點之間的傳輸;同時在相應的變電器和輸電線上都裝備了阻波器，這樣做能夠對負載和線路阻抗變化對載波通信的影響進行有效的隔離，從而保障通信具有良好的性能。

1.3 配電網的信道特征

電力線主要是用來進行高壓工頻電流傳輸的，而想要使用配電線建立相應的數據通道，一般都存在著較多的困難。高頻載波信號具有較大的傳輸衰減、較高的噪聲電平以及較多的干擾種類，這些因素都會對數據通道的計算建立產生一定的影響，同時線路中的耦合阻抗也會不定時的發生不可預測的變化。通過使用相應的耦合裝置可以解決一定的阻抗波動，對電力線路的高壓工頻以及諧波噪聲具有一定的抑制作用。

2 ?寬帶載波通信在電纜屏蔽層的應用

經過相應的考察可以得知該城區的配電網實際建設環境受到一定的限制，其城區的部分環網柜以及老舊開閉所進行敷設光纖具有較大的難度，在一定程度上難以實現“三遙”功能的應用。依托于電纜屏蔽層，使用環網柜通信模塊進行載波數據傳輸，這樣能夠避免復雜的施工布線工作。

雖然在電纜屏蔽層進行高頻信號傳輸時，會出現較快的信號衰減的現象，這就需要限制相應的通信距離。根據璧山帝逸城的相關情況可以采用基于配電網電纜屏蔽層的高頻信號載波通信來實現寬帶通信的相關方案，利用相關設備依托于電纜屏蔽層可以進行載波數據傳輸。電纜屏蔽層不會與通電的導體芯進行直接的接觸，在其中間還會有屏蔽架和交聯層進行隔離。通過利用電纜屏蔽層作為高頻信號傳輸的載體，基本能夠消除電力線大電流因電磁感應而產生的噪聲。基于配電網電纜屏蔽層的寬帶載波通信技術傳輸的是高頻信號，所以具有非常高的通信速率，能夠真正實現寬帶通信。

3 ?璧山公司電纜屏蔽層寬帶載波通信試驗

由于受到配網實際建設環境限制，城區部分環網柜、老舊開閉所敷設光纖具有較大的難度，難以實現“三遙”功能應用。在這種情況下，璧山公司的運檢部配網工區利用環網柜通信模塊進行現場應用試驗。該試驗選擇的區域是在璧山帝逸城1#開閉所，進行環網柜載波通信模塊現場試驗。試驗10kV電纜起止點為帝逸城1#開閉所622開關出線至帝逸城3#配電室601開關進線，在這個過程中所使用到的線纜的長度為370m。按照相關的試驗要求對相關線路進行了應有的布置，并根據安裝示意圖對相關設備進行了安裝。在該試驗中，由于璧山公司的配電自動化主站以及相關DTU尚在建設中，無法進行相應的開關預置及開關遙控實驗，所以在這次試驗中主要對其通訊功能進行了相關的試驗，試驗的具體情況如下。

3.1 通訊成功率

在進行電纜屏蔽層寬帶載波通信試驗的過程中，針對通信成功率這一環節的測試試驗，本文的研究中是按照20字節通訊報文、200字節通訊報文分兩組進行測試，每組共計1000次。通過試驗我們可以得到相關的測試數據以及測試完成后所得到的通訊成功次數和通訊成功率。通過對這些數據進行分析可以得知，不管是20字節的通訊報文長度還是200字節的通訊報文長度，在進行1000次的通訊試驗下，其通訊成功率都能夠達到100%，這就表明了其具有良好的通訊效果。

3.2 通訊響應時間

在進行電纜屏蔽層寬帶載波通信試驗的過程中，針對通信響應時間這一環節的測試試驗，本文研究中是按照50字節通訊報文、200字節通訊報文分開測試通訊100次所需要的通訊響應時間，對于不同長度的報文各測試5組，再計算出每次所需的通訊響應時間。

通過對相關測試結果進行分析可以得知，針對于50字節長度的通訊報文，在100次不間斷通訊測試中，其每一次通訊所用的時間沒有太大的差別，而平均下來其每次所用的通訊時間為0.242s;針對于200字節長度的通訊報文，同樣在進行100次不間斷的通訊測試中，其通訊用時幾乎沒有太大的偏差，并且其平均下來其每次所用的通訊時間為0.512s。通過相應的比較可以發現，在相同的條件下，字節通訊報文長度較長，在進行通訊的時候其會比較短的字節通訊報文具有較多的通訊響應時間。

3.3 通訊壓力測試

在進行電纜屏蔽層寬帶載波通信試驗的過程中，針對通信壓力這一環節的測試試驗，本文研究中是按照50字節通訊報文、200字節通訊報文進行載波通訊壓力測試，讓系統連續30miin以50ms的固定時間間隔不間斷發送報文，查看通訊成功率。

經過上述測試，該合作通訊公司環網柜通信模塊具備如下特點：

（1）通訊速度快。“三遙”通訊報文長度一般在20字節左右，該設備通訊時間可以保持在300ms以內;

（2）通訊穩定性強。在長時間不間斷發送通訊報文的情況下，其通訊成功率在99.9%以上，運行穩定可靠;

（3）安裝方便快捷。該設備現場安裝簡單，施工容易，無復雜布線，調試方法清晰易懂。

4 ?結語

綜上所述，在社會信息化進程不斷加快的背景下，實現配電網自動化系統對提高供電的效率以及保障供電的安全、穩定具有重要的意義。本文的研究中對配電網的相關結構以及信道特征進行了分析，并探討了寬帶載波通信在電纜屏蔽層的應用。璧山公司通過應用環網柜載波通信模塊，開了展相應的電纜屏蔽層寬帶載波通信試驗，對通訊響應時間、通訊成功率以及通訊壓力測試進行了相應的研究和分析。相關研究結果充分表明，環網柜載波通信模塊能夠較好的實現配網自動化系統的通訊需求，可作為光纖無法敷設區域的良好補充，在城區采用基于配電網電纜屏蔽層的寬帶載波通信，能夠滿足配電系統中對于大量數據的傳輸要求。

參考文獻

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