江 泓 张 浩 王碧香 程 颖 庄志伟

(1.国网福建省电力有限公司浦城县供电公司，福建 南平 353400;2.国网福建省电力有限公司南平供电公司，福建 南平 353000)

1 研究背景

目前我国新冠肺炎疫情防控形势逐步稳定，用电需求稳步回暖，在此次防疫中大数据、云计算、AI分析、5G互联等智能化新技术手段广泛运用，作用显著。但在电网运营中，因受限于地形及通讯运营商布点等因素，部分配电网仍处于无信号区域，无法使用智能化终端，使配电网处于电网智能化改造中最薄弱的环节，这与当今科技的发展，社会经济水平的提升格格不入，亟待解决[2]。

福建省山区配电网结构薄弱，地处山区的电网公司在工作中智能终端(三遥开关)应用严重受限于运营商基站布点，偏远线路信号盲区无法安装三遥设备，相较城镇区域故障，供电所核查故障点巡线难度更大，夜间排障还有危险，属于电网智能化盲区，若有方案能在经济性、适用性上平衡，实现偏远线路信号盲区的信号传输，将彻底解决电网智能化“最后一公里”问题。理论上本成果可以做到有电力线的地方就有网络信号，且成本极低，不仅用于三遥开关部署，乃至今后其它功能电力智能终端在电力线路上应用，都可提供接入方案。

目前电力行业中，中压载波技术多用于用电信息采集系统，以及少量配电室信号传输，国内尚无针对应用于山区配电网智能终端的研究[3]。

2 四项组网集联应用方案

本文提出的四项组网集联应用方案，分别对应四种应用场景。“无信号区域智能设备上线方案”是总技术方案，适用于全国各地供电企业、通讯企业作为偏远地区信号覆盖方案的补充。

另外三项是针对全国各地供电企业配电网目前普遍共性的三遥开关使用局限而设计。其中“单相方案”适用于对供电可靠性要求不高的无信号配网线路(低故障、普通用电线路)智能终端应用；“三相方案”适用于对供电可靠性要求高的配网线路(高故障、保电线路)智能终端应用；“线路断点信号传输方案”适用于采用中压载波集联上线方案时，线路中存在断点设备的解决。

四项方案共同构成完整的信号盲区数字化集联技术方案，优点是低成本、高稳定性、易复制推广，并充分利用电网公司网架优势，具有深入研究潜力。

2.1 信号盲区智能设备上线方案

2．1．1 方案原理及实施方式

该方案是总技术方案，可解决山区配电网无信号区智能终端信号难题，推广后将对电网安全稳定，更先进级别智能终端应用提供信号网络支撑，将对今后配电网智能化发展起到重要作用。

如图1所示，将无信号区域数据信号通过耦合电容器的耦合作用原理转换为载波信号，利用中压电力线传输至有无线公网信号的主机安装地点汇聚，通过耦合电容器将载波还原成数据信号，再经主机处理后转为网络信号，通过多台无线通信模块与网络联通；可实现通讯基站未覆盖的无信号线路，三遥开关及其它智能终端接入应用。

图1 信号盲区智能设备上线方案

2．1．2 方案对比

将中压载波通信方案与其它通信方案从业务架构流向、带宽、传输距离、实时性、可靠性、安全性、成本、技术成熟度等多个角度分析对比，详见表1，得出中压载波通信方案具有较高优势的结论。

表1 中压载波通信方案与其他方案对比

2.2 单相传输方案(基于中压载波的信号盲区硬加密三遥开关集联上线方案)

2．2．1 方案原理及实施方式

如图2所示，在无信号区域安装N台三遥开关，控制器通过载波调制模块(从设备)将数据信号转换为载波信号，再通过耦合电容器的耦合作用原理，在10kV线路上传输载波信号，N台三遥开关的载波信号汇总至首端耦合电容器向下传输，通过载波解调模块(主设备)还原成数据信号，输入通信管理主机，经处理后再输出为网络信号至交换机，交换机下联N台无线通信模块，这些模块需安装在有信号区域，每个模块内插有一张SIM卡，通过硬加密的网络证书实现IP绑定与远端安装在无信号区域的三遥开关一一对应，再在主站数据库中作好载波标记设置，即可实现无信号区域硬加密三遥开关集联应用，上线的N台三遥开关都具备硬加密三遥开关的一切功能，包括遥控、遥信、电度、远方修改定值、召唤录波等。

图2 单相传输方案

2．2．2 单相传输方案实施效果

优点：低成本，该方案一台通信管理主机可使无信号区域安装的多台三遥开关上线，解决信号盲区硬加密三遥开关无法上线的缺点，且具备与普通硬加密三遥开关完全一样的功能。经信号衰减量测算，载波最大传输距离约为20km，一台通信管理主机最大集联量为30台。

缺点：该方案需选择中压电力线三相中的一相，优选B相，断线概率相对小。但是若B相断线，信号将丢失，存在一定的风险，适用于低发断线故障的低负荷线路。

图3 单相传输方案实物图

2.3 三相传输方案(基于中压载波的信号盲区硬加密三遥开关集联上线方案)

2．3．1 方案原理及实施方式

如图4所示，在单相方案基础上，在载波解调模块(主)、载波调制模块(从)处加装三通，分出三相，在三遥开关安装处共装三个耦合电容，首端主机安装处也安装三个耦合电容，即可确保信号在三相中传输，只要没有出现三相全断的情况就可保证信号正常传输。

图4 三相传输方案

2．3．2 三相传输方案实施效果

优点：高稳定性，解决单相方案载波信号受单线路传输限制，安全性不足的缺点，该方案只要不发生三相全断故障，都将保证信号正常上送，可靠性高，适用于重要供电线路或易发断线故障区段。

缺点：成本较高，信号衰减较大，具体承载节点数量和最大传输距离需进行测算，或加装信号增强装置。

2.4 线路断点信号传输方案

2．4．1 方案原理及实施方式

如图5所示，在单相方案基础上，如遇到传输线路中有断路器，在开断情况下，载波传输会中断，如传输线路必须经过断路器，则可在断路器两端各加装一个耦合电容，采用弱电信号线连通，将不影响载波信号传输。该种做法中耦合电容内部具备保护机制，弱电信号线仅能传输弱电信号，经验证不存在安全隐患。

图5 线路断点信号传输方案

2．4．2 断点传输方案实施效果

该方案解决载波传输线路中存在联络开关，开断后信号传输中断缺点，应用后在载波传输线路中有联络开关等线路断点设备，将不影响载波信号传输。

2.5 四种方案集联组网

四种方案基本覆盖了信号盲区的绝大多数应用场景，可针对实际场景功能需求，组合搭配，实现区域范围内信号盲区的智能终端覆盖应用。

3 技术方案验证

2020年10月采用本集联方案的试验设备在闽浙赣三省交界的浦城县湖山线试产。

图6 试产设备安装位置

图7 试产设备现场安装照片

图8 配网调度自动化现场图纸

经验证，本方案切实解决目前电力系统山区配电网中信号盲区的智能化设备(三遥开关等)上线问题。

方案实现了配电网中有电力线的地方即有网络信号，利用中压载波加无线公网信号传输无信号区域安装的三遥开关数据。实现中压载波主机一机带多台从设备(三遥开关)上线。实现在中压载波主机一机带多台从设备(三遥开关)上线的情形下，满足目前最新的三遥开关硬加密通信机制防护要求。

4 技术方案应用价值分析

4.1 经济性

经试点粗算，在偏远山区线路安装的一套设备(按1台通信管理主机带3台从设备计算)成本约为5万元，

将解决3处线路故障点盲区，解决供电所无智能化处置措施、只能依靠人工的问题。信号盲区配电网实现智能终端安装，将提升供电可靠性，提质增效，显著减少供电所人员、车辆占用的运维经济成本。

4.2 安全性

本技术将使信号盲区配电网实现数字化、智能化应用，快速恢复线路供电，减少供电所人工操作，巡线排障工作量，可保留应急力量提升其它线路故障维护能力，并且避免恶劣天气电网员工的工作风险，尤其夜晚巡线，将缓解电力工人线路运维安全压力。

4.3 先进性

中压载波通信技术虽不是新技术，但是结合无线公网，利用手机卡唯一绑定，数据接入配网安全接入区应用，解决一直困扰电网企业的配电网智能化设备应用信号覆盖问题，尚是全国首创。

5 技术方案总结与应用展望

本技术可在极低成本下实现配电网智能化建设摆脱通讯运营商基站掣肘，以载波加无线公网的模式使智能终端设备上线，并且利用电网公司独有的最广阔电力线路网优势，具有显著应用推广优势，不仅可实现信号盲区智能终端集联上线，更为今后山区电网搭建更高层次应用的能源互联网，应用大数据分析等数字化高新技术,打造智能配电网提供可能。