计量自动化系统电能量数据采集中信号放大器的应用探究

胡绮文

摘 要：目前，我国偏远山区、新建小区、地下室等地方信号覆盖进度比较滞后，存在大面积的手机信号盲区，这部分区域往往就是所谓的远程无线计量的“黑区”。信号盲区不仅对通信设备的正常运作产生极大阻碍，还阻碍计量抄表终端、计量自动化系统之间电能量数据的有序传输。本文探究信号放大器的应用原理，通过对信号薄弱的自动化抄表终端中增设信号放大器，致使三大运营商基站信号得以增益放大，进而提供良好的通信环境。有效地解决计量自动化系统GPRS或CDMA等通信盲点的技术难题，提高了计量自动化采集终端上线率。

关键词：通信盲点;信号放大器;数据采集;计量自动化系统

0  前言

随着我国经济飞速发展和社会进步，带动了乡镇人口迁移至城市，由于城市人口密度大，用电客户的需求量也随之日益激增。供电企业为了方便管理和电能量数据采集，已将无线远程抄表列入日常化、规范化。将现场居民的日常用电情况和用电数据通过GPRS或CDMA等上行通讯通道，准确无误地传送到计量自动化系统后台主站。新建设的小区一般将电表和自动化抄表终端都安装在地下配电室。一方面，地下室信号受墙体影响巨大，变得非常薄弱。另一方面，新建小区与三大运营商甚至未达成信号覆盖协议。没有网络信号就没有传输可言。这成为远程抄表的巨大阻力。因此，通过加装信号放大器增强信号，提高抄表率成为迫在眉睫的任务。

1  计量自动化抄表原理

计量自动化系统是一套涵盖全网各种计量点及终端的系统，是数据采集、监控、分析、统计和计量管理于一体的应用平台。它由计量自动化主站、通信通道和计量自动化终端组成，是电力企业营销自动化中不可或缺的部分。首先，现场计量终端对程序进行初始化及复位，利用485总线、载波等下行通道将电能信息传输到现场终端。随后，终端模块对来自电能表的实时数据进行统计分析后保存。再由上行通道（即通信通道）将数据传送到主站系统，同时执行主站下发的各项命令。

2  常见问题和解决方法

上线率是计量自动化系电能量统数据完整性的重要保障，与计量抄表终端正常运行息息相关，是计量自动化系统深化应用的重要体现。在计量自动化抄表终端日常运行维护中，除了终端本身发生故障外，影响在线率最大的因素是通信信号强弱程度。同时，信号问题也会引起终端模块的故障。此外，导致终端离线的也可能是终端电源、模块、天线等。

（1）稳定的通信信号是计量自动化抄表终端与主站之间高质量传输数据重要保障。GPRS能持续稳定地连接主站，由网络系统在一定时间内数据传输的能力决定。不稳定的网络系统，容易出现GPRS掉线，进而制约着计量自动化抄表终端上线。供电企业针对偏远山区、地下室、新建小区等区域的现场信号情况进行研究，经过大数据统计发现，上述区域的无信号或信号薄弱程度尤其严重。目前，三个运营商的信号覆盖范围已遍布全市，但新建小区、地下配电室通信信号始终欠佳。如：计量自动化抄表终端安装在偏远山区，其信号常常发生跨地区来回切换，极其不稳定，甚至不能正常接收。地下室的信号局限性来源于墙体、地面的空间屏蔽，即室外与室内信号参差不齐，最终导致负控终端掉线。新建小区的情况主要是前期三大运营商的信号覆盖进度比较滞后，应适当增加更多基站，能有效提高信号发射功率。但由于通信运营商会考虑了自身运营成本的缘故，全方位覆盖信号的需求依旧无法满足。归根到底，为了更好解决上线问题，供电企业应主动采用增加基站或提高发射功率的措施。

（2）在计量自动化抄表过程中，终端通信模块需靠较大的瞬间工作电流来维持正常传送。若抄表终端出现中断或是短路等电源问题，将直接影响其传输数据的速度以及准确性。现阶段，所有的计量自动化抄表终端已设定内部自检功能，正常工作状态下，LED指示灯会不断闪烁;当电源失常时，LED指示灯则呈现常亮状态。另一方面，在计量自动化系统中也能瞬时监测抄表终端的电流问题。对于此类故障，应该及时更换计量自动化抄表终端。

（3）计量自动化抄表终端一般采用工业级通信模块，高质量的通信传输离不开一个好的通讯模块。在抄表终端的正常运行中，偶尔出现掉线的情况可能由信号强度与当前的SIM卡制式不匹配引起;通讯模块与终端本身不兼容或通讯模块已坏;SIM卡槽的连接片接触不良或通讯模块的插头已氧化也可能导致通信模块异常运作。对于此类故障，应及时更换合适的、兼容的通信模块;根据现场情况，更换手机卡的运营商或将更换卡制式的方式将4G信號转为终端支持的2G制式。

综上所述，当自动化抄表终端不上线的原因五花八门，来源于终端电源、通信模块、天线等问题时，供电企业都能通过更换终端、通信模块、天线等传统运维方式来解决。但面对运营商信号问题，供电企业往往通过自主加装无线信号放大器的方式，提升配电室信号强度，从而更好地解决地下室抄表终端的上线率难题。

3  信号放大器原理及技术参数要求

3.1信号放大器原理

通信信道是用来沟通计量自动化系统主站与现场终端或下级单位主站系统传输数据的通信介质，常用的通信通道包括码分多址CDMA（Code-Division Multiple Access）、通用分组无线业务GPRS （Genegral Packet Radio Service）、调度数据网、综合数据网、公用电话交换网PSTN（Public Switched Telephone Net-work）、专线等。信号放大器已被普遍应用，将室外基站信号有线接入，通过下行链路放大后转接到室内，通信信号可有效覆盖整个用电区域内。使室内的信号盲区能够获得信号，计量自动化主站与抄表终端能够保持高质量的数据传送。

3.2技术参数要求及施工安装

为确保信号放大器发挥出最大的作用，供电人员应当掌握相关技术参数要求，严格按照其对温度、湿度、天线长度等标准进行合理安装。具体参数及性能及注意事项如下：

1）室外天线长度需满足在208mmx178mmx 40 mm范围内;

2）室外温度应满足-45°C+80°C;室内温度范围为-45°C;

3）湿度范围不大于85%;

室外、室内主机相辅相成，需同时安装。室外基站模块施工安装时，首先，将信号放大器安装至通信信号覆盖强度至少达19及以上的位置。其次，安装室内主机需配置220V以下电源，在这种电源下能将引入的无线信号不断增益放大，为模块进行分析、存储、传输数据提供强有力的作用。最后，将放大信号通过同轴线连接到室内处理模块中，使盲区配电室的信号得以稳定遍布。

4  实施效果

现场网络信号差，但距离较强信号源100米范围内的住宅小区、地下室宜采取安装整套信号放大器设备的方式，获取信号。用户运维班组根据后台主站的故障清单对此类用户进行运维分析。如：新建小区某泰城的配电房在车库里，偏远山区的某岭养猪场专用台变在半山腰上，都是无发正常上线的用户。供电企业对其安装信号放大器后，应用效果比较显著。截至2019年12月，自从计量自动化终端加装了信号放大器以来，终端上线率大大提升到99.86%的稳定水平。

5  结语

近些年，供电企业将信号放大器应用到计量自动化系统电能量数据采集中，取得显著成效。加装信号放大器不需要布放很长的线路，安装流程简便，可就近解决，性价比高。既能有效解决抄表数据传送难的问题;又能避免计量自动化系统的监测数据、数据处理和综合应用的不及时，大大提高了采集终端上线率。同时，为打造优质服务切实优化营商环境，不断提升营销管理水平和客户服务水平，最终获得供电方与用电方之间的双赢效益。

参考文献：

[1] 肖勇，周尚礼，张新建，化振谦，编著.电能计量自动化技术[M].中国电力出版社，2011.

[2] 王学锋，张宏宏，丁丽.供电公司擅设信号放大器致使公安无线通信受干扰[J].中国无线电，2018（4）：67-67.