罗小军
（1.国网平凉供电公司，甘肃省平凉市崆峒区崆峒西路137号 744000）
摘要：通过研究基于多频电力载波技术的配网“低电压”监测系统，改进现有电压监测装置，应用多频电力载波通信技术，使其具备确定每个低压用户所在相序的功能，可以快速、准确地将台区用户资料划分清晰，为开展线损、电压分台区考核提供依据，建立健全了台区承包机制，充分调动了台区管理人员的工作积极性，准确找到台区电压质量低、线损高的源头并制定、落实“低电压”整改相关措施，使企业获得了良好的经济效益和社会效益[1]。
关键词：载波；相序；电压监测仪
1 引言
近年来，用电负荷快速增长，广大农村地区，甚至部分城市区域因供电线路长、变压器容量小、电网老化等原因导致线路压降过大、供电损耗大等问题，局部严重地区末端电压仅为几十伏，造成用户的用电设备不能正常使用，严重地影响了居民用户的生活。为分析造成此种现象的确切原因并最终解决以上问题，传统的方法是安装电压监测仪[2]，实时监测供电端和用户端的电压。由于电压监测仪为单相电压监测记录、统计仪表，它有一个明显的缺陷：只能记录单个安装点的电压情况，不能准确分析造成此种现象的原因。低压配电网线路相别、电压压降监测分析系统，不仅能够监测低压电网的线路首、末端电压，统计电网电压合格率，同时还能分别监测A、B、C每一相线路压降，绘制电压、压降曲线，统计分析压降产生的规律和造成的影响，而且能够查清用户的台区和相别属性，为实现台区精细化管理提供真实准确的基础数据。为更加科学合理地配置线路资源，节能降耗；同时也为 “低电压”治理、整改提供科学决策。
2 电压监测终端硬件构思
基于变压器台区相序识别的电压监测终端主要作用为电压监测仪，由三相电压监测、相序识别终端和单相载波电压监测仪构成，如图1所示：
图1 系统结构图
2.1 监测主机硬件
低压配电网线路相别、电压压降监测终端主机采用ARM架构的微控制器，加上电源电路、电压采集电路、信号调理电路、载波通信电路、多机通信电路、人机交互电路，构成了一个完整的硬件结构，如图2所示。主控单元采用高性能单片机系统，统一调配资源，实现各项功能。各项功能模块相对独立，能在主控单元的统一调配下协调工作。
图2 控制器硬件结构框图
低压配电网线路相别、电压压降监测终端主机的主要技术特点为：主控单元采用高性能单片机系统作为智能终端的核心处理单元，硬件成熟可靠、抗干扰能力强，适用于户外恶劣的环境。终端实时监测配电台区的电压、频率等多种运行数据，并以最小时间间隔为1min的数据密度来计算和存储各时间段内的电压数据，确保电压曲线的分辨率。终端采用大屏幕液晶显示，及时显示终端的工作状态、故障类型以及实时显示三相电压、频率状态等运行数据。采用大容量存储器，可以记录长达3个月的配电变压器运行数据和各种电气参数。
主芯片采用飞思卡尔公司的MK60DN512ZVLQ10，该系列芯片提供了低功耗、高性能的处理能力，特别适用于控制领域。显示器采用128×64的点阵型液晶显示器。为了计算电压，需要对输入的电压信号进行同步采样，每周波采集100个瞬时值进行电压有效值的计算。电压采集电路和信号调理电路用于将配电网中的电压和电流转变为符合AD转换器采样范围弱电信号。载波电路用于发送相别识别信号。通信电路用于和后台进行数据传输，并采用USB接口和RS232接口进行数据交互等功能。
载波通信芯片的型号为CEPPLEDN。CEPPLEDN是一款针对国内电力环境开发的高性能电力线载波通信芯片，集成了DSP物理层和8051协议控制层，采用高速数字化处理技术，支持双频并行接收、多频发送，支持FSK、PSK等多种调制模式，通信速率9600bps下具有优越的传输性能。芯片内置了模拟前端和发送功率放大器，采用模拟信号发送且发送功率可调，接收端具有先进的信道质量估计、卷积编码纠错、过零同步等功能，在复杂用电环境下具有较强适应能力和传输可靠性。
与传统载波芯片相比，CEPPLCDN集成度更高、传输速率更大，在功耗、精度以及抗噪声方面的表现也具备明显的优势。如图3所示，由于采用了多频通信技术，芯片可以在多种频率下工作，频点连续可调，可根据不同的负荷情况灵活设置，达到最佳通信性能；在多频监控状态下，可以有效避让电力线上的的窄带噪声，同时动态调频机制也提高了对随机噪声的抗噪能力[1]。
图3 多频与单频方案对比
终端主机载波模块将A、B、C三相数字相别信号通过配电台区低压线缆发送到末端安装的各终端分机，终端分机根据此信号确认所安装地点的相别属性。与常见的载波表不同的是，采用三相载波方案，可以在硬件上更好地屏蔽相间信号的干扰，杜绝相序错乱的问题，保证相序检测的准确无误。同时，基于独立的三相载波模块，只需简单地控制门电路即可实现相间数据切换，大大降低了软件代码的实现难度和CPU的工作量，提高的系统的稳定性。如图4所示：
图4 三相载波结构框图
2.2监测终端硬件
监测终端分机采用MK60DN512ZVLQ10为核心CPU结构，加上电源电路、电压采集电路、信号调理电路、载波通信电路、人机交互电路，构成了一个完整的硬件结构框图，如图5所示。
监测终端主要技术构想：
1.可拆卸移动，可重复多地使用。
2.采用USB串行方式读取监测数据，每个监控端都配备USB接口，把检测数据传送到数据分析软件。
3.监测末端电压，采用自取电的方式，简化了分机硬件系统结构，降低了生产成本。
4.末端仪表将电压值以文件形式存储在SPI Flash内，简单直观。
5.末端仪表具有整点数据存储功能，可设定电压数据存储范围最小时间间隔为1min。
6.末端仪表能预置被监测电压额定值并按要求整定在被监测电压允许偏差范围内的上限值和下限值。
图5 终端硬件结构框图
3 变压器台区相序识别电压监测数据分析系统
低压配电网线路相别、电压压降监测分析系统，不仅能够监测低压电网的线路首、末端电压，统计电网电压合格率，同时还能分别监测A、B、C每一相线路压降，绘制电压、压降曲线，统计分析压降产生的规律和造成的影响，而且能够查清用户的台区和相别属性，为实现台区精细化管理提供真实准确的基础数据。这就为更加科学合理地配置线路资源，节能降耗、为用户提供合格电能做出科学决策提供第一手足够的判断依据。
3.1 台区用户相序识别功能
应用电力线作为通信介质，在配变低压出口侧发送高频相序编码信息，经台区低压配电网络，传递到用户侧监测终端分机中，实现台区用户及相序的识别。
3.2 台区用户电压质量监测功能
现场监测终端能对电压等参数进行实时采集，对实时采集的数据根据相关要求进行统计、分析和保存。
3.3 整体功能实现
上述基于变压器台区相序识别的电压监测仪安装于配电网中的首末两端并且每条线路至少安装两个，安装于首末两端的基于变压器台区相序识别的电压监测仪通过电力线进行载波信号的传输。
基于变压器台区相序识别的电压监测仪是由带载波通讯功能的监测终端主机、带载波通讯功能的监测终端分机和系统分析软件构成，整个监测系统实现简单、可靠的将分布各地的数据采集终端的数据进行统一采集和分析。系统的具体工作流程如下所述：
监测终端主机--（生成相序信号）--?载波通讯模块 --（发送相序信号）--电力线--?载波通讯模块--（接受相序信号）--?监测终端分机--（判断该监测点相序）。
4 结束语
本文通过研究变压器台区相序识别的电压监测仪，所采用的硬件结构和设计的软件运行稳定、可靠；实现的相序识别和电压压降测量功能具有测量准确、简单、方便的优点，不但能快速、准确地将台区用户资料划分清晰，而且能确定每个低压用户所在的相序。通过该监测仪将台区用户划分清晰后，为供电企业开展线损、电压分台区考核，建立健全了台区承包机制，充分调动了台区管理人员的工作积极性，准确找到台区电压质量低、线损高的源头并制定、落实了相关措施，使企业获得了良好的经济效益和社会效益。
参 考 文 献
[1] 低压电力载波技术及其在抄表系统中的应用. 王思彤, 袁瑞铭, 孙志杰. 电测与仪表，2008,5 31-38.
[2] DLT_500-2009_电压监测仪使用技术条件.
[3] 低压电力线载波通信技术及应用. 陈 凤，郑文刚，申长军，周 平,吴文彪.电力系统保护与控制，2009,16(11) 188-195.
[4] 配电网新设备技术问答. 上海市电力公司市区供电公司编著 北京：中国电力出版社，2002.
[5] 电能计量技术手册. 郑尧，李兆华等编著. 北京：中国电力出版社，2003.
作者简介：
罗小军（1979年9月），男，甘肃平凉，本科，工程师，配电网技术