采集器通信信号衰减试验及分析

汪文莉 储剑峰

安徽南瑞中天电力电子有限公司，合肥 230031

采集器通信信号衰减试验及分析

汪文莉 储剑峰

安徽南瑞中天电力电子有限公司，合肥 230031

随着国家智能电网的推广普及，越来越多的用户已使用智能电表，在此系统中采集器的使用必不可少。采集器是应用通信和微处理技术，它能采集多个电能表电能信息，并通过电力线载波传输方式与集中器进行数据交换；是实现电力用户用电信息采集要求的数据采集装置。

在低压配电网络中，影响载波通信的因素包括低压配电线路对载波信号的衰减、电力负荷造成的载波通信输入阻抗变化、电力线路上的噪声干扰等，这些因素的存在造成了载波通信的不可靠、不稳定。采集器在实际运行过程中出现部分在现场抄收不到，对这些现场维护更换回来的设备开展检验，在生产检验环境中又能抄收正常的采集器约占75%。如果是通信信号衰弱缘故，那可能是采集器与集中器间路径长或该线路上的负载重导致信号衰减过多引起。为探索引起这种现象的原因，我们设计一个在弱信号下检查采集器抄收的信号衰减电路，在生产环境中模拟信号衰减后，分析信号衰弱对抄收的影响。同时，使用示波器观测载波模块的TX和RX信号，在测试过程中加入各种模拟干扰后，再观测载波信号的变化情况。

1 材料与方法

1.1 衰减电路的选择

选用接近传输线特性的衰减电路，也是传输线的等效电路，利用导线、电阻和分布电容组成，模拟现场信号衰减变化。调节采集器接入点，由前往后逐步移动，观察对信号衰减影响的变化情况，直至信号全部抄收，分别对返回的采集器和生产合格的新采集器经过多次抄收试验。

衰减网络电路模拟传输线的等效电路见图1，图中电阻均为30欧姆，电容均为630V/0.49uF。采集器的接入点可以任意在每个电容的两端，随着接入点的由左往右移动，信号衰减深度逐渐加大，实现信号幅度从100%衰减到0，将对被测定的采集器给与调整，使其由全部抄见直至抄不到。待测定采集器的元器件都是同一厂家批量生产的，参数值一致，生产出来的采集器灵敏度一样。采集器可以接在图1中R2、R3位置，能通过的采集器为正常。

1.2 现场测定

运用变频器、整流器、电子打火器、充电器等设置一些可以产生谐波的设备，来模拟现实环境，根据这些变化情况，以标准的载波模块为标准，对产生的各种干扰载波模式进行检测，测试采集器通讯信号衰减结果。

2 结果与分析

2.1 抄收率与信号强度的关系

把集中器信号衰减后达到的百分值作为信号强度，按照同一时间的1次抄收率来统计，对新采集器试验结果显示：当信号强度在80%以上时所有采集器基本上都能抄到，当信号强度在72%以下时所有采集器都抄不到，当信号强度在这此两者之间时，抄见率与信号强度的关系见图2，其关系公式为：Y=13.571x-982.143，相关系数为0.999，呈现极显着。

图2 信号强度与抄收率关系

采集器通过1:1隔离变压器供电，经过信号衰减后，逐步出现采集器抄收不到。每抄收1次要发送几百比特的信息量，采集器要能够完全准确的收到信息指令，经处理后发出的信息指令需要被集中器正常接收，这样1次抄收才能成功完成。信号强、抗干扰的能力大，使得信息指令在转送过程中丢失或出错得少，能够提高采集器的抄收率，对多个采集器的统计分析显示，信号强度越高抄收率越高，试验的模拟结果与其一致。

在将信号衰减到有10%采集器不能抄收时，试验中的衰减电路传输线模型的参数取值已经很大，相当于在现场的采集器距离集中器约有10公里左右，而实际安装时没有这么远的距离，可见返回的采集器超收信号衰减的主要原因不是线路的阻抗影响。

2.2 返回的采集器与新采集器的抄收率对比

返回的采集器除了有元器件损坏使抄收率降低外，元器件未见异常采集器的抄收率与新采集器无明显的区别。调节信号电平使新采集器刚好能抄到，同时返回采集器也能抄到，在信号衰减到新采集器抄收不到时，返回采集器也刚好抄不到，两者的灵敏度同等。

返回采集器中Ⅰ型采集器的同步输入电阻出现的故障较多，Ⅱ型采集器是对此作了技术改进，增加阻值，即将原来的272千欧姆改为480千欧姆，Ⅱ型采集器的灵敏度也产生了相应变化。分别对300多只Ⅰ型和Ⅱ型采集器进行抄收，结果显示：信号没有衰减时两种采集器均可抄到，使用衰减电路对信号进行衰减时，随着信号衰减Ⅰ型采集器尚能全部抄到，而Ⅱ型就出现部分抄不到，Ⅰ型与Ⅱ型采集器在抄收能力上表现出差异。

2.3 抄收率与噪声的关系

使用不同的干扰源模拟不同的现场噪声环境，它们所产生的波形有较大差异。结果显示：它们工作时产生的噪声严重影响着采集器对电能表数据的采集。为了避开噪声的干扰带来的影响，利用阻波器将不需要的谐波进行滤除，能够使采集器的抄收变为正常。有资料显示噪声对抄收率存在影响，因为经过一段线路的传输后信号电平降低了，而目的地的噪声电平还是那样高，不得降低，这样信噪比就下降了，虽然信号电平降低较少而信噪比降低是较多的，信噪比才是影响抄收率的关键指标。另外，现在家用电器种类较多，线路经过的范围广又受到有源干扰的影响。试验的衰减电路来衰减信号，在衰减了信号的同时也衰减了噪声，这样的信号优于现场的信号，测出的抄收率也要比现场高。

2.4 现场传输线及谐波对信号衰减的影响

在生产环境中做试验表明传输线路阻抗对信号衰减的影响比较大，线路经过范围小，受到的干扰也小，在现场由于线路经过的范围大，受到的干扰自然也大。低压电力线上的输入阻抗与所传输的信号频率密切相关，由于分布电感和分布电容的影响，输入阻抗会随着频率的增大而减小。但是，由于负载类型的不同，使不同频率的阻抗变化也不同，所以实际情况非常复杂，甚至使输入阻抗的变化不可预测，同时，正是由于负载会在电力线上随机地连上或断开，所以在不同时间，电力线的输入阻抗也会发生较大幅度的改变。另外，电力载波远距离传输时，信号由于电力线本身的阻抗而衰减。

谐波的产生是由于电源本身谐波和非线性负载所致，即使在同一信号强度下，在不同的时间的抄收率也是不同的，因为电网的负荷和干扰在不同时段不同。在用电高峰时负荷重，对信号的衰减要大，抄收率要低。

[1]伊落菘着;何晨译. 图解通讯 (日) [M].北京:科学出版社,2000.1.

[2]王赞基.电力线载波通信技术及其应用[J].电力系统自动化,2000,21(1):64-68.

[3]李晶,陈白宁,龚民.居民小区自动抄表系统中集中器的研究和设计[J].沈阳理工大学学报,2007,26(3):31-34.

Attenuation Test and Analysis of Communication Signals of Collector

Wang Wenli Chu Jianfeng
Anhui Nanrui Zhongtian Power Electronics Co., Ltd. Hefei 230031

利用导线、电阻和分布电容组成信号衰减电路，模拟采集器现场运行环境下信号衰减变化，对现场有抄收故障的采集器与未使用的新采集器作对比测试，结果表明：信号强、抗干扰的能力大，信息指令在转送过程中丢失少，信号强度与抄见率呈极显着相关。返回的采集器与新采集器的抄见率无明显的区别。线路对信号的衰减不是主要原因，要检测运用场地电能质量、噪音和信号强度等，分析现场的信号故障原因。

采集器；信号；衰减

The variation in signal attenuation of collector under field operating environment is simulated using the signal attenuation circuit consisting of conductor, electric resistance and distributed capacitance, and the collector with overcharge fault in the field is tested by comparing with the unused new collector, the comparison test results show that the signal is strong, the anti-interference capability is big, the loss of information instruction in the transmission process is less, and the signal intensity shows a significant relevance to meter reading rate. There is no significant difference between the meter reading rate of returned collector and that of new collector. The signal attenuation of circuit is not the major cause, the cause for signal fault in the field should be analyzed by testing the power quality, noise, signal intensity, etc. of the operating site.

Collector; Signal; Attenuation

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.044

3 结语

汪文莉，1969年，女，从电力采集器及智能电表应用与生产。

对存在超收不到或超收率低的现场环境，首先要检查采集器性能，确定故障引起原因是否由元器件引起，因元器件故障引起的给与维修解决。由信号干扰引起抄收不到，应对原安装现场踏查寻找出影响通讯信号衰退的因素，有必要利用现场评估系统实现时刻对信号的电能质量监测、记录噪音和信号强度、分析载波路由算法等，实行对现场的信号故障原因分析。根据衰减电路的应用对现场返回的采集器的故障分析，一般可以排除采集器安装很远的现象。要着重注意电器的启动和停止、切割机的电火花、家用变频空调等各项影响谐波变化的因素。公用电网的谐波特别严重，则不但是介入该电网的设备无法正常工作，甚至会造成故障，而且还会造成超载、发热，影响电力载波正常输送。确定一些因素后，适当改换采集器安装位置，避免可能的影响因素。另外，在采集器通信信号干扰大的地方增加使用阻波器，以提高采集系统抄收成功率。