公網無信號區域遠程抄表問題解決方案

張 捷，付 瑤，孫漢威，陳蓉燕，徐 揚

（廣東電網有限責任公司韶關供電局，廣東 韶關 512026）

0 引 言

隨著通信技術的迅猛發展，各行業加強智能化建設也邁向新的臺階。目前，無線公網在配電自動化和計量自動化中的應用都頗為廣泛，促進了供電企業抄表方式的轉變[1]。為此，供電企業加快智能電表和低壓集抄全覆蓋工作，逐步取消人工抄表模式，實現全量客戶自動化模式抄表，以適應新一輪電力體制改革新要求，提升企業管理水平，提高工作效率[2-4]。公網無信號區域大部分為偏遠山區，人工抄表耗時費力且人身風險較大。顯然，解決公網無信號區域的遠程抄表問題是必行之舉。

1 計量自動化系統

搭建計量自動化系統以實現電能量數據的遠程采集。這套系統是數據采集、通信通道、數據庫、應用分析、前端WEB展現等多模塊的有機組合。數據采集是計量自動化系統主站最基本業務，采集終端將存儲的電能表數據通過上行通信傳送至計量主站（上行通信方式包括廠站調度數據網通道、專線通道、撥號通道、公網等多種），計量主站對上傳的數據進行處理和平臺展現，并發送相應采集任務指令至采集終端。因此，終端與電表之間的下行通道，與主站之間的上行通道，兩通道鏈路的穩定可靠傳輸是整個計量自動化系統良好運行的基礎。計量自動化系統可進行自動抄表率、終端在線率、數據完整率等多項指標統計。借助系統統計指標，基層運維人員可有針對性的加強現場運維，提升電能量數據采集完整性、可靠性。

2 采集終端遠程抄表實現過程

（1）變電站電能表數據采集，廠站終端與電能表通過RS485進行下行通信，廠站終端將采集的電能量數據通過調度數據網實現與計量主站的雙向通信。廠站側電能量數據采集通信可靠[5]。

（2）專變用戶電能量數據采集，負控終端與電能表通過RS485進行下行通信，負控終端內置GPRS通信模塊，使用SIM卡，通過無線公網（移動、聯通、電信），實現計量主站與負控終端的雙向通信。

（3）公變臺區考核戶電能量數據采集，配變終端可直接計量，數據通信方式與負控終端通信方式相同[6]。

（4）集中器電能量數據采集，集中器與電能表可通過多種方式實現下行通信，較為常用的是電力載波、微功率無線、RS485總線等，集中器上行通信部分則與負控終端通信方式相同。

無線公網因覆蓋范圍廣、無需額外投資、維護成本低而被廣泛應用，但單一通信始終牽制著電能量數據的實時采集，影響數據傳輸的可靠性。

3 公網信號盲點遠程抄表解決方案

對抄表所在區域現場環境、公網信號情況、改造投資預算等多維度考量，采取有針對性的解決技方案。

3.1 北斗衛星通信

針對無公網移動基站信號覆蓋的偏遠山區水電站，若采用230M無線專網或電力載波的方式，不僅建設成本昂貴，后期維護費用也很高，因此可利用北斗衛星，即搭建北斗衛星通信的抄表主站，實現數據通信，如圖1所示。北斗衛星系統具有覆蓋范圍廣、穩定可靠、安全高效等優點，可保證全國范圍內不限時間、地點的無障礙雙向通信。

圖1 北斗衛星實現遠程自動抄表過程

由圖1可知，基于北斗衛星的遠程抄表實現過程，相較于傳統抄表裝置，終端通信模塊由原來的GPRS模塊變更為北斗通信模塊，SIM卡改為北斗用戶卡，主站側增加北斗通信管理機。其工作流程為：北斗抄表終端通過北斗外置天線將采集到的電能量數據，通過北斗衛星送至主站側北斗通信管理機，北斗管理機與計量自動化系統主站通過數臺移動數據集成模塊實現雙向通信。主站側搭建北斗實時監控管理界面，監控北斗抄表終端狀態與采集數據。

目前，已有較為成熟的北斗抄表終端及北斗抄表主站，建設費用和通信資費逐年降低，在無信號區域抄表點多且分散的情況，可采用北斗衛星通信實現遠程抄表[7]。

3.2 物聯網技術

NB-IoT、LoRa物聯網技術是當前研究的熱點方向，是解決日漸擴展的高級采集業務時下行通道阻塞的一種通信方案，現已在水表、燃氣表、電表等多領域的數據采集應用中有初步嘗試。NB-IoT通信方式技術特點：是將通信模塊直接置于智能電能表中，免去集中器中間環節，避開下行通信帶寬受限瓶頸，實現電表與主站層的直接通信，兼容2G、3G、4G、5G通信網絡。NB-IoT對聯通、電信、移動、廣電有專門的頻段，不存在信號干擾。NB-IoT技術用于用電信息采集系統，能夠提高采集實時性，實現停電事件主動告警等高級應用。但目前移動運營商NB-IoT的基站未完全覆蓋，且NB-IoT采集方式帶來了SIM卡通信費用，因此短時間內難以全面推廣。

LoRa是一個更靈活的自主網絡，是一種低功耗遠距離局域網，一個LoRa網關可連接上千個乃至上萬個LoRa節點，但使用1GHz以下的免費非授權頻段，可能會對其他使用公用頻段的設備產生信號干擾。此外，實現LoRa通信需要全新組建網絡設備，前期設備投資大。

3.3 信號中繼

目前，新建小區配電房多建于無信號或弱信號地下室，導致計量終端無法上線。針對這種弱信號區域，多臺終端處于同一信號盲區無法上線情況，可以加裝信號延長設備，解決地下箱變無法抄表問題。在信號盲區的終端側加裝電力載波GPRS近端設備，在有信號的區域加裝電力載波GPRS發送設備，采集終端與近端設備通過以太網接口連接，近端設備與發送設備通過電力載波線建立連接，從發送設備接受來自主站的發送數據，識別數據目標設備后，通過以太網口將通信數據返回給采集終端。在信號良好區域的發送設備通過GPRS獲取主站通信數據，實現與計量主站的雙向數據交互。這種方案僅借用已有的電力載波線即可實現公網信號延長，施工簡單、安裝靈活，可有效保障采集終端與主站的穩定通信[8]。

3.4 增益天線

針對偏遠鄉村較為分散的弱信號區域，在考慮投資成本情況下，可將終端天線從配變箱中引出加長終端天線或加裝信號放大器等方法解決弱信號。加長終端天線，將天線引到信號較強的區域，涉及現場重新布線，且受制于現場環境和用戶協調等多重問題，可結合實際條件選擇此改善方案。加裝信號放大器的方法，在信號弱區域可起到信號放大作用，完全的信號盲區則不適用。

4 結 論

基于計量自動化系統的遠程抄表技術，是推動供電企業計量、營銷工作向自動化、智能化發展的動力。解決信號盲區終端數據采集問題，實現全量用戶遠程抄表，將企業更多的基層人員從簡單重復的現場抄表工作中解放出來，優化了企業人員配置，有效盤活了一線人力資源，促進企業良性運作，提高員工積極性。全量用戶數據的遠程抄表，從根源上解決了人工抄表差錯頑疾，及時、準確的基礎采集數據，減少電費差錯的同時，還可有利支撐電力大數據分析。引入多種通信技術解決公網無信號區域抄表問題，方能凸顯全量用戶遠程抄表帶來的經濟效益和社會效益。