基于台区变压器两端光纤通信的农网配电线载波数据通信

引 言

近年来，随着我国经济的稳步发展，城乡社会、经济一体化的格局在各级县市区逐步形成，居民生活质量得到很大提升。配电网在我们的生活中发挥着不可忽视的作用。电是现代社会运行的动力，但我国许多农村地区，依然存在用电不畅、用电太贵等问题，严重制约着当地经济的发展和人民群众生活水平的提高。1998 年以前 [1]，农村“三电现象”（人情电权力电、关系电）和“三乱现象”（乱收费、乱加价、乱摊派大量存在，同时农村电力设备普遍老化，线损耗电巨大，不仅导致农村生活安全隐患的增多，而且作为不必要的电力运行成本摊派到农村电价中，在一定程度上加大了农民的经济负担因此农村电网变得越来越重要[2-4]，不仅很大程度上提高了农村居民的生活质量，且对我们的科学发展及社会经济都产生着深远的影响。随着社会主义新农村建设工作的全面开展，国网公司提出了“新农村、新电力、新服务”的发展战略，进一步提高农村电气化水平，并要求以科技为支撑，进行科学规划提升装备科技含量[5-8]，形成结构优化、布局合理、技术适用供电质量高、电能损耗小的农村电网。农网发展不仅关系到农电体制改革和农村电力市场的完善，且关系到政府威信、企业诚信、民心所向，牵动着城乡电价、农民负担，及农村群众生产生活水平与农村电气化事业发展等，对于开拓农村消费市场促进农村经济社会发展具有十分重要的意义

当前的电力系统中，配电网络的运行都依赖于通信网络目前，配电网跨接变压器数据通信方式主要为无线通信跨接变压器通信方式 [9,10] 和数据网线跨接变压器通信方式 [11]。虽然这些通信方式可实现变压器之间的通信传输，但往往在实际运行过程中存在一些问题。无线通信跨接方式受环境影响大可靠性差 ；网线直连跨接方式有被 10kV中压击穿短路变压器中压侧与低压侧的风险 [12-14]。针对这些问题，文中提出了一种基于台区变压器两端光纤通信的农网配电线载波数据通信方式，通过光电转换装置将信号从变压器低压侧传递到变压器中压侧，再经中压电力线载波将信号从无GPRS信号的台区传输到有 GPRS信号的台区，这种通信方式能够适应长距离通信，且信息容量相对较大，具有较高的传递质量和抗干扰能力，传输速度也能够满足电网需求，实现无信号台区信息的有效通信

1 基本原理

为降低台区中压侧 10 kV 电压击穿通信设备，直接传入低压侧的风险，在台区高压侧与低压侧分开供电，台区低压侧直接供电给配变监测计量终端及扩展模块，配变监测计量终端扩展模块与电力线载波装置之间采用光纤通信，保证信号传输的稳定性与实时性，通过光电转换装置将电信号与光信号进行转换，再将数据信息传送到电力线载波装置中，载波装置由中压侧的电压互感器供电；该传输过程是可逆的，将以上过程逆向传输（逆向过程中配变监测计量终端有 GPRS 信号模块），可将信号传送到有 GPRS 信号的台区位置。跨台区配变数据通信装置系统原理如图 1 所示

图1 跨台区配变数据通信装置系统原理框图

该系统的通信在台区配变低压侧到低压线路后一段架空线路上进行。其目的在于监测低压线路中后段，即监测末端的电压电流是否正常，是否符合国家标准。前后之间的通信由电力线载波完成，由后面的低压线路综合监测终端向前面位于配变低压侧的配变监测计量终端扩展模块传输数据

台区配变 ：台区是指（一台变压器的供电范围或区域，台区配变为某一供电区域的配电变压器

配变监测计量终端：无信号台区的配变监测计量终端不含 GPRS 信号模块，有信号台区的配变监测计量终端包含 GPRS 信号模块

配变监测计量终端扩展装置 ：配变监测计量终端扩展模块与配变监测计量终端之间通过 485 或 232 接口实现通信。配变监测计量终端扩展模块由载波通信模块、控制器、电源组成，其 220 V 电源接自配变监测计量终端的电源端子。配变监测计量终端扩展模块需完成如下功能

比较并判断低压线路综合监测终端发来的数据，当配变低压侧缺相，即某一电压、电流为 0，而其他两相正常时预警，并将判断结果（预警结果）发给配变监测计量终端，由其传回局方系统

比较判断时，若配变低压侧某相电压正常，但电流为 0 且与之对应相序后面的电压、电流数据均为 0，则可判定该相导线断线，并向配变监测计量终端发送判断结果，以示预警这时，后面低压线路综合监测终端发送过来的电压电流为零值，由非断线相序发送，即零值数据的相序因无电由无线模块把断电瞬间的数据发给另外有电的相序

在正常情况下，后面的低压线路综合监测终端会将三线电压、三相电流数据传输过来

需要有过压保护、过欠流保护、过欠压保护、雷电保护功能。其中过压、过流需要在软件里设置阈值，当超过该设定阈值时，则启动保护功能。

光电转换装置 ：实现电信号到光信号之间的转换。

2 具体实施

首先台区变压器低压侧（即台区变压器右侧）提供电压给配变监测计量终端（无 GPRS 信号模块），然后将数据信息传送给配变监测计量终端扩展装置（含低压载波模块），经电 /光转换装置将电信号转换成光信号，再经光纤传递，由光 / 电转换装置实现光信号到电信号的转换，最后将数据信息传送到中压电力线载波装置中；由于台区变压器低压侧无法直接对中压电力线载波装置供电，因此采取 10 kV 电压互感器（PT）供电 ；有 GPRS 信号台区接收信号过程为无 GPRS 信号台区传递信号的逆过程，台区配变装置系统电气图如图 2 所示。

3 实验数据分析

为了验证本文方法的有效性，在桂林局城南分局采集实验数据，测量草底村配电变压器低压侧三相电压、三相电流罗马街配电变压器低压侧原三相电压、三相电流，以及罗马街配变接收到草底村配变低压侧的三相电压、三相电流。测量结果分别见表 1、表 2 所列

表 1 为草底村配变低压侧与罗马街配变低压侧电压集中后台汇总表。可以看出，A 相的草底村配变低压侧电压为225.5 V，与罗马街配变接收到的草底村配变低压侧 A 相电压相差 0.1 V ；B 相草底村配变低压侧电压为 227.2 V，与罗马街配变接收到的草底村配变低压侧 B 相电压相差 0.2 V ；C 相草底村配变低压侧电压为 230.7 V，与罗马街配变接收到的草底村配变低压侧 C 相电压相差 0.1 V，草底村配变低压侧三相电压与罗马街配变接收到的草底村配变低压侧三相电压误差很小，可忽略不计

表 2为草底村配变低压侧与罗马街配变低压侧电流集中后台汇总表。A相罗马街配变接收到的草底村配变低压侧电流为151.323A，与草底村配变低压侧电流相差 0.044A；B 相罗马街配变接收到的草底村配变低压侧电流为 138.135A，与草底村配变低压侧电流相差 0.078A；C 相罗马街配变接收到的草底村配变低压侧电流为 185.568A，与草底村配变低压侧电流相差 0.006 A ；草底村配变低压侧三相电压、三相电流以及罗马街配变接收到的草底村配变低压侧三相电压、三相电流误差很小，在可控范围内。可见，在一定范围内采用本文方法可大幅提高信息的传输效率，确保信息完整传输，实现了草底村配变到罗马街配变之间信息的高效通信

4 结 语

目前采用的农村配电网电力线载波通信方式存在无法避免的外在干扰因素，影响通信传输过程，降低了传输可靠性在实际传输过程中，载波通信会被台区变压器阻隔，导致传输中断，无法完整实现电力线载波通信从低压载波到中压载波本文方法有效解决了这些问题，通过光电转换装置将信号从变压器低压侧传递到变压器中压侧，再经中压电力线载波将信号从无GPRS 信号的台区传输到有 GPRS 信号的台区，实现无手机信号台区信息的有效通信，大幅提高了可靠性与传输效率，实时性良好