基于电力线载波通讯技术的线路监测系统

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摘 要：利用载波方式并通过电力线传输数字信号或模拟信号的技术即为电力线载波通讯技术。在电力线载波通讯技术的基础上，综合远程通信技术、电力监测技术、计算机应用技术以及电力载波扩频通信技术等，设计电力线路监测系统，该系统具有监测精准、性能稳定以及可靠性高等优点，可以让管理维护人员通过系统监测及时掌握配电网运行状态机电力线路故障信息并做出实时处理，有效实现了精细、科学的配变管理。

关键词：电力线载波 通讯技术 线路监测系统

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）001-070-02

社会经济技术的大力支持使得我国城乡电网改造得以大规模的完善，不断强化了我国配电网网络架构以及硬件设施等，有效保障了电网运行的安全可靠、经济高效。但电是攸关人们生活与生产的重要资源，人们对供电服务以及电能质量的要求也越来越高，这就要求在现有配电网不断改善的基础上，通过建立相关电压检测管理系统或是配变监测分析系统等以实现科学化、集中化、精细化以及数字化的配电管理，以使电能质量及供电服务能得到有效提高，不断加强电网建设。

1电力线载波通讯技术

电力线载波通讯技术包括软件结构与硬件结构两个方面的支持。

1.1硬件结构

硬件结构主要包括：数字信号接口、单片机控制、电力线信号调制解调、信号接收线路、信号发射线路、电力耦合、低压电力线。其中，将50Hz低频电网通过电力载波扩频芯片构建成隔离的高频通信网，有效降低随机干扰与电网负载变化的影响，为电力线载波通信创造良好的条件。电力线载波通信硬件结构如上图所示，为使频率较高的载波传输信号时畅通无阻，并且能有效将高压与低压隔离开来，考虑采用信号耦合变压器，通过载波信号输入/输出通路即耦合电路来实现220V/50Hz工频的隔离，这就是电力线耦合部分的作用。信号接收部分主要有可滤除带外杂波且能保证前后级阻抗匹配以顺利传递信号的前级带通滤波器与可将滤波信号在不失真的基础上放大至少80倍并能满足本级增益30dB以上的增益放大器。信号发射部分则为转换高压开漏输出为功率输出的功率放大电路，由于功率放大器正常发射时间较短，因此要根据其功率参数来选择三极管参数。电力线信号调制解调部分主要针对低压电力线的低速率通信市场，是通过调制解调技术以及扩频通信技术并利用基于CMOS技术的数模混合专用电路的专用扩频调制解调器芯片。单片机控制部分采用的是高集成MCS.5l系列单片机，具有高性能、高集成度以及功能丰富等特点的微控制器，为开发智能控制系统提供基础保障。数字信号接口部分包括数据的发射与接收两部分，其中单片机与调制解调器芯片发挥主要作用。

1.2软件结构

单片机控制器通过电力载波调制解调器芯片的设置片选输入端、同步设置时钟输入端以及设置数据与状态输入/输出端来进行对该芯片的设置。

2电力线路监测系统工作原理

通过作为通信载体的被监测线缆，安装于被监控电缆首端的电力线路监测集中器可以将查询数据包定时发送至安装于被监控电缆末端的电力线防盗终端，而监测集中器可通过已确认接收数据包的防盗终端返回的应答数据包来确定该线缆运行的正常稳定。若有线缆出现故障而使通信载体断路，并中断了监测集中器与防盗终端的通信，则在通信终端确认后，会由监测集中器通过RS485实现与路灯监控管理装置的通信，再由路灯监控管理装置根据实际情况选择数据传输方式以将电缆警情信息发送至监控中心。

为了保证长时间停电情况下，系统能够正常而稳定的运行，电力线路集中器会自动在供电电缆停电时切换至本地供电方式，提供+24V的电源至防盗终端，这样不仅提高了系统运行的可靠性，还有效降低了电池维护费用及运行成本。

正常情况下，监测集中器距防盗终端的工作距离应为500m，若是出现电力线路情况恶劣的现象，或是供电电缆过长等，可根据具体情况决定信号中继的配置。

3电力线路监测系统设计方案

电力线载波通讯技术的线路监测系统，主要是由电力线路报警终端、电力线路报警集中器、路灯监控装置、远程GPRS/CDMAlx无线网络、监控中心以及低压电力线路等共同组成。其中电力线路报警终端是在骨干线路某些节点以及台区线路负荷末梢上进行安装，而电力线路报警集中器则是在路灯配电变压器的出线侧进行安装。利用电力线载波，电力线路报警集中器可进行对线路报警终端状态的通信查询，同时还能读取报警终端所监测的数据。通过低压电力线载波通信以及移动GPRS无线数据传输通道，电力线载波线路监测系统可以有更广泛的网络覆盖面，并且不需要网络建设费用投资，而且数据传输安全高效且移动灵活。

通过低压线路三相四线回路与电力线路报警终端的直接接通，可利用微处理器对各相线路的电源状态进行判断，并且还能与低压电力载波通信技术相结合以准确判定监测点的故障状态。通过路灯监控管理终端，不仅可以实现对电流电压、功率频率以及电能量等参数的实时监测，还能有效计算负荷率，同时可以在产生告警信息、定时数据以及故障信息时，通过统计时间间隔的设定而将数据信息主动发送给电力线路报警集中器。而电力线路报警集中器功能较多，可以进行参数设置、数据存储、故障判定与告警以及数据信息传输等，报警集中器是基于GPRS通信技术以及电力线载波通信技术等先进技术，并通过报警终端通信状态、监测信息以及报警终端监测到的数据等对故障的具体情况进行判断和分析。

电力局通过APN专线获取移动公司提供的相关信息，而电力线路报警集中器又通过APN通道以及GPRS网络实现与电力局的数据交互，再由防盗报警系统客户端软件对故障线路实行准确定位告警并将告警信息发送给监控中心，方便管理维护人员对故障进行维修。

4电力线路监测系统的功能与特点

电力线路的运行状态主要是由电力线路监测系统的报警终端通过对电压信号的采样分析来进行识别，以便系统在电力线路或变压器在发生断路、断电、缺相或人为破坏等故障时，对故障做出实时的判断与分析，并对故障的具体情况包括时间、线路位置、配变名称、编号以及发生原因等进行报警处理，电力线路监测系统有信息反应快、报警信息准且自动识别和分析故障的特点，可以有效识别故障的具体原因并在很短时间内对故障相关的信息做出准确报警。该系统还可以识别较高水平的盗窃手段，例如是盗窃台区内的某一段主干线路还是某一支线的任一回路，是全台区断电后的窃线还是用电低谷时对某一段线路三相相线的盗窃等。电力线路监测系统还采用分层、分布式的管理思想，有分布式以及可扩展性等优点，无论是主站通信前置设备，还是硬件或软件模块设备等，都为方便系统扩展创造了了良好的基础保障。同时，该系统集中了路灯监控管理装置与电力设备防盗，只需要一个通信通道就可实现运行，使得系统建设成本大大降低。并且远程监控技术采用低成本、高效率且无运行维护等的GPRS/CDMAlx通道，使得系统建设有着较高的投入产出比。而通过电缆传输监控信号，避免了线路铺设安装，有效降低了维护及运行成本。

5结束语

综上所述，基于电力线载波通信技术兵综合应用了其他先进现代化技术而设计的电力线路监测系统，可以利用监测线控实现对配电网运行状态的监测，并通过实时准确的报警信息等让管理维护人员能及时掌握电力线路故障并采取有效措施解决问题，该线路监测系统不仅大大降低了维护管理人员的工作强度与负担，更重要的是有效提高了配电网运行的安全性、可靠性以及经济性，同时也满足了人们对电能质量及供电服务的更高要求。

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