采集器检测装置的通讯兼容和抗干扰技术研究

采集器检测装置的通讯兼容和抗干扰技术研究

唐迪1沈曙明1周永佳1周晨晖1李晨1蒋云

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院杭州310014；2.杭州德创能源设备有限公司杭州311121）

摘要：针对常规II型采集器检测装置无法同时检测不同品规采集器、通讯抗干扰能力差的局限性，提出了一种功能优化的检测装置。该装置通过识别采集器条码信息自动切换通讯方案、应用电气隔离和空间隔离技术，实现了多品规采集器的兼容性检测和通讯抗干扰。在搭建样机进行长期试运行的过程中，验证了技术方法的有效性。

关键字：II型采集器；通讯检测；兼容性检测；抗干扰

Researchoncommunicationcompatibilityandanti-interferencetechnologyofcollectordetectiondevice

TangDi1,ShenShuming1,ZhouYongjia1,ZhouChenhui1,LiChen1,JiangYunhua2

（1.StateGridZhejiangElectricPowerResearchInstitute,Hangzhou310014;2.HangzhouDCEnergyEquipmentCo.Ltd,Hangzhou311121）

Abstract:InviewofthelimitationthatconventionalTypeIIcollectorcannotdetectdifferenttypesofcollectorssimultaneouslyandthedeficiencyofitsanti-interferenceability,thisarticleputsforwardanoptimizeddevicefordetection.Thisdeviceachievesthefunctionofcompatibledetectionaswellasanti-interferencecommunicationbymeansofautomaticconversionsofcommunicationprogramsalongwithelectricalandspaceisolationtechnology.Thevalidityofthetechnologyhasbeenverifiedforalongrunduringtheprocessofbuildingprototypes.

Keywords:TypeIIcollector,Communicationdetection,Compatibledetection,Anti-interferenceability

引言

电力用户用电信息采集系统能够自动采集、处理和实时监测用户的用电信息，具有计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能[1]。用电信息采集系统是建设“坚强智能电网”的重要组成部分，有助于完善电网系统信息管理体系，推动电力行业现代化管理水平。

采集器作为采集用电信息的主要设备，

需经检测合格后才能进行现场安装。常规采集器检测装置上设置1个集中器表位和36个采集器表位，每一批次检测数量十分有限，因此当检测任务数量较大时，需要频繁进行人工上下料，工作量很大；在检测中需要针对被检采集器的型号更换集中器，一个批次仅能检测一种采集器，装置的兼容性较差；此外，在通讯中，装置上的各个表位之间、同一电力环境下同时工作的多台装置之间都存在明显的信号干扰，装置的抗干扰能力不佳。因此采用逐个表位通讯和减少同时工作的装置数量的方式以降低干扰。

基于上述情况，目前常规装置的平均检测时间为70分钟/批次，工作时间按照7小时/日计算，一台装置的检测能力仅为6批次（共计216只）/日，检测效率低，人力消耗大。

本文主要针对通讯兼容和抗干扰技术进行研究，利用该技术对常规装置进行优化，研制出一种新型的II型采集器检测装置。

1设计方案

1.1主要组成

检测装置主要由PC主站、串口服务器、信号源、功放、通讯切换箱等结构组成，如图1所示。

本装置具有120个采集器检测表位，采用信号源和A相、B相、C相三组功放作为电压源，每组功放为40只采集器供电；PC主站下发各种控制指令并对回送数据进行保存和处理；通讯切换箱中安装多种类型的抄控器，替代常规检测装置中的集中器，用来与采集器进行通讯；串口服务器用于实现PC主站和装置内各部分的信息交互。

1.2通讯流程

检测装置在进行测试过程中的通讯流程，如图2所示：

步骤1：主站根据采集器条码信息，切换与之对应的抄控器；

步骤2：采集器上电后，主站通过串口服务器，经RS232接口向抄控器下发通讯命令；

步骤3：抄控器接到主站命令后，下行召测采集器数据；

步骤4：采集器接到召测命令后通过RS485接口下行召测模拟电能表数据，若召测成功，则将数据回送给抄控器。

步骤2-4是一次完整的通讯过程，当任何环节召测失败，则判断为此次通讯不成功，此时可循环上述通讯步骤再次测试，循环次数可由主站进行设置。只要有一次通讯成功，则判断采集器检测结论为合格；若每次通讯均失败，则判断检测结论为不合格。测试完成后，将检测数据上传至主站进行保存及处理。

主站的控制系统能够统计各类指令执行的成功率，作为日常运维的参考数据。

2关键技术

2.1通讯兼容

II型采集器按照上行通信信道主要分为微功率无线采集器和载波采集器两类[3],因信道不同，二者不能互通。

同时，每一类采集器根据生产厂家不同，在硬件结构和软件设计上存在一定差异。

由于微功率无线的集中器和采集器可以在信号频段范围内进行自适应组网[4]，组网成功后即可进行通讯，无需指定通讯信号的频率。因此，不同厂家的设备之间能够互通。但是载波集中器和采集器需要在指定频率的信号下才能进行通讯[5]，即使设备标注的参数相同，但是由于不同厂家之间存在技术差异，实际通讯中的信号波形也会有所不同，这使不同厂家的载波集中器和采集器之间无法进行稳定可靠的通讯。

基于上述情况，本文在检测装置中安装通讯切换箱，内置多种抄控器，控制系统能够对采集器信息进行智能侦测，通过识别条形码获取其类型参数，自动匹配合适的检测方案，选用对应的抄控器进行通讯，实现了各种采集器的兼容性检测。

通讯切换箱内部如图3所示，其中，切换单元由继电器组成，一个切换箱对应10只采集器，切换箱中可安装12种不同类型的抄控器。

在隔离变压器前后安装信号隔离器，进一步加强滤波效果。

隔离变压器的铁芯选用漏磁系数低的合金材质，防止载波信号通过铁芯向空间辐射，在一次二次线圈之间增加隔离层，并将隔离层接地，增大感性成分来抵消一次线圈与二次线圈之间的电容效应[9]。

信号隔离器为高感性低容性滤波器，信号衰减器为低感性高容性滤波器，前者用以滤除电源中的高频信号，衰减度约为120dB，后者用以吸收泄露的载波信号并防止信号叠加，衰减度约为60dB。二者的电感电容特性相互补，可防止电压畸变。

本文采用的隔离电路，对干扰信号进行多级斩断和立体隔离，使每组抄控器和采集器之间的通讯在独立回路中进行，解决了回路间载波通讯干扰的问题，并能防止信号污染对装置正常运行产生不良影响。

2.2.2空间隔离抗干扰

检测装置的电压线路均采用A类全铜屏蔽线[10]，用以增强抗干扰能力，减小线路中高频辐射信号的影响。

通讯中的抄控器是主要干扰源，本文通过增大抄控器间距、调整抄控器下发通讯命令的时间间隔、在放置变压器、隔离器和抄控器的箱体内部安装屏蔽罩并保持良好接地来达到降低信号干扰的目的。

3关键技术验证与效果分析

3.1通讯兼容的验证与效果

为最大程度验证装置的兼容性，本文在如下极端情况下进行测试：由A相功放供电，以10只采集器为一组，选用鼎信采集器、东软采集器、瑞斯康采集器和微功率无线采集器的合格品各一组。

在确保接线可靠的前提下，同时对以上四组采集器进行通讯测试，统计通讯成功率。

经测试，被检采集器的检测结论均为合格，由此证明检测装置的控制系统能够准确识别四组不同品规的采集器信息，并切换相应的抄控器进行通讯。检测装置可以在一个批次中同时对不同类型采集器进行检测，其兼容性满足要求。

3.2通讯抗干扰的验证与效果

3.2.1电气隔离测试

以40只合格的鼎信采集器做为样品，在A相电路中进行通讯测试。调整降压隔离变压器的变比k，统计不同k值下的通讯成功率η。

当k=0时，表示不设置隔离电路；当k=1时，表示设置常规隔离电路；当k值不为1时，表示设置含有升、降压隔离变压器的定制隔离电路。经试验，得到如图7所示测试结果：

当S与T的值越大，抄控器之间的干扰越小，通讯成功率越高，根据本文测试结果，综合考虑装置规模和检测节拍，选取S=0.5m，T=4s，此时通讯成功率η可达99.8%，满足技术要求。

5结束语

应用文中提出的通讯兼容和抗干扰技术，研制出新型II型采集器检测装置，其特点如下：

智能侦测与自动匹配使装置适应力强。新型的检测装置，能够识别被检采集器信息，自动判断和切换对应的抄控器进行通讯，在无需人为干预的情况下，能够自动满足多种采集器的检测要求。并可根据实际情况，添加或更换新类型抄控器，使装置的兼容能力具有流动性，能够适应检测环境的变化。

电气隔离和空间隔离使装置可靠性高。对干扰信号的多级斩断，改变了常规检测中逐个通讯的模式，使多组采集器并行通讯能够可靠实现，由于降低了表位间的信号干扰，装置的规模可由36表位扩充至120表位。由此大幅压缩了平均检测时间，提高了检测效率，减少了人力输出。

本文提出的技术不仅可应用于常规检测装置的升级改造，优化人工检测模式，并可应用于II型采集器自动化检测系统。

参考文献

[1]Q／GDW373-2013,电力用户用电信息采集系统功能规范[S].

[2]Q／GDW1375.3-2013,电力用户用电信息采集系统型式规范：采集器型式规范[S].

[3]Q／GDW1374.2-2013,电力用户用电信息采集系统技术规范：集中抄表终端技术规范[S].

[4]董绵绵.无线自组网自适应路由技术[D].西安:西安电子科技大学,2009.

[5]吕仲瑜,孟力,李璐.低压电力线载波通信中的抗干扰问题[J].电测与仪表,2008(3):36-40.

[6]李陟.无线自组网自适应架构的关键技术研究[D].南京:南京理工大学,2011.

[7]高峰,董亚波.低压电力线载波通信中信号传输特性分析[J].电力系统自动化,2000,24(7):36-40.

[8]袁行超.针对隔离变压器的应用探究[J].山东工业技术,2015(23):262-262.

[9]杨松松.铁芯绕组结构的磁场分布与漏磁分析研究[D].昆明:昆明理工大学,2015.

[10]李冉,曾笑.低频多芯屏蔽线屏蔽特性测量方法初探[J].测绘通报,2014(S1):70-72.

作者简介：

唐迪(1990—)，女，本科，从事电力计量检定检测技术研究。

沈曙明（1964—），男，硕士研究生，高级工程师，从事电力计量技术管理。

周永佳（1984—），男，硕士研究生，从事电能计量技术研究。

周晨晖（1989—），男，本科，从事电力计量检定检测技术研究。

李晨（1987—），男，硕士研究生，从事电力设备检定检测技术研究。

蒋云华（1975—），男，专科，从事电力计量检定检测技术研究。