与线路接地相关的电力载波通信故障分析及解决措施
2015-05-30林娜
林娜
摘 要：电力线载波是电力通信的重要手段，在保障电网稳定安全运行中发挥着不可忽视的作用。载波通信具有诸多的优点，也存在需要进一步改进的问题。文章通过一例实际工程中与线路接地相关的载波通信故障，分析其发生的原因，并提供了解决方案，为提高载波通信的可靠性积累了实例经验，最后总结了载波通信的故障处理的原则与程序。
关键词：电力线载波通信；故障；接地
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）05-0124-02
电力线载波通信技术出现于20世纪20年代初期，电力系统使用载波通信传输电网中最重要的运行和保护信息已历时数十年。尽管近年光纤通信在电力系统中发展十分迅猛，但是考虑成本效益以及确保传输电力系统最关键业务的可靠性等因素，以及仍然存在大量光纤通信无法安装的地方，载波通信在世界各地仍是一种主要的电力通信方式。
近年来，技术的进步为电力线载波通信的应用带来了新的机遇，特别是电力线载波设备已经具有更大的带宽，能够接入到数字网络，各种功能大大增强，在使用上更加灵活和方便，再加以电力线载波通信的经济性和可靠性，电力线载波系统在全世界范围内已经明显复苏。
1 电力载波通信的优点与问题
1.1 电力线载波通信得天独厚的优点
1.1.1 通道可靠性高
由于结构稳固的电力传输线路具有机械强度高、不易受外力破坏的特点，安全系数高于光纤等通信媒质。
1.1.2 投资少、费用低
如果覆盖范围远而通道容量需求有限的情况下，电力线载波通信因无需新建线缆而比使用其它任何传输介质费用都要低。
1.1.3 覆盖面广大
电力线载波作为电力系统应用最为广泛的通信手段，其通信网络十分发达。
1.1.4 及时性强
输电线路架通即可开载波通道通，见效十分迅速。
1.1.5 综合业务能力强
电力线载波通信已由过去单独的调度电话业务发展到为开放电话、远动、传真、保护和计算机信息等综合业务。
1.2 电力线载波的缺点和不足
1.2.1 载波频率分配使用存在问题
电力线载波频率使用范围为40～500 kHz，而每个载波频带带宽为4 kHz，最多只有57套载波机。在低频段阻波器制作困难，高频段广播信号存在干扰。
1.2.2 电力线载波机存在问题
目前国产载波机无论是在技术性能、工艺结构还是在可靠性和稳定性上，同国际上一些先进设备相比仍存在有很大的差距，都亟需提高和改进。
1.2.3 配套工程存在问题
主要有电源的可靠性低和容量偏小、防雷技术措施不完善、仪器仪表配置不完备和落后等问题。
1.2.4 管理运行存在问题
对载波通信的重要性认识不足，基础工作不扎实，管理体制不健全。
2 相关工程简介
本工程为某省新建的330 kV变电站至某牵引站I回线路，长度为45 km。根据电力规程要求，为满足保护通道需求，必须建设双独立路由的通信链路接入省电力通信网，目前多数情况下采取的方案是同步架设2根OPGW光缆，采用一路光纤专用芯和一路2 M链路的2种不同的通信方式。但当线路过长（超过20 km），并且终端站不成环的条件下，建设2根OPGW光缆成本过高，租用运营商光纤又不能保证可靠性，因此本工程建设1根OPGW光缆，再开通一路载波通信，较为经济和可靠。
3 故障分析
330 kV变电站-牵引站I回线路保护通道采用光纤+载波通道，在新建线路的A相组织一路载波通道。330 kV变电站侧使用挂式阻波器，结合滤波器型载波频率范围为84-500 kHz，载波机功率50 W，满发电平为47 dBm。载波通道如图1所示。
载波通道建成后，通信通道一直无法调通。现场检查时发现在电力线路未带电的情况下，载波通道运行正常，但当线路带电后载波通道里即刻充满电晕噪声，信噪比低于通信要求，使得载波通信几乎中断。载波系统的噪声主要来源于线路的电晕放电和电力系统的运行操作，可以分为白色噪声和脉冲噪声。电晕放电产生白色噪声，与导线表面的电位梯度、污染潮湿状况等有关，是引起故障的主要的噪声源。
现场测试的结果：当线路不通电，载波通道信噪比>25 dB，符合相关通信规程规范的要求；而当线路通电，信噪比明显下降，低于规程规范要求，见表1。
根据二次电力设计规程，计算330 kV线路，45 km的载波通道总衰减如下：
A=K×l×f^（1/2）+7.0N_1+3.5N_2+0.9N_3+5.7+ Acl×Lcl
其中：
K为与导线参数、电压等级、线路结构和大地电导率有关的衰减系数，本工程中为7.2×10-3；
l为线路长度（km）；
f为工作频点（kHz），设定为200 kHz；
N1为高频桥路数；
N2为中间机和无阻波器的分支线总数；
N3为并联机和有阻波器的分支线总数；
Acl为高频电缆的每公里衰减（dB/km）；
Lcl为高频电缆的长度（km）。
A=0.0072×45×14.14+7.0+5.7+4.3×0.3×2=19.86 dB
本工程的线路损耗<15 dB，低于理论计算值，说明线路本身不存在问题。
为了确保通信正常，载波通道衰减不能超过一对载波机正常工作的允许最大衰减，即正常发送与标称接收电平之差，实际中的载波通道最大允许衰减Amax要以载波通道最低接收电平为准。
A_max=P_send-〖（P〗_Z+S/N_min）（dB）
式中：
Psend为载波机发送平均功率电平（dBm）；
PZ为接收带宽内的噪声功率电平（dBm）；
330 kV线路为-26～-20 dBm；
S/Nmin为通道允许最低信噪比（dB），电话通道为26 dB。
代入可得：
Amax=30-（-26～-20+26）=24～30 dB
在不通电与通电的情况下，收益电平均无明显变化，可以基本排除是通信载波设备故障与通信设计方案缺陷。
在线路不通电的情况下，信噪比符合规程规范要求，而通电时信噪比下降很多，初步判断是线路地线接地方式（本工程采用前2 km逐基接地，中间段采用分段接地）的放电间隙太小，地线被感应电流击穿而发送电弧放电，在载波通道中引起很高的噪声电平，从而导致通电状态下的信噪比不满足规程。
通过安排夜间以牵引站为出发点进行线路巡视，发现地线上存在电弧放电点。
4 解决措施
经以上分析，可以采取的解决措施有两个：
①扩大放电间隙以防止感应电流击穿地线。
②采取直接接地的方式。
经过施工难度和工程造价综合考虑，决定将原设计的分段绝缘接地的接地方案，改为逐基接地方式。所有杆塔前、后侧地线耐张串有安装绝缘子的地线通过并沟线夹、引流线和设备线夹与横担保证良好的电气连接，形成接地形式。并沟线夹安装在距地线耐张线夹出口远离塔身方向10 cm处。
改造后载波通道在线路通电情况下信噪比也达到28 dB，载波通信正常，此项解决措施增加投资约6万元，其中材料费约2万元，人工费约4万元。
5 结 语
电力线载波通信作为电力系统应用区域最广泛的通信方式，仍然是电网重要的基本通信手段。电力线路作为电力部门特有的通信资源，载波通信的优越性是不会动摇的。
5.1 载波通信故障解决处理的基本原则
对于载波通信故障，解决处理的基本原则归纳如下：
①以尽快恢复业务为原则，如有备用路由，先将业务调到备用路由。
②根据故障现象，先查明原因，后进行处理。原因不明时，切忌盲目操作，否则将可能导致问题恶化。
③对故障处理的详细过程做好记录，以备事后分析研究。
5.2 定位故障原因点应遵循的程序
①先检查载波机，后检查载波通道。
②先检查结合设备，后检查加工设备。
③先检查高频电缆，后检查结合滤波器，再检查耦合电容器，最后定位阻波器。
载波通信同其它技术一样，也是不断发展和完善的。对于其固有的弱点和不足，只要我们提高认识，积极改进，是完全可以克服的。
参考文献：
[1] 王金保，王治平.电力线载波机及电力线载波通道测试技术[M].北京：中国电力出版社，1995.
[2] 何惠芳，唐小昱.电力线载波数字通信系统的实现[J].科技资讯，2008，（21）.
[3] 李明.电力线载波通道故障处理分析[J]，电力系统通信，2006，（21）.
[4] 杜琼，周一届.电力线载波通信技术[J]，华北电力技术，2005，（2）.
[5] 吴迪.高压输电线路纵联保护载波通道的构成及故障分析[J].湖北电力，2011，（35）.
[6] 能源部西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1990.
