引 言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，城鄉(xiāng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)一體化的格局在各級(jí)縣市區(qū)逐步形成，居民生活質(zhì)量得到很大提升。配電網(wǎng)在我們的生活中發(fā)揮著不可忽視的作用。電是現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)行的動(dòng)力，但我國(guó)許多農(nóng)村地區(qū)，依然存在用電不暢、用電太貴等問(wèn)題，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民群眾生活水平的提高。1998 年以前 [1]，農(nóng)村“三電現(xiàn)象”（人情電權(quán)力電、關(guān)系電）和“三亂現(xiàn)象”（亂收費(fèi)、亂加價(jià)、亂攤派大量存在，同時(shí)農(nóng)村電力設(shè)備普遍老化，線損耗電巨大，不僅導(dǎo)致農(nóng)村生活安全隱患的增多，而且作為不必要的電力運(yùn)行成本攤派到農(nóng)村電價(jià)中，在一定程度上加大了農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)因此農(nóng)村電網(wǎng)變得越來(lái)越重要[2-4]，不僅很大程度上提高了農(nóng)村居民的生活質(zhì)量，且對(duì)我們的科學(xué)發(fā)展及社會(huì)經(jīng)濟(jì)都產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。隨著社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)工作的全面開(kāi)展，國(guó)網(wǎng)公司提出了“新農(nóng)村、新電力、新服務(wù)”的發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)一步提高農(nóng)村電氣化水平，并要求以科技為支撐，進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃提升裝備科技含量[5-8]，形成結(jié)構(gòu)優(yōu)化、布局合理、技術(shù)適用供電質(zhì)量高、電能損耗小的農(nóng)村電網(wǎng)。農(nóng)網(wǎng)發(fā)展不僅關(guān)系到農(nóng)電體制改革和農(nóng)村電力市場(chǎng)的完善，且關(guān)系到政府威信、企業(yè)誠(chéng)信、民心所向，牽動(dòng)著城鄉(xiāng)電價(jià)、農(nóng)民負(fù)擔(dān)，及農(nóng)村群眾生產(chǎn)生活水平與農(nóng)村電氣化事業(yè)發(fā)展等，對(duì)于開(kāi)拓農(nóng)村消費(fèi)市場(chǎng)促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有十分重要的意義

當(dāng)前的電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行都依賴于通信網(wǎng)絡(luò)目前，配電網(wǎng)跨接變壓器數(shù)據(jù)通信方式主要為無(wú)線通信跨接變壓器通信方式 [9,10] 和數(shù)據(jù)網(wǎng)線跨接變壓器通信方式 [11]。雖然這些通信方式可實(shí)現(xiàn)變壓器之間的通信傳輸，但往往在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在一些問(wèn)題。無(wú)線通信跨接方式受環(huán)境影響大可靠性差 ；網(wǎng)線直連跨接方式有被 10kV中壓擊穿短路變壓器中壓側(cè)與低壓側(cè)的風(fēng)險(xiǎn) [12-14]。針對(duì)這些問(wèn)題，文中提出了一種基于臺(tái)區(qū)變壓器兩端光纖通信的農(nóng)網(wǎng)配電線載波數(shù)據(jù)通信方式，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換裝置將信號(hào)從變壓器低壓側(cè)傳遞到變壓器中壓側(cè)，再經(jīng)中壓電力線載波將信號(hào)從無(wú)GPRS信號(hào)的臺(tái)區(qū)傳輸?shù)接?GPRS信號(hào)的臺(tái)區(qū)，這種通信方式能夠適應(yīng)長(zhǎng)距離通信，且信息容量相對(duì)較大，具有較高的傳遞質(zhì)量和抗干擾能力，傳輸速度也能夠滿足電網(wǎng)需求，實(shí)現(xiàn)無(wú)信號(hào)臺(tái)區(qū)信息的有效通信

1 基本原理

為降低臺(tái)區(qū)中壓側(cè) 10 kV 電壓擊穿通信設(shè)備，直接傳入低壓側(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，在臺(tái)區(qū)高壓側(cè)與低壓側(cè)分開(kāi)供電，臺(tái)區(qū)低壓側(cè)直接供電給配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端及擴(kuò)展模塊，配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展模塊與電力線載波裝置之間采用光纖通信，保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實(shí)時(shí)性，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換裝置將電信號(hào)與光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將數(shù)據(jù)信息傳送到電力線載波裝置中，載波裝置由中壓側(cè)的電壓互感器供電；該傳輸過(guò)程是可逆的，將以上過(guò)程逆向傳輸（逆向過(guò)程中配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端有 GPRS 信號(hào)模塊），可將信號(hào)傳送到有 GPRS 信號(hào)的臺(tái)區(qū)位置?？缗_(tái)區(qū)配變數(shù)據(jù)通信裝置系統(tǒng)原理如圖 1 所示

圖1 跨臺(tái)區(qū)配變數(shù)據(jù)通信裝置系統(tǒng)原理框圖

該系統(tǒng)的通信在臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)到低壓線路后一段架空線路上進(jìn)行。其目的在于監(jiān)測(cè)低壓線路中后段，即監(jiān)測(cè)末端的電壓電流是否正常，是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。前后之間的通信由電力線載波完成，由后面的低壓線路綜合監(jiān)測(cè)終端向前面位于配變低壓側(cè)的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展模塊傳輸數(shù)據(jù)

臺(tái)區(qū)配變 ：臺(tái)區(qū)是指（一臺(tái)變壓器的供電范圍或區(qū)域，臺(tái)區(qū)配變?yōu)槟骋还╇妳^(qū)域的配電變壓器

配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端：無(wú)信號(hào)臺(tái)區(qū)的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端不含 GPRS 信號(hào)模塊，有信號(hào)臺(tái)區(qū)的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端包含 GPRS 信號(hào)模塊

配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展裝置 ：配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展模塊與配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端之間通過(guò) 485 或 232 接口實(shí)現(xiàn)通信。配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展模塊由載波通信模塊、控制器、電源組成，其 220 V 電源接自配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端的電源端子。配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展模塊需完成如下功能

比較并判斷低壓線路綜合監(jiān)測(cè)終端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，當(dāng)配變低壓側(cè)缺相，即某一電壓、電流為 0，而其他兩相正常時(shí)預(yù)警，并將判斷結(jié)果（預(yù)警結(jié)果）發(fā)給配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端，由其傳回局方系統(tǒng)

比較判斷時(shí)，若配變低壓側(cè)某相電壓正常，但電流為 0 且與之對(duì)應(yīng)相序后面的電壓、電流數(shù)據(jù)均為 0，則可判定該相導(dǎo)線斷線，并向配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端發(fā)送判斷結(jié)果，以示預(yù)警這時(shí)，后面低壓線路綜合監(jiān)測(cè)終端發(fā)送過(guò)來(lái)的電壓電流為零值，由非斷線相序發(fā)送，即零值數(shù)據(jù)的相序因無(wú)電由無(wú)線模塊把斷電瞬間的數(shù)據(jù)發(fā)給另外有電的相序

在正常情況下，后面的低壓線路綜合監(jiān)測(cè)終端會(huì)將三線電壓、三相電流數(shù)據(jù)傳輸過(guò)來(lái)

需要有過(guò)壓保護(hù)、過(guò)欠流保護(hù)、過(guò)欠壓保護(hù)、雷電保護(hù)功能。其中過(guò)壓、過(guò)流需要在軟件里設(shè)置閾值，當(dāng)超過(guò)該設(shè)定閾值時(shí)，則啟動(dòng)保護(hù)功能。

光電轉(zhuǎn)換裝置 ：實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到光信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。

2 具體實(shí)施

首先臺(tái)區(qū)變壓器低壓側(cè)（即臺(tái)區(qū)變壓器右側(cè)）提供電壓給配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端（無(wú) GPRS 信號(hào)模塊），然后將數(shù)據(jù)信息傳送給配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端擴(kuò)展裝置（含低壓載波模塊），經(jīng)電 /光轉(zhuǎn)換裝置將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再經(jīng)光纖傳遞，由光 / 電轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)據(jù)信息傳送到中壓電力線載波裝置中；由于臺(tái)區(qū)變壓器低壓側(cè)無(wú)法直接對(duì)中壓電力線載波裝置供電，因此采取 10 kV 電壓互感器（PT）供電 ；有 GPRS 信號(hào)臺(tái)區(qū)接收信號(hào)過(guò)程為無(wú) GPRS 信號(hào)臺(tái)區(qū)傳遞信號(hào)的逆過(guò)程，臺(tái)區(qū)配變裝置系統(tǒng)電氣圖如圖 2 所示。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

為了驗(yàn)證本文方法的有效性，在桂林局城南分局采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測(cè)量草底村配電變壓器低壓側(cè)三相電壓、三相電流羅馬街配電變壓器低壓側(cè)原三相電壓、三相電流，以及羅馬街配變接收到草底村配變低壓側(cè)的三相電壓、三相電流。測(cè)量結(jié)果分別見(jiàn)表 1、表 2 所列

表 1 為草底村配變低壓側(cè)與羅馬街配變低壓側(cè)電壓集中后臺(tái)匯總表?？梢钥闯觯珹 相的草底村配變低壓側(cè)電壓為225.5 V，與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè) A 相電壓相差 0.1 V ；B 相草底村配變低壓側(cè)電壓為 227.2 V，與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè) B 相電壓相差 0.2 V ；C 相草底村配變低壓側(cè)電壓為 230.7 V，與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè) C 相電壓相差 0.1 V，草底村配變低壓側(cè)三相電壓與羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)三相電壓誤差很小，可忽略不計(jì)

表 2為草底村配變低壓側(cè)與羅馬街配變低壓側(cè)電流集中后臺(tái)匯總表。A相羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)電流為151.323A，與草底村配變低壓側(cè)電流相差 0.044A；B 相羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)電流為 138.135A，與草底村配變低壓側(cè)電流相差 0.078A；C 相羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)電流為 185.568A，與草底村配變低壓側(cè)電流相差 0.006 A ；草底村配變低壓側(cè)三相電壓、三相電流以及羅馬街配變接收到的草底村配變低壓側(cè)三相電壓、三相電流誤差很小，在可控范圍內(nèi)?？梢?jiàn)，在一定范圍內(nèi)采用本文方法可大幅提高信息的傳輸效率，確保信息完整傳輸，實(shí)現(xiàn)了草底村配變到羅馬街配變之間信息的高效通信

4 結(jié) 語(yǔ)

目前采用的農(nóng)村配電網(wǎng)電力線載波通信方式存在無(wú)法避免的外在干擾因素，影響通信傳輸過(guò)程，降低了傳輸可靠性在實(shí)際傳輸過(guò)程中，載波通信會(huì)被臺(tái)區(qū)變壓器阻隔，導(dǎo)致傳輸中斷，無(wú)法完整實(shí)現(xiàn)電力線載波通信從低壓載波到中壓載波本文方法有效解決了這些問(wèn)題，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換裝置將信號(hào)從變壓器低壓側(cè)傳遞到變壓器中壓側(cè)，再經(jīng)中壓電力線載波將信號(hào)從無(wú)GPRS 信號(hào)的臺(tái)區(qū)傳輸?shù)接?GPRS 信號(hào)的臺(tái)區(qū)，實(shí)現(xiàn)無(wú)手機(jī)信號(hào)臺(tái)區(qū)信息的有效通信，大幅提高了可靠性與傳輸效率，實(shí)時(shí)性良好