基于抗干擾接地技術的通信工程設備遠程重啟研究

張瀟北， 李一雯

(1. 國網浙江玉環市供電有限公司， 浙江, 臺州 317600；2. 國網浙江臺州市椒江區供電有限公司， 浙江, 臺州 318000)

0 引言

通信工程設備屬于實現人與人或人與機器之間信息溝通的設備，該設備在電子通信技術中被廣泛應用，具備可測與可控等特性[1]。在高標準的電子通信技術的需求與質量要求下，對通信工程設備的運維管理提出了更高的要求[2]。根據統計得知大部分電子通信工程設備終端在線率較低，進而降低實際應用水平，通過重啟通信工程設備終端可提升其在線率。目前，通信工程設備運行故障中約有85%的線路跳閘屬于瞬時故障[3]，工作人員需以人工方式重啟通信工程設備的終端，浪費大量時間，同時還需工作人員具有高超的維修技術，工作效率較低，這就需要研究通信工程設備遠程重啟方法來縮短重啟時間，提升工作人員的工作效率與設備在線率。

蘇見燊等[4]通過分析直流極間短路故障特點，設計線路故障重啟方法，確保直流電網穩定運行；林金嬌等[5]以故障隔離技術為基礎，提出UPFC自動重啟方法，提升實際應用的可行性。通信工程設備在實際應用中因信號穩定性較差而降低其抗干擾性能[6]，導致以上研究方法在實際應用中出現抗干擾能力偏低，重啟成功率不高的問題。

抗干擾接地技術可有效解決信息傳輸過程中信號干擾問題，提升通信過程中數據傳輸效率以及抗干擾性能，為此研究基于抗干擾接地技術的通信工程設備遠程重啟，提升數據傳輸的精準性，縮短遠程重啟時間，利于電子通信工程技術的發展。

1 基于抗干擾接地技術的通信工程設備遠程重啟方法

1.1 通信工程設備遠程重啟方法的構思

通信工程設備遠程重啟模塊的操作終端為智能手機，包含短信收發單元與網絡數據收發單元等，通信工程設備遠程重啟模塊的結構圖如圖1所示。

圖1 通信工程設備遠程重啟模塊結構圖

網絡數據收發單元屬于連接通信工程設備和主站發送遠程重啟信息的輸送紐帶，為使短信收發單元和網絡數據收發單元之間具有交互功能[7-8]，可利用SIM卡實現兩者間的交互功能。

數字加密(解密)單元負責加密操作以上兩個單元發送的信息，加密操作的方法是數字加密，若可以精準解密信息，那么通信工程設備實施重啟操作[9]。

數據處理單元具備過濾與校驗接收的遠程重啟信息，以壓縮數據維的方式提升數據存儲空間，使通信工程設備遠程重啟模塊具備較高的數據傳輸效率，進一步提升數據傳輸的精準性。

執行單元負責實施遠程重啟操作，為提升遠程重啟操作的效率，在接收數據處理單元發出的信息后且呈現首半波時，開始求解遠程重啟信息，以功率電子器件方式輸出遠程重啟信息。

1.2 通信工程設備遠程重啟

通過對短信實施安全驗證排除垃圾短信，提升通信工程設備遠程重啟的效率與安全性。通信工程設備遠程重啟模塊的實現流程如圖2所示。

圖2 通信工程設備遠程重啟模塊的實現流程

主站利用數字加密(界面)單元對遠程重啟的短信信息實施數字加密，數字加密(解密)單元以端對端的方法實現信息加密，將各個通信工程設備終端當成一個用戶，利用固定密鑰方法為每個用戶分配密鑰并存儲于主站內；若密鑰失效，則以手動更新方式，更新密鑰；若密鑰出現泄露現象，則實施遠程重啟操作。

1.3 抗干擾接地技術

1.3.1 信號電纜的抗干擾接地技術

低頻信號電纜利用單端接地的抗干擾接地技術解決因電場與磁場耦合形成的干擾問題，電場耦合干擾的形成原因為2個導線a、b間的分布電容，導線b對地干擾電壓[10]的表達式如下：

(1)

其中，Ua表示a的電壓，γ表示角頻率，CG表示總電容，Cab表示2個導線間的分布電容，R表示b對地的負載電阻。

磁場耦合干擾的形成原因是電抗器與磁力開關等干擾源，在回路y中因回路x產生磁場耦合干擾情況下，回路y中的串聯干擾電壓[11]表達式如下：

UN=γHIcosθ

(2)

其中，H表示磁通密度，θ表示2個回路間的角度，I表示電流載流量。

當干擾源的γ固定時，降低Ua、Cab或R，同時提升CG，均可縮減導線b中的干擾電壓UN；通過降低干擾源回路x與回路y的連接位置的H，可減少干擾電壓UN。

低頻信號電纜的單端接地方式如圖3所示。

(a) 情況1的抗干擾接地方式

高頻信號電纜利用多點接地的抗干擾接地技術解決因電場與磁場耦合形成的干擾問題，其抗干擾接地方式如圖4所示。

圖4 高頻信號電纜的抗干擾接地技術

高頻集膚效應可分離信號電流與干擾電流，分別使2種電流存在于屏蔽層的內表面與外表面，提升通信工程設備遠程重啟模塊傳輸遠程重啟信息通信過程的抗干擾性能。

1.3.2 通信工程設備本身的抗干擾接地技術

選擇不同的抗干擾接地技術；通信工程設備接地線表面的射頻電阻Rrf的表達式如下[12]：

(3)

其中，μ與P分別表示接地線內銅的磁導率與電導率，f表示通信工程設備的工作頻率，L表示通信工程設備到接地極的接地線長度，W表示接地線的寬度。

通信工程設備接地線的高頻阻抗Z表達式如下[13]：

(4)

其中，λ表示波長。

通信工程設備接地線的長度需參考其發射的波長，在接地線長度低于1/3波長時，可降低通信工程設備發射波長時形成的干擾；在接地線長度大于1/3波長時，為降低通信工程設備發射波長時形成的干擾，其長度只能是1/3波長的偶數倍。

2 實驗分析

以某電子通信工程為實驗對象，該電子通信工程中包含378個設備，在這些設備出現故障時，利用本文方法對其實施遠程重啟。

通過扭矩傳感器采集電子通信工程設備通信過程中的干擾信號，利用本文方法抑制通信過程中的干擾信號，采集到的干擾信號如圖5所示。本文方法抑制后的效果如圖6所示。

圖5 采集的干擾信號

對比圖5、圖6可知，本文方法中2種接地方式的抗干擾接地技術均能夠有效抑制信息傳輸過程中形成的干擾信號。實驗證明，本文方法能夠有效抑制通信過程中的干擾信號，提升本文方法傳輸遠程重啟信息通信過程的抗干擾性能，確保信息傳輸的精準性。

(a) 單端接地方式的抗干擾性能

將文獻[4]的線路故障重啟方法與文獻[5]的UPFC重啟方法作為本文方法的對比方法，分別記作文獻[4]方法與文獻[5]方法。在該電子通信工程中隨機選取1個設備，并人為設置故障，利用3種方法對該設備實施遠程重啟操作，統計實驗過程中的各項指標如表1所示。

分析表1可知，本文方法能夠壓縮接收信息的大小，提升數據傳輸效率；本文方法可有效縮短通信工程設備故障宕機時長，以高達97.8%的遠程重啟成功率將通信工程設備性能提升至45%；本文方法的遠程重啟成功率分別比其余2種方法高出8.53%與6.85%；本文方法提升通信工程設備性能的幅度明顯高于其余2種方法。實驗證明：本文方法具有較好的遠程重啟效果。

表1 3種方法的各項指標統計結果

在該電子通信工程中隨機選取100個設備，并人為設置設備故障，利用3種方法對這100個設備實施遠程重啟操作，記錄3種方法實施遠程重啟操作的執行時間，即接收主站發送的遠程重啟信息后到完成遠程重啟操作的總執行時間，記錄結果如表2所示。

表2 3種方法的執行時間

分析表2可知，隨著需要實施遠程重啟操作的通信工程設備數量越多，3種方法的執行時間越長，在實施遠程重啟操作的不同數量的通信工程設備時，本文方法的執行時間均明顯低于其余2種方法；隨著設備數量的增加，本文方法執行時間的提升幅度較小，原因是本文方法設計的數據處理單元具備過濾與校驗接收的遠程重啟信息功能，可提升數據傳輸效率。實驗證明：本文方法可有效縮短遠程重啟操作的執行時間。

3 總結

為提高通信工程設備終端的在線工作率，提升設備實際應用性能，研究基于抗干擾接地技術的通信工程設備遠程重啟方法。設計通信工程設備遠程重啟通信模塊實現遠程重啟操作，結合抗干擾接地技術，提升通信過程中的抗干擾性能；通過設計遠程重啟方法，可提升通信工程設備故障恢復效率，避免因重啟時間較長導致故障時間延長、設備實際應用性能不理想等問題。