電力系統(tǒng)中采集終端智能報(bào)警裝置的研制與應(yīng)用

朱 亮，郭鴻鵬，周 雷，黃 剛，魏 鑫

(1.國網(wǎng)錦州供電公司，遼寧 錦州 121000；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司大連培訓(xùn)中心，遼寧 大連 116000；3.遼寧雙宜電力電子有限公司，遼寧 錦州 121000)

1 概述

電力行業(yè)是支撐國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)和公用事業(yè)，電力需求與國民經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)。隨著我國社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，電能被越來越廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中，能源日趨緊缺這一現(xiàn)象也尤為突出。隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電力的依賴程度也越來越高，為實(shí)現(xiàn)用電信息采集系統(tǒng)“全費(fèi)控”的管理目標(biāo)，通過在用戶側(cè)安裝負(fù)荷控制管理終端實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶用電數(shù)據(jù)的采集并遠(yuǎn)傳回控制中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶遠(yuǎn)方抄表和購電，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程用戶購電管理。因用電信息采集終端催費(fèi)報(bào)警提示音量小且無語音提示，許多用戶無法及時(shí)了解剩余電量信息，導(dǎo)致未能及時(shí)購電，造成用電信息采集終端自動(dòng)跳閘，嚴(yán)重影響用電用戶正常生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)[1]。

基于上述原因，國網(wǎng)錦州供電公司創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研制了采集終端智能報(bào)警裝置，它具有安裝方便、抗干擾能力強(qiáng)、施工簡便等優(yōu)點(diǎn)[2]。解決了現(xiàn)有用電信息采集終端存在的催費(fèi)報(bào)警音量小或無語音報(bào)警的問題，提供一種可循環(huán)語音報(bào)警的智能報(bào)警裝置，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)智能報(bào)警的功能，使用戶及時(shí)了解剩余電量信息，及時(shí)將購電信息及電量使用情況傳遞給用戶，方便用戶及時(shí)購電[3]。

2 裝置的研制

2.1 智能報(bào)警裝置工作原理

采集終端智能報(bào)警裝置包括以單片機(jī)為核心的中央處理單元，在中央處理單元的數(shù)據(jù)線、電源控制輸入端分別接有數(shù)據(jù)保持單元和可對(duì)電源輸出轉(zhuǎn)換控制的電源處理單元，在單片機(jī)的控制命令輸入端還接有用于輸入操作命令的操作指示單元。其特殊之處在于所述操作指示單元中設(shè)有測試按鈕、止鳴按鈕；在單片機(jī)的顯示信號(hào)輸出端接有用來顯示電源狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警狀態(tài)的顯示單元，在單片機(jī)的信號(hào)輸入端接有用來接收用電信息采集終端輸出的聲光報(bào)警信號(hào)的傳輸接口單元；在單片機(jī)的信號(hào)選擇輸入端還接有信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，用來將采集到的報(bào)警信號(hào)經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換單元的手動(dòng)設(shè)置來選擇相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)形式；在中央處理單元的傳輸端接有語音輸出單元，用來將采集終端的報(bào)警指令通過功率放大后以語音報(bào)警形式傳遞到用戶[4]。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)原理

數(shù)據(jù)傳輸模塊包括發(fā)射單元和接收單元2個(gè)部分，發(fā)射單元安裝在負(fù)控終端側(cè)，實(shí)時(shí)接收負(fù)控終端的報(bào)警指令，并通過智能數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)射信號(hào)；接收單元安裝在報(bào)警裝置側(cè)，通過智能數(shù)據(jù)傳輸模塊接收信號(hào)報(bào)警，并將已報(bào)警指令信息回傳到發(fā)射單元[5]。

為了保證在發(fā)射單元和接收單元間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч?數(shù)據(jù)傳輸模塊應(yīng)具有多個(gè)特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸誤碼率不超過10-5，發(fā)射功率為100 mW，無線數(shù)據(jù)傳輸433 MHz，免向無委申請(qǐng)頻段(430～470 MHz)，高抗干擾能力和低誤碼率，傳輸距離遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)透明傳輸，可編程信道，具有較大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)[6]。

智能數(shù)據(jù)傳輸模塊連接端子的定義為提供1個(gè)5針排線的連接器，定義及與終端的連接方法見表1。設(shè)計(jì)完成后，智能數(shù)據(jù)傳輸模塊如圖1所示。

圖1 智能數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)物

表1 智能數(shù)據(jù)傳輸模塊連接端子與終端的連接方法

數(shù)據(jù)傳輸模塊的發(fā)射單元和接收單元采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，發(fā)射單元模塊安裝在負(fù)控終端側(cè)，實(shí)時(shí)接收負(fù)控終端的報(bào)警指令，并通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)射信號(hào)；接收單元模塊安裝在報(bào)警裝置側(cè)，通過微功率數(shù)據(jù)傳輸模塊接收信號(hào)報(bào)警，并將已報(bào)警指令信息回傳到發(fā)射單元。如圖2所示，該裝置由發(fā)射單元和接收單元組成[7]。

圖2 智能數(shù)據(jù)傳輸模塊原理

發(fā)射單元具有用于與負(fù)控終端連接的告警接口，并內(nèi)置數(shù)據(jù)傳輸模塊Ⅰ，數(shù)據(jù)傳輸模塊Ⅰ連接有小天線Ⅰ5[8]。

接收單元具有用于與報(bào)警裝置連接的告警接口，并內(nèi)置有數(shù)據(jù)傳輸模塊Ⅱ，數(shù)據(jù)傳輸模塊Ⅱ連接有小天線Ⅱ6[9]。

數(shù)據(jù)傳輸模塊Ⅰ通過小天線Ⅰ5 向接收單元發(fā)送報(bào)警指令。數(shù)據(jù)傳輸模塊Ⅱ通過小天線Ⅱ6接收?qǐng)?bào)警指令后，將已報(bào)警信息回傳給發(fā)射單元[10]。

2.3 裝置模塊參數(shù)值設(shè)定

裝置模塊的調(diào)制方式為GFSK，工作頻段為433 MHz，接口數(shù)據(jù)格式為8E1(偶校驗(yàn))、8O1(奇校驗(yàn))，發(fā)射功率為100 mW，接收靈敏度為-116 dBm @ 9600 bps，信道速率為1200/2400/4800/9600 bps，接口速率為1200/2400/4800/9600 bps，發(fā)射電流≤100 mA，接收電流≤40 mA，整機(jī)功耗<2 W，發(fā)射頻率在430～470 MHz，模塊發(fā)射功率<100 mW，傳輸距離在開闊視距情況下達(dá)到150 m，外形尺寸為80 mm×60 mm×30 mm。

采集終端智能報(bào)警裝置適用于負(fù)控終端安裝在廠區(qū)外的電力用戶，報(bào)警裝置則安裝在值班室內(nèi)，與負(fù)控終端之間采用微功率信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，這樣既可以使用戶人員及時(shí)聽到語音報(bào)警提示音，防止欠費(fèi)跳閘，又可避免高空架設(shè)或地埋電纜所帶來的施工成本，同時(shí)也減輕人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高了安全性能和工作效率。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

未采用該裝置前，對(duì)于無法直接連接的負(fù)控終端和報(bào)警裝置，只能采用架設(shè)或地埋電纜的方法，且由于外界影響等原因，經(jīng)常造成重復(fù)。該裝置采用后，縮短了終端安裝時(shí)間，減少人力、物力、財(cái)力的消耗，節(jié)約了成本。安裝前，每安裝一處負(fù)控設(shè)備，平均消耗1848.7元。安裝后，平均消耗(智能遠(yuǎn)程報(bào)警裝置與普通報(bào)警裝置制購費(fèi)用的差價(jià))432.2元。所以，使用該報(bào)警裝置可以節(jié)約成本1416.5元。

4 結(jié)語

綜上所述，智能遠(yuǎn)程報(bào)警裝置已在國網(wǎng)錦州供電公司全面推廣使用，并取得了良好的效果。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，取代了高難度、高成本的電纜敷設(shè)，既降低了裝置建設(shè)投資和運(yùn)行維護(hù)成本，又有效提高了安全性能。運(yùn)行1年以來，受到了現(xiàn)場安裝、調(diào)試人員的普遍認(rèn)可。