基于HPLC的台区低压用户停电监测及主动抢修技术研究

彭 力 李晓东 史晨昱 李 栋 李依琳

（国网河南省电力公司郑州供电公司）

0 引言

随着我国经济的快速发展，电力在国民经济的基础地位不断凸显。而近年来我国电力用户的不断增加使得保障正常的电力供应变得更加紧迫。目前，供电公司主要依赖供电服务指挥平台来处理低压电网故障。然而，这种处理方法主要依赖于用户电话报告的预判，对发生停电故障区域的位置、停电规模、抢修所需人员和停电抢修计划的分析存在诸多局限性。仅依靠供电服务指挥平台来处理可能导致后续现场处理的误判，带来抢修效率低下、抢修过程安全隐患增多等问题［1-2］。

为了解决这些问题，本文基于HPLC技术展开了台区低压用户停电监测及主动抢修技术的研究。该技术方案通过为智能电能表添加HPLC通信模块，实现低压户表停上电事件信息的实时主动上传到采集系统，并且能够与供电服务指挥平台实现有效的互联。

1 低压台区设备适应性改造方案

针对低压台区设备现状，提出三种适应性改造方案。

（1）方案一：三层架构（I型集中器＋I型／II型采集器＋RS-485电表）

保持现有的三层用电采集架构不变，对于使用I型采集器的现场台区，可直接将现有的I型采集器通信模块进行替换，以适配HPLC通信模块。对于使用II型采集器的台区，考虑到其通信模块不可插拔，必须进行整体替换，以使其能够兼容支持HPLC通信的模块。在这两种情况下，I型和II型采集器与智能电能表间的通信仍采用RS485通信方式。

具体实施时，台区侧通过智能配变终端使用HPLC宽带载波技术与I型／II型采集器进行通信，从智能电能表中采集数据。随后，通过4G公网或专网分别将采集到的数据上传至用电采集主站和配电自动化主站。方案一示意图如图1所示。

图1 方案一示意图

（2）方案二：两层架构（II型集中器＋电表）改造方案

取消II型集中器和台区总表，将用户的电表替换为带有HPLC通信模块的电能表或增加II型采集器。台区侧采用智能配变终端，借助HPLC宽带载波技术与电能表进行通信。为了确保数据的可靠性与一致性，数据交互将遵循面向对象或DL／T 645-07规约。智能配变终端采集的智能电能表数据通过4G公网或专网的通信渠道，分别传送至用电采集主站和配电自动化主站。方案二示意图如图2所示。

图2 方案二示意图

（3）方案三：两层架构（I型集中器＋HPLC载波表）改造方案

方案的基础是采用HPLC通讯方式的电能表。台区侧智能配变终端通过HPLC宽带载波技术与电能表进行通信。数据交互遵循面向对象或DL／T 645-07规约，确保了数据传输的规范性和可靠性。随后通过智能配变终端采集智能电能表的数据，使用4G公网或专网进行传送，将数据分别上传至用电采集主站和配电自动化主站。方案三示意图如图3所示。

图3 方案三示意图

2 基于HPLC的用户停电监测

以台区原有的集中器、电能表为基础，结合HPLC通信模块停上电事件上报功能与采集主站停上电故障研判系统，实现台区侧及用户侧停上电事件的快速上报。

2.1 超级电容供电方案

超级电容供电方案拥有多项优势和特点，包括设计难度低、体积小、容量大、大电流放电能力强、充电速度快、绿色环保、安全系数高等。为确保通信的稳定性，超级电容供电方案在HPLC通信模块中加入超级电容配置，可在断电状态下保障通信的持续能力，确保停上电事件信息得以顺利上报［3-4］。

电源供应方面，集中器HPLC通信模块、三相表HPLC通信模块以及单相表HPLC通信模块均采用12V直流供电。在这些模块中，都内置了超级电容。其中，集中器模块的超级电容容量不低于20F／2.7V，单相模块和三相模块的超级电容容量不低于10F／2.7V；电源切换逻辑方面，为确保正常供电状态，方案在供电时切断超级电容的充电回路，此外在载波模块电源低于12V时，系统会仍然由电能表供电，以保障通信的连续性；停电事件上报方面，即使在停电状态下，停电事件的上报时间不会超过5min，并且上报的准确性不低于90%。

超级电容的使用寿命至少为6年，这保证了方案的可靠性和稳定性，为系统的长期稳定运行提供了有力保障。

2.2 HPLC通信模块停上电研判规则

首先，电能表的节点模块必须装备后备电源，以保障其在断电时的运行。具有停电上报功能的HPLC模块配备了超级电容，能够在断电的情况下维持30s以上的通信时间，确保停电事件能够及时顺利地上报。

当电能表停电时，通信模块利用电力过零信号检测电路来检测，通过对STA和GND的管脚状态判断模块被拔出还是电能表发生停电。模块被拔出时系统不会上报；电能表停电时启动停电事件的上报。

当电能表发生停电事件时，从节点模块将通过广播方式上报事件。而电能表上电事件则会在组网完成后，采用单播方式进行上报。其他载波从节点接收到停上电事件后，会结合本节点的信息生成新的停上电事件，将其继续向主节点传递。整个系统支持过零检测，以识别停电和上电事件［5］。

2.2.1 电能表从节点模块识别停电事件

停电事件的判断涉及以下几个关键条件的检测：工频过零信号、直流12V电压降低以及模块插入状态。其中，工频过零信号是判断停电的主要标志。当连续n个工频周期内未检测到过零信号且12V电压降至9.5V以下时，可以判定为停电情况。与此同时，误插拔也会导致停电，故引入检测模块是否插入的判断。

（1）停电节点处理机制

停电节点在发送停电报文之前，会设置随机等待时间，时长在0～200ms，将同一冲突域内的节点发送数据时机离散开，减少冲突概率。为了解决停电后原本单播路由失效的问题，采用了本地广播方式。每个停电节点都会解析并取收集到的停电报文，从而保证了报文的可靠性。为了增强通信的可靠性，停电节点会周期性地对外发送数据，间隔为2s，发送次数为10次。

（2）未停电节点机制

对于未停电节点，在接收到停电信息后等待30s，然后将最终结果生成报文，通过单播方式上报到主节点。此外，在30s的等待时间内，模块还会随机进行事件上报，以提高上报的成功率和稳定性。

2.2.2 电能表从节点模块识别上电事件

与判断停电事件的方法相类似，模块在检测到工频过零信号和12V电源恢复的情况下，会自动生成复电事件上报。三相载波模块中的任何一相电压恢复都被视为复电事件的发生。

2.2.3 集中器主节点模块处理机制

集中器的主节点接收来自于从节点模块发出的停上电事件，并在本地载波信道上执行后续的事件采集操作。主节点模块对停电事件的处理方式如下：对于停电的节点，主节点会广播上报事件，但不需要进行确认回复；对于未发生停电的节点，主节点会采用单播方式上报，并等待确认回复。接着，主节点模块会整合收集到的各停电事件信息，并通过Q／GDW 1376.2报文的形式上报到集中器。默认的去重时间周期通常设置为4min。

3 基于GIS的主动抢修技术

地理信息系统（GIS）是一种决策支持系统。通过GIS系统中的坐标信息，将低压电力抢修范围进行划分。当检测到停电故障时，系统能够根据报修地址与抢修区域进行匹配，自动派发相应的抢修任务。通过构建一个既能调用电网数据，又能调用GIS地理数据的应用软件，使得软件能够与抢修平台进行数据交互［7-8］。

（1）客户故障报修

系统通过对95598收集到的停电故障报修的信息进行分析处理，确定可能发生停电故障的范围和受停电故障影响的区域，并判断可能引发停电故障的原因。此外系统可以将抢修人员的任务进行整合，以避免重复派发任务的情况发生。

（2）配电网故障研判

配电网自动化系统故障信息的全面、详细分析，使系统能够快速确定可能受影响的停电范围和区域，还有造成停电的具体原因。

（3）抢修调度

通过整合停电故障区域位置、抢修车辆信息、抢修任务派发、抢修所需物资等多方面的数据，系统可以实时生成并主动更新抢修调度计划。

（4）现场抢修作业终端应用

通过现场抢修终端，抢修人员可以即时将抢修过程中的各项信息反馈回系统，这可以将抢修现场的信息与系统互通，实现实时信息共享。

4 结束语

基于高频电力线载波通信（HPLC）技术，研究了台区低压用户停电监测及主动抢修技术的探索和应用。面对低压台区设备的现状，本文提供了相应的适应性改造方案，以解决现有设备在技术改进中的兼容性问题。在电表掉电的判别方面，采用了基于时间和幅值的方法，有效解决了过去电表掉电判别准确率不高的难题，提升了判别的精确性和可靠性。在实际应用中，本研究还运用地理信息系统（GIS）的坐标技术，将低压抢修范围进行了划分和界定。通过将报修地址与相应抢修区域进行匹配，实现了低压抢修工单的自动派发功能。这一创新解决了传统人工派单过程中效率低下和易出错的问题，为抢修流程注入了更高的智能化和高效性。