寬帶載波通信模塊現場檢測方法

徐揚 付瑤 張捷

[摘? ? 要]計量自動化系統是采集電網主網、配網用電數據系統，數據采集的現場通信環境復雜多變，現場運維出現的問題頗多，對通信過程的檢測顯得尤為重要。將計量自動化和現場通信檢測結合起來，有助于提升電力業務效率。本文針對現場寬帶載波通信模塊檢查方法進行研究，為及時發現故障原因，減少人工逐項排查帶來的時間浪費和根據客觀經驗判斷通信模塊造成資源浪費提供解決思路。

[關鍵詞]寬帶載波;通信模塊;HPLC;現場檢測

[中圖分類號]TN913.6;TP273.5 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–0–02

On-site Detection Method of Broadband Carrier Communication Module

Xu Yang， Fu Yao， Zhang Jie

[Abstract]The metering automation system is a data collection system for the main grid and distribution network. The on-site communication environment for data collection is complex and changeable. There are many problems in on-site operation and maintenance. The detection of the communication process is particularly important. Combining metering automation with on-site communication detection will help improve the efficiency of power business. This article researches on the inspection method of the on-site broadband carrier communication module， and provides solutions for finding the cause of the failure in time， reducing the time waste caused by manual item-by-item investigation， and judging the waste of resources caused by the communication module based on objective experience.

[Keywords]broadband carrier; communication module; HPLC; on-site detection

隨著電網規模擴大，電力用戶幾何式增多、計量設備更新迭代加速、模塊故障和運行環境惡劣等因素均導致終端故障增多，造成終端離線、采集失敗，采集成功率下降等，對供電企業的考核指標和采集數據的深化應用有直接影響。因此，現場高效精準的運維工作對供電企業尤為重要。研究現場通信模塊檢測方法，能有效解決計量終端運維過程中工作效率低下、人工參與量大、資源浪費嚴重等實際問題，以此緩解整個供電局系統的運維壓力，減少系統維護的費用與經營成本問題，為企業帶來經濟保障與社會效益，具有區域推廣使用的價值。本文通過研究寬帶載波通信方式，針對寬帶載波通信模塊現場檢測方法進行探討。

1 計量自動化現場通信技術概述

1.1 計量自動化系統采集結構

計量自動化系統由主站計算機系統（簡稱“主站”）、遠程通信的傳輸通信信道、現場各類計量終端和電能表計三部分組成。現場計量終端采集電力用戶用電數據后通過多種通信方式傳輸到計量系統主站，主站對電能表數據進行集中管理并監測。主站主要由業務應用模塊、運維監控模塊、數據管理模塊和采集處理平臺組成，對數據進行集中儲存、處理與應用，通過網省綜合數據網與南網電能量數據平臺進行數據交互。各地市供電局側由廠站終端、負控終端、配變終端和集中器與電表構成前置采集子模塊，通過MSTP傳輸網與備用通道與主站進行通信;由關口遙測系統廠站終端構成的關口采集前置字模塊通過調度數據網與主站進行通信。

數據采集通信通道分為遠程和本地兩部分（也稱為上行通信通道和下行通信通道），遠程通信是指計量設備和主站之間的通信，主要有230 MHz無線專網、GPRS無線公網、CDMA無線公網、光纖專網、PSTN和中壓電力載波等，其中采用較多的是GPRS和230 MHz無線專網兩種方式。本地通信有低壓窄帶載波、低壓寬帶載波、RS-485總線和微功率無線等方式，其中負控與配變的本地通信一般采用RS-485方式;低壓集抄主要采用電力線載波或電力線載波與RS-485混合組網的形式。計量自動化系統中采用多種通信技術，不僅能實時采集用戶用電量信息，而且可滿足不同的應用環境，采集信息非常全面，精確度也非常高，使電能數據能夠準確快速的傳送給主站。

根據目前實際工作中的現場使用情況，將這些通信方式與計量系統中各業務終端之間的關系進行對應，通信方式架構如圖1所示。

1.2 現狀與問題

計量運維人員在現場運維中，靠經驗對終端通信采集異常進行基本判斷，選擇直接更換通信模塊或SIM卡等簡單輪換測試的方法處理終端離線、在線無數據、在線缺數等問題，工作效率不高;對拆回的通信模塊上電復檢比較麻煩，需與表計、終端同時上電做檢測，并錄入相應的檔案資料，且還受到組網、兼容性等問題影響，不僅增加工作量也會影響對通信模塊故障的判斷。部分基層計量運維人員不對拆回通信模塊上電復檢，僅憑現場判斷和工作經驗，會造成部分通信模塊的資源浪費，如現場接觸不好、線路阻抗、電磁干擾、表計的通信模塊與集中器HPLC通信模塊的不兼容等，對通信模塊故障判斷的準確率不高。

2 低壓寬帶載波通信

2.1 寬帶電力線載波技術

隨著國家能源戰略發展，電力線載波通信技術（PLC）作為電力系統特有的高效可靠的通信傳輸方式，在智能電網的數據、遠方保護信號傳輸等方面中起著越來越重要作用。電力載波通信技術利用配電網線路作為數據傳輸的媒介，調頻、頻率可達到幾百千比特率至幾兆比特每秒，傳輸帶寬為2k～4 kHz，采用正交頻分復用技術（Orthogonal Fre-quency Division Multiplexing，OFDM）信號調制方式。相較于窄帶載波方案而言，寬帶載波具有帶寬較大、抗擾能力強、通信速率高的特點，在相同時間能可采集更多的電能表數據。技術原理是發送器首先將數據信息調制到一個高頻載波上，然后利用功率放大后，通過耦合電路耦合到電力線上，經過不同等級的電力線傳輸，接收信息的調制解調器再通過濾波后將高頻信號從電流中分離出來還原成數字信號。

2.2 寬帶電力線載波通信模塊

與窄帶載波通信技術相比，寬帶電力線載波通信模塊有“分鐘組網，秒級抄表”的運行效果，寬帶載波遠程集抄方案能有效地提高用電信息采集系統的采集成功率，還能降低采集耗時。同時，寬帶載波在用電信息采集系統中還支持互聯互通，可實現安全、高效和可靠的抄表功能，每個數據項平均抄讀時間小于1s。相較于窄帶載波方案而言，寬帶載波具有帶寬較大、抗擾能力強、通信速率高的特點，在相同時間能可采集更多的電能表數據。

在采集系統里，載波通信模塊分為本地通信模塊和智能表模塊，本地通信模塊節點位于路由的最源頭，其地址被稱為源地址，負責網絡組建、網絡維護;智能表模塊節點位于路由的最末端，其地址成為目的地址，負責信息中轉應答。寬帶載波通信模塊可通過電力線進行組網通信，一個主模塊可以管理多個從模塊進行采集與控制等指令下達的操作，從模塊有能發起信息主動上送等操作，實現雙向通信;主節點可根據實時的通信網絡環境對通信鏈路做出動態調整和最優選擇，提高通信成功率;在距離比較遠或受到嚴重干擾的通信線路中，可從模塊間通過路由代理協調器（Proxy Co-ordinator，PCO）為中繼代理完成接力通信，無須人工干預。

2.3 通信模塊檢測實現方式

通過把終端寬帶載波本地模塊的弱電接口管腳和強電接口管腳，分別匯總連接至弱電的功能管腳轉接接口和載波通信接口，再連接至終端本地模塊的串口信號（5VTTL電平）。將載波信號耦合模塊通過低壓射頻信號連通本地模塊與電表模塊的載波通信回路，實現了組網抄表功能的測試。

以模擬本地模塊與遠程模塊的組網通信方式，通過把寬帶載波本地模塊的弱電接口管腳和強電接口管腳，分別匯總連接至弱電的功能管腳轉接接口和載波通信接口，再連接至終端本地模塊的串口信號。將載波信號耦合模塊通過低壓射頻信號連通本地模塊與電表模塊的載波通信回路，實現組網抄表功能的測試。簡單來說，就是通過模擬發送一段報文的方式，檢測模塊的收、發報文情況。

2.4 通信模塊檢測工作過程

（1）對CCO模塊上電調試，判斷CCO是否能正常工作。

（2）對STA模塊進行上電調試，判斷STA能否正常工作。

（3）對CCO和STA之間通信進行診斷，通過射頻信號線連接，模擬集中器和電表命令，下發數據及參數初始化、設置主節點地址、添加表檔案、抄讀電表數據，調試通信質量。實現載波模塊調試，確定不同版本規約抄讀軟硬件版本信息等，能更好地幫助現場運維作業人員驗明調試區域的功能是否完好，通信規約以及軟硬件版本等參數也能清晰可詢。

（4）使用載波信號耦合模塊，以低壓射頻信號連通本地模塊與電表模塊的載波通信回路，實現本地模塊和電表模塊的組網抄表能力。

3 結束語

研究寬帶載波測試方法，可為設計現場對本地模塊、電表模塊，以及遠程模塊的測試的便攜式設備提供思路，利用技術手段輔助基層運維，實現對表計寬帶載波模塊、計量終端寬帶載波模塊、上行GPRS模塊進行初步檢測，排查常見故障，及時發現故障原因，有效解決計量終端運維過程中工作效率低下、人工參與量大、資源浪費嚴重等實際問題，以此緩解整個供電局系統的運維壓力，減少系統維護的費用與經營成本問題，為企業帶來經濟保障與社會效益，具有區域推廣使用的價值。

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