基于载波信号在0.4kV及以下线路中的传输与应用

基于载波信号在0.4kV及以下线路中的传输与应用

杨江,潘琦琪,姚佳,李培霖

贵州电网有限责任公司凯里天柱供电局  贵州省天柱县 556600

摘要：本文主要对载波信号在0.4kV及以下线路中的传输与应用进行了相关研究，解决低压配电网的调相问题及户变关系清理问题。

关键词：载波信号；0.4kV及以下线路；传输；应用

1研究背景

1.1调相问题

我国低压配电网一般采用三相四线制接线方式，随着社会经济快速发展，人民生活水平日益提高，用电负荷日渐增长。因用户侧大部分是单相负载，且负载（电能表）所接相别随机性较强，每逢用电高峰期，易出现配变三相负荷不平衡（偏相）的情况，造成配变负载率分布不均、单相、两相重（过）载，从而引起变压器桩头发热，进而造成线路烧断、配变烧损的结果。而且单（两）相重过载会导致用户低电压，设备及导线烧损造成大量用户停电，增加了用户用电诉求量和低电压台区运维成本，影响供电质量及供电可靠性，造成售电量损失、企业经济损失。

如何防范和解决因配变三相不平衡造成重过载、低电压、配变烧损、功率因素偏低等问题一直是配网运维及台区治理的一大难题，需要在复杂的低压线路分布中准确判断这些电表所在的相线，从而精准、高效地进行负荷调节，达到平衡负荷之目的。传统运维方式是运维人员顺着低压出线沿线观察，用钳形电流表测量相电流，目测厘清ABC三相，方能得出调相方案，从而进行调相。此方法应用在城区或乡镇复杂低压走势线路分布的环境下极易出现误判、身心疲劳、效率低下的情况，且钳形电流表在测量相电流时可能需要架设楼梯、登杆，效率低下。另，对于新增用户在相线搭接时如果不能快速准确识别台区ABC三相相线和重过载情况，就会造成重复搭接相线，造成该台区用电负荷始终不平衡，进而出现单相、两相重过载、导线烧损及用户低电压的问题，进而导致单相接地、断线谐振、功率因素低下的情况发生，最终造成配电三相不平衡率居高不下。

为了提高配变利用率，就需要将负载较重相的一些用电负荷转移到较轻的另外相线供电（简称调相），以平衡三相负荷，这就需要准确判断这些用电户所在的相别。目前，可从计量系统导出三相不平衡分布情况，即ABC三相电压、电流值等数据，当运维人员到达现场时，因用电负荷发生变化，存在时差，线路分布复杂，故，用钳形电流表无法快速、准确判断实际相别所对应的系统相别（即哪相为A相，哪相为B相，哪相为C相），因为，在我们电力系统当中，没有绝对的相别，只有相对的相序。

1.2户变关系清理问题

随着人们生活水平逐渐提高，人们对用电量需求日益增大，每年我们供电企业都会进行城乡用电规划，通过新增配变或实施台区改造项目增加户均容量，保证用电质量可靠、稳定。建设过程中会涉及大范围的负荷分割，用户所属关系发生变更，其中就涉及到户变关系调整工作，目前的方式是沿着线路分布观察，根据线路走向目测判断、拉闸测试。缺点：费时费力、不科学、工作效率低，人工化太严重，清理一个一百多户台区往往需要半天到一天的时间。如何通过科学仪器在台区首端完成信号输送，用户端通过信号接收实现快速识别用户与配变所属关系，进而提高工作效率成为我们当今迫切需要研究的课题。

2解决的主要问题

2.1解决调相时无法准确快速判断相别的问题。通过技术手段，基于载波信号在0.4KV及以下线路中的传输与应用，快速、科学判断相别，从而快速得出简单可行的调相方案，缩短工作时间，提高工作效率，提升配网运维质量和水平。

2.2解决快速清理户变关系的问题。利用载波信号传输原理，准确厘清户变关系不一致用户，减少人力耗时，提高工作效率。

2.3解决供电所目前没有一套集成式配网运维设备的问题，根据翠智创新方法中的“技术进化法则”中的“向超系统进化法则”原理，将常用功能集成于一套设备，专用于供电所配网运维工作中。

3技术方案

研发一套由Arduino单片机控制单元、载波单元、处理单元、执行单元组成的集成式设备——户相识别仪。

3.1核心原理：户相识别仪由主机和从机两部分构成，令主机在线路A端发送载波信号，令从机在线路B端接收该载波信号，利用该载波信号只能在同相传输的特性（图1），从机接收到该载波信号后，经过从机的处理单元分析处理后，根据指令执行相应的动作，即根据从机上的显示内容（A相、B相、C相）和LED的发光颜色（黄、绿、红）判断相别，实现户相识别的功能

图1-同相传输原理图（过零检测）

图2-整体结构原理图

3.2运行机制：首先，在主机编写C语言程序，通过TX通信串口将数字信号转换成TTL电平信号送入载波单元，经过滤波、调制、耦合等处理后以1200bps的波特率耦合到电力线路中，然后，从机的载波单元接收到该载波信号后，再经耦合、解调、滤波等处理转化为TTL电平送入单片机，最后，单片机接收到该TTL电平信号后，根据编写的程序执行相应动作（显示屏显示、声光报警），具体如下：

3.3使用方法

3.3.1调相应用

主机安装于TTU处分别在A、B、C相（例如按照从左往右的顺序）发送与计量系统对应相别的“A相、B相、C相”字样（可发送单相或两相，可控制），手持从机在0.4kV线路终端杆（可调相处）进行测量，通过显示屏显示的“A相、B相、C相”字样和LED发光颜色（分别对应黄绿红）判断与系统对应的相别，从而准确快速得出合理的调相方案，详见图2。

3.3.2户变关系识别应用

主机安装于台区任意处，向台区三相线路上发送载波信号，手持从机在该台区电表处测量，被测电表能接收到信号，表示所属该台区，反之亦然，从而达到户变关系清理目的。

述：经过理论分析和现场测试，该载波信号与我们现有集抄系统载波信号不同，集抄系统波特率为2400bps，我们现研发的户相识别仪波特率为1200bps，且集集抄系统的抄表方案和户相识别仪接收数据的协议不同，目前未发现相互干扰现象。

3.3.3参数测量应用

该设备集成了万用表的常用功能，使用方法与万用表类似，通过旋扭转换开关选择需要使用的功能。

4难点处理

本项目的技术难点是载波信号跨相传输问题。载波信号本身属于高频信号，可以空间耦合，因此出现载波信号跨相传输的现象，即A相的信号会耦合到B相去，对户相识别仪系统造成紊乱，无法达到户相识别的目的。在研发的初始阶段，我们查阅了大量资料，但对于解决根本性问题没有进展，后来，经过探索和研究，发现三相电在空间上互为120度，但每一相的过零时间不同，随即利用这一原理来区分三相电，详见图1。

5结语

基于载波信号在0.4KV及以下线路中的传输与应用，快速、科学判断相别，解决调相时因无法准确快速判断相别的问题，从而快速得出简单可行的调相方案，缩短工作时间，提高工作效率，提升配网运维质量和水平。利用载波信号传输原理，准确清理户变关系不一致用户，减少人力耗时，提高工作效率。解决供电所目前没有一套集成式配网运维设备的问题，根据翠智创新方法中“技术进化法则”中的“向超系统进化法则”原理，将常用功能集成于一套设备，专用于供电所配网运维工作中。

参考文献：

[1]胡平,朱俊栋,李勇,徐松晓.中压配网拓扑结构及阻抗匹配对电力线载波信号传输影响分析[J].河北电力技术,2017,36(03):1-2+13.

[2]方冬庆.500kV线路载波信号衰耗问题[J].电力技术,1988(01):62-64.

[3]戴宏慈.输电线路载波信号传输的模分量分析法[J].电力建设,1980(02):42-54+111.