基于HPLC的臺區低壓用戶停電監測及主動搶修技術研究

彭 力 李曉東 史晨昱 李 棟 李依琳

（國網河南省電力公司鄭州供電公司）

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，電力在國民經濟的基礎地位不斷凸顯。而近年來我國電力用戶的不斷增加使得保障正常的電力供應變得更加緊迫。目前，供電公司主要依賴供電服務指揮平臺來處理低壓電網故障。然而，這種處理方法主要依賴于用戶電話報告的預判，對發生停電故障區域的位置、停電規模、搶修所需人員和停電搶修計劃的分析存在諸多局限性。僅依靠供電服務指揮平臺來處理可能導致后續現場處理的誤判，帶來搶修效率低下、搶修過程安全隱患增多等問題［1-2］。

為了解決這些問題，本文基于HPLC技術展開了臺區低壓用戶停電監測及主動搶修技術的研究。該技術方案通過為智能電能表添加HPLC通信模塊，實現低壓戶表停上電事件信息的實時主動上傳到采集系統，并且能夠與供電服務指揮平臺實現有效的互聯。

1 低壓臺區設備適應性改造方案

針對低壓臺區設備現狀，提出三種適應性改造方案。

（1）方案一：三層架構（I型集中器＋I型／II型采集器＋RS-485電表）

保持現有的三層用電采集架構不變，對于使用I型采集器的現場臺區，可直接將現有的I型采集器通信模塊進行替換，以適配HPLC通信模塊。對于使用II型采集器的臺區，考慮到其通信模塊不可插拔，必須進行整體替換，以使其能夠兼容支持HPLC通信的模塊。在這兩種情況下，I型和II型采集器與智能電能表間的通信仍采用RS485通信方式。

具體實施時，臺區側通過智能配變終端使用HPLC寬帶載波技術與I型／II型采集器進行通信，從智能電能表中采集數據。隨后，通過4G公網或專網分別將采集到的數據上傳至用電采集主站和配電自動化主站。方案一示意圖如圖1所示。

圖1 方案一示意圖

（2）方案二：兩層架構（II型集中器＋電表）改造方案

取消II型集中器和臺區總表，將用戶的電表替換為帶有HPLC通信模塊的電能表或增加II型采集器。臺區側采用智能配變終端，借助HPLC寬帶載波技術與電能表進行通信。為了確保數據的可靠性與一致性，數據交互將遵循面向對象或DL／T 645-07規約。智能配變終端采集的智能電能表數據通過4G公網或專網的通信渠道，分別傳送至用電采集主站和配電自動化主站。方案二示意圖如圖2所示。

圖2 方案二示意圖

（3）方案三：兩層架構（I型集中器＋HPLC載波表）改造方案

方案的基礎是采用HPLC通訊方式的電能表。臺區側智能配變終端通過HPLC寬帶載波技術與電能表進行通信。數據交互遵循面向對象或DL／T 645-07規約，確保了數據傳輸的規范性和可靠性。隨后通過智能配變終端采集智能電能表的數據，使用4G公網或專網進行傳送，將數據分別上傳至用電采集主站和配電自動化主站。方案三示意圖如圖3所示。

圖3 方案三示意圖

2 基于HPLC的用戶停電監測

以臺區原有的集中器、電能表為基礎，結合HPLC通信模塊停上電事件上報功能與采集主站停上電故障研判系統，實現臺區側及用戶側停上電事件的快速上報。

2.1 超級電容供電方案

超級電容供電方案擁有多項優勢和特點，包括設計難度低、體積小、容量大、大電流放電能力強、充電速度快、綠色環保、安全系數高等。為確保通信的穩定性，超級電容供電方案在HPLC通信模塊中加入超級電容配置，可在斷電狀態下保障通信的持續能力，確保停上電事件信息得以順利上報［3-4］。

電源供應方面，集中器HPLC通信模塊、三相表HPLC通信模塊以及單相表HPLC通信模塊均采用12V直流供電。在這些模塊中，都內置了超級電容。其中，集中器模塊的超級電容容量不低于20F／2.7V，單相模塊和三相模塊的超級電容容量不低于10F／2.7V；電源切換邏輯方面，為確保正常供電狀態，方案在供電時切斷超級電容的充電回路，此外在載波模塊電源低于12V時，系統會仍然由電能表供電，以保障通信的連續性；停電事件上報方面，即使在停電狀態下，停電事件的上報時間不會超過5min，并且上報的準確性不低于90%。

超級電容的使用壽命至少為6年，這保證了方案的可靠性和穩定性，為系統的長期穩定運行提供了有力保障。

2.2 HPLC通信模塊停上電研判規則

首先，電能表的節點模塊必須裝備后備電源，以保障其在斷電時的運行。具有停電上報功能的HPLC模塊配備了超級電容，能夠在斷電的情況下維持30s以上的通信時間，確保停電事件能夠及時順利地上報。

當電能表停電時，通信模塊利用電力過零信號檢測電路來檢測，通過對STA和GND的管腳狀態判斷模塊被拔出還是電能表發生停電。模塊被拔出時系統不會上報；電能表停電時啟動停電事件的上報。

當電能表發生停電事件時，從節點模塊將通過廣播方式上報事件。而電能表上電事件則會在組網完成后，采用單播方式進行上報。其他載波從節點接收到停上電事件后，會結合本節點的信息生成新的停上電事件，將其繼續向主節點傳遞。整個系統支持過零檢測，以識別停電和上電事件［5］。

2.2.1 電能表從節點模塊識別停電事件

停電事件的判斷涉及以下幾個關鍵條件的檢測：工頻過零信號、直流12V電壓降低以及模塊插入狀態。其中，工頻過零信號是判斷停電的主要標志。當連續n個工頻周期內未檢測到過零信號且12V電壓降至9.5V以下時，可以判定為停電情況。與此同時，誤插拔也會導致停電，故引入檢測模塊是否插入的判斷。

（1）停電節點處理機制

停電節點在發送停電報文之前，會設置隨機等待時間，時長在0～200ms，將同一沖突域內的節點發送數據時機離散開，減少沖突概率。為了解決停電后原本單播路由失效的問題，采用了本地廣播方式。每個停電節點都會解析并取收集到的停電報文，從而保證了報文的可靠性。為了增強通信的可靠性，停電節點會周期性地對外發送數據，間隔為2s，發送次數為10次。

（2）未停電節點機制

對于未停電節點，在接收到停電信息后等待30s，然后將最終結果生成報文，通過單播方式上報到主節點。此外，在30s的等待時間內，模塊還會隨機進行事件上報，以提高上報的成功率和穩定性。

2.2.2 電能表從節點模塊識別上電事件

與判斷停電事件的方法相類似，模塊在檢測到工頻過零信號和12V電源恢復的情況下，會自動生成復電事件上報。三相載波模塊中的任何一相電壓恢復都被視為復電事件的發生。

2.2.3 集中器主節點模塊處理機制

集中器的主節點接收來自于從節點模塊發出的停上電事件，并在本地載波信道上執行后續的事件采集操作。主節點模塊對停電事件的處理方式如下：對于停電的節點，主節點會廣播上報事件，但不需要進行確認回復；對于未發生停電的節點，主節點會采用單播方式上報，并等待確認回復。接著，主節點模塊會整合收集到的各停電事件信息，并通過Q／GDW 1376.2報文的形式上報到集中器。默認的去重時間周期通常設置為4min。

3 基于GIS的主動搶修技術

地理信息系統（GIS）是一種決策支持系統。通過GIS系統中的坐標信息，將低壓電力搶修范圍進行劃分。當檢測到停電故障時，系統能夠根據報修地址與搶修區域進行匹配，自動派發相應的搶修任務。通過構建一個既能調用電網數據，又能調用GIS地理數據的應用軟件，使得軟件能夠與搶修平臺進行數據交互［7-8］。

（1）客戶故障報修

系統通過對95598收集到的停電故障報修的信息進行分析處理，確定可能發生停電故障的范圍和受停電故障影響的區域，并判斷可能引發停電故障的原因。此外系統可以將搶修人員的任務進行整合，以避免重復派發任務的情況發生。

（2）配電網故障研判

配電網自動化系統故障信息的全面、詳細分析，使系統能夠快速確定可能受影響的停電范圍和區域，還有造成停電的具體原因。

（3）搶修調度

通過整合停電故障區域位置、搶修車輛信息、搶修任務派發、搶修所需物資等多方面的數據，系統可以實時生成并主動更新搶修調度計劃。

（4）現場搶修作業終端應用

通過現場搶修終端，搶修人員可以即時將搶修過程中的各項信息反饋回系統，這可以將搶修現場的信息與系統互通，實現實時信息共享。

4 結束語

基于高頻電力線載波通信（HPLC）技術，研究了臺區低壓用戶停電監測及主動搶修技術的探索和應用。面對低壓臺區設備的現狀，本文提供了相應的適應性改造方案，以解決現有設備在技術改進中的兼容性問題。在電表掉電的判別方面，采用了基于時間和幅值的方法，有效解決了過去電表掉電判別準確率不高的難題，提升了判別的精確性和可靠性。在實際應用中，本研究還運用地理信息系統（GIS）的坐標技術，將低壓搶修范圍進行了劃分和界定。通過將報修地址與相應搶修區域進行匹配，實現了低壓搶修工單的自動派發功能。這一創新解決了傳統人工派單過程中效率低下和易出錯的問題，為搶修流程注入了更高的智能化和高效性。