杨振敏
（山东大学，山东 济南 250100）
摘要：系统分析了中低压用电管理自动化所涉及的各项技术，指出：实时远程监控技术是基础，通信是目前的技术关键，并提出了问题的解决方案和方法；同时简单介绍了ZDY――2000中低压用电管理综合自动化系统的主要功能特点。
关键词：综合自动化，实时远程监控，电力线载波
1 引 言
我国的电力事业正在快速发展，电力系统的现代化建设取得了巨大成就。高压电网自动化、智能化技术的普及使供电质量明显提高并取得了良好的社会效益和经济效益。实践证明，没有现代化管理设备的支持就没有有力的管理手段，没有有力的手段就不可能进一步提高管理水平，没有较高的管理水平就不能进一步提高电力的社会效益和经济效益。
从目前的状况看，虽然我国的高压电网现代化管理已经取得了长足的进步，但是，电力需求测管理现代化却跟不上时代的步伐。电力需求测管理现代化的主题是实现配网自动化，尽管近几年用电管理自动化搞得轰轰烈烈，呈现出百花齐放、百家争鸣的繁荣景象，但配网的自动化建设却一致没有质的改善。因此现在总结前面的经验教训，讨论、分析制定实现配网自动化的战略决策具有重大意义。
2 综合自动化是必经之路
电力需求测管理的主要对象是配网，配网的主体是中低压电网，是最终用户所在的电网，是电力营销的前沿市场。所谓的管理包括电量管理、电费管理、负荷管理、线损管理、设备管理和服务等多项内容，它是一个涵盖多学科、多领域、多种技术的系统工程。对于这样一个大系统工程要想全面实现现代化、自动化靠目前流行的预付费表、分时计价表、远程抄表等单功能设备和系统是不可能实现的，靠他们的堆砌也是不现实的。实践证明要想全面提高需求测管理水平必须实现用电管理的综合自动化，实现用电管理综合自动化必需有中低压电网实时远程监控做硬件支撑。由于中低压电网结构的复杂性、负荷分布的随机性、负荷的多样性、投资承受能力的局限性和使用环境等原因，使中低压电网实时远程监控成为难题。因此，目前当务之急是解决中低压电网实时远程监控技术，建设中低压电网实时远程监控硬件平台并在此基础上加强软件研究逐步实现需求测管理综合自动化。
4 远程监控的技术关键是通信
近年来随着计算机技术、传感技术、控制技术的发展，电气仪表有了长足的进步，像全电子有功、无功电度表，多功能电子表等成为电力仪表发展史上的一个里程碑。特别是多功能全电子电能计量表，其功能已相当于传统远程监控系统中的远方终端（RTU），“多功能电子表＋一对多通信系统＋计算机” 就是一套远程监控系统。显然目前实现中低压电网远程监控的技术关键是通信平台的建设，只要有一个理想的实时通信平台就不难建成理想的中低压电网实时远程监控系统。但是由于中低压电网结构复杂、用户众多、地域分散、使用条件恶劣、投资承受能力弱给通信平台的建设带来很大的困难，许多成熟的通信方式不宜使用使通信技术成为中低压电网自动化技术发展的瓶颈。
4 通信方式的选择
4.1 中压电网
中压电网远程监控系统对通信的实时性、可靠性、安全性和造价都有较苛刻
的要求。在现有的通信方式中GSM、CDMA方式因实时性达不到要求而失去了应用价值；微波、光纤通信方式因电网投资承受能力不足而不适宜；所以目前多采用的是GPRS方式。但GPRS方式有一下几个问题值得商榷：
4.1.1 安全性问题，中压电网远程监控系统是工业远程监控系统它除了对系统的
稳定可靠性有较高的要求外数据信息的安全性也很重要，因此一般情况下都要求系统有自己的专用通信通道。GPRS是公用通信系统它经常会遇到黑客、病毒、误操作等的攻击而使系统或数据遭到破坏。另外，GPRS系统主权是移动通信公司的，在长期租赁过程中很可能发生经济纠纷，纠纷的处理结果是不可预知的。因此采用GPRS通信方式做中压电网远程监控系统的主通信设备存在严重的安全隐患。
4.1.2 运行费用问题，安现行收费标准每月不超过1M字节15元计，一个拥有
3000台变压器的县级电力公司每年需运行费近56万元（含IP站）。如果按照实时远程监控系统的常规要求运行其数据流量需增加3－5倍，那么每年的运行费用将达160－270万元，很可能出现有效无益的尴尬局面。
4.1.3 覆盖问题，至今移动通信的覆盖也不全，对于一些人口稀少、地形特殊的
地区或地点覆盖不到可能是永久的，它们将使系统永久残缺不全。
4.1.4 可靠性问题，当移动转发台故障或维修时可能造成信号不稳甚至消失导致
系统运行失常甚至瘫痪可能酿成重大事故。
可见选GPRS通信方式做为中压电网远程监控系统的通信平台并不明智，但其他无线方式也不适用，除非自己建造像小灵通一样的无线局域专用网，显然从频谱资源、技术条件和投资能力等方面均不现实。
4.2 低压电网
低压电网是台区电网它的覆盖范围可能是一个农村、一个小区或小区的一
部分，由于它们范围小距离近所以在低压电网自动化建设中人们首先采用了电力线载波通信方式，然而低压电网虽然范围小但用户多、用电器多、用电器的特性也多样，它们对载波呈现的阻抗和产生的杂波严重危害了载波的正常传输，虽然经过扩频、网络协议等改造均未取得全面成功，以至使低压电力线载波的稳定传输成为世界性难题。在这种形式下许多人把眼光投向了其他通信方式，其中最具有代表性的是RS485接口、CMBUS总线、无线以太网三种方式。但是它们仍然存在下列不足：
4.2.1 布线问题，RS485和CMBUS都是布线方式对于楼宇内部的较小系统这两
种方式占据一定的优势但对小区和农村这样的全网系统则其可靠性、安装成本均呈劣势，特别是许多情况下不允许室外布线使有线系统无法建设。
4.2.2 造价问题，无线以太网是亚微波段的近距离通信网，近几年得到普及应用
价格也大幅降低，但是它的频段、作用距离和造价与居民小区和农村均不匹配势必造成网点增加，成本过高。
4.2.3 可靠性问题，无线以太网是按照网络协议由多个一对一转发链路组成的系
统，运行过程中若其中有一个链路节点因故障或其它原因（如被窃、破坏、遮挡等）使信号中断则该网点后的所有网点都将停运。
4.2.4 安全性问题，无线以太网的网点终端体积少、重量轻容易被窃。同时它也
是一个开放系统安全性较差，例如，某一用户完全可以自购一台无线网点模块利用自己家中的计算机而进入用电管理系统。
以上分析可见，到目前为止还没有找到真正适合中低压电网应用的通信方式，这一状况严重制约了中低压电网自动化技术的发展，因此重新审视电力线载波方式可能是一件很有价值的事。
5 电力线载波技术
电力线载波曾是电力系统高压调度管理的主要通信方式，它充分利用电力系统自有的电力线资源建立了自己的专用通信网，它无需运行费用、以最低的造价、最简单的安装、最方便的使用为电力系统的调度管理提供最佳数据传输设备。但是由于中低压电网的结构和负荷性质与高压电网有显著差异，它对载波呈现的阻抗和噪声干扰特性与高压电网大不相同，所以传统的电力线载波设备不能在中低压电网上使用，必须重新研究开发适合于中低压电网特性的新型电力线载波设备方可满足中低压电网的需求。
影响中低压电网电力线载波传输的主要原因如下：
5.1 电力线载波传输遵循长线电波传输理论。在长线电波传输中阻抗匹配对载
波传输至关重要。中低压电网一般情况下都是分路树型结构，每一路母线都有许多分支、T接、交叉、拐弯等，它们会使载波阻抗失配，影响载波的传输。
5.2 中低压电网经常是多种线型（架空明线、地缆、塑包并行线）混装，由
于它们的载波特征阻抗各不相同，所以在两种线型的接点处就形成一个载波阻抗失配点，载波传输将在此产生一次衰落。
5.3 在中压电网中经常会遇到散落在电杆上的分散的无功补偿电容；在低压电
网上经常会遇到网吧、计算机室等电视机、计算机成堆的情况，由于这些用电器集聚在一起对电网呈现的载波总阻抗近似各用电器阻抗的并联值，所以总阻抗可能很低，严重时可能近似短路，载波将被全部吞噬，形成所谓的“载波黑洞”。
5.4 中低压电网是大量用电器直接接入的电网，任何用电器产生的杂波都可能
对电网造成干扰。例如：一台30kW变频电机可给周围电网造成近200V（峰－峰）的杂波干扰，一支7W劣质电子节能灯可对电网造成40V的杂波干扰。因此中低压电网上存在严重的杂波干扰。
对载波来说每个阻抗失配点都对载波产生一次较大衰减，若遇到载波黑洞载波将被全部吞没，与此同时电力线上随机出现的强大杂波干扰也对载波的传输构成巨大的危害使中低压电力线载波技术成为一大难题。
6 解决方法探讨
由5可知，中低压电力载波的传输存在两大障碍：阻抗失配和杂波干扰。因此要想实现中低压电力线载波稳定传输不是单靠改进载波设备能做得到的，必须对电网的载波阻抗和杂波干扰进行整治。经多年的研究和实践，我们采用以下几项简单可行办法取得了较理想的效果。
6.1 最大限度地减少低压电网用电器接入点的数量，把用户电度表适当集中不
但能有效地防止表后窃电以及减少用电器载波阻抗的影响，而且能大幅度降低对用户接点进行载波阻抗整治的成本。
6.2 在低压电网用户表箱进线处加装“阻抗适配滤波器”，它在电网和用户之间
建立了一道隔离墙，不管用户用电器的载波阻抗大小，通过“阻抗适配滤波器”后对电网呈现的载波阻抗是近似恒定的。同时用户产生的杂波干扰也可被大部分滤掉，并且使电网上的杂波和载波也几乎不会到达用户端，因此它不但保证了载波阻抗的稳定匹配而且大幅降低了杂波干扰。
6.3 给10kV电网安装的分散补偿电容加装载波阻波器，以消除补偿电容对载波
传输的影响。
6.4 采用窄带多频点中继技术,仿照移动通信建网模式在10kV母线上建立电力
线载波通信网，以消除线路交叉、分支、拐弯等对载波传输的影响。
多年的实践证明以上4项措施能够保证中低压电网电力线载波的稳定传输，但电力线载波仍存在不足之处，例如，电力线载波适宜架空明线安装对地缆特别是地缆网很勉强。再如电力线载波需在变电站母线出口处安装阻波器，一般说来这种阻波器的体积、重量、造价和安装均不适宜中压电网使用。显然，实现配网自动化的最佳通信方式不应是单一的而应是多种通信方式的组合。
7 通信方式的选择组合
经多年的研究和试验总结经验教训我们认为下列组合比较合理。
7.1 县乡中压电网
县乡中压电网绝大部分都是架空明线，这种电网采用电力线载波＋无线逃
离方式比较合理。这种方式全线采用电力线载波但在每路母线离变电站距离大于1/4载波波长处的变压器或线上安装载波－无线转发终端，通过无线方式与变电站实行信号连接。根据长线理论在离低阻抗点距离超过1/4λ以远的地点长线的载波阻抗不受低阻抗点的影响，所以载波－无线转发终端的载波部分不受母线出口处的低阻抗影响，称之为无线逃离法。该方式不但省掉了阻拨器而且安装简单、使用方便、降低了造价。
7.2 城区中压电网
城区中压电网结构复杂、地缆众多、变化不定，所以不适宜电力线载波的
安装和传输，最适宜的方式当选光纤通讯。
7.3 台区低压电网
台区低压电网分城镇居民小区和农村，对于城镇居民小区当电力进线是以
楼宇为单元时则搂内采用485方式，楼宇到台变之间采用电力线载波；当电力进线直接进单元时则采用电力线载波方式；对农村采用电力线载波方式比较合理。
7.4 数据上传通信方式
7.4.1 电力部们直管低压电网，中大城市居民小区采用光纤通讯、县以下的居民
小区和农村采用10KV电力线载波比较合理。
7.4 机关单位宿舍低压电网
机关事业单位宿舍区经常是多个且分布在市区不同的区域但是独立统一管
理，这种情况下的数据上传方式采用寄生式modem比较合理。所谓寄生式modem是利用有线电话的来电显示功能将数据上传功能寄生在某一用户的电话线上。运行时每次电话modem都对来电号码进行鉴别，当鉴别的结果不是抄表号时modem不动作，当发现是抄表号码时modem抢先摘机，用户电话只响1－2声便停止。这种寄生方式对用户几乎没有任何影响，是一种最经济最方便的方式。
7.4.3 物业小区低压电网
单台变的物业小区不存在数据上传的问题，多台变的物业小区的数据上传
也是近距离的采用无线模块比较适合。
8 目前实现的技术功能
根据前面介绍的方法和措施研制生产的ZDY－2000中低压用电管理综合自
动化系统具备了以下功能：
8.1 远程实时抄表：即时抄表、定时抄表、同步抄表、定时同步抄表。
8.2 遥信、遥测、遥控：运行状态巡捡、运行数据遥测、手动或远动遥控。
8.3 负荷控制：手动控制、动态负荷指标管理，即系统各级终端定时（例如1
小时）将上一级终端发来的负荷指标安优先权分配给下一级各终端，所有10KV台变都控制在负荷指标下运行。当实际负荷超过指标时监控终端将安优先级自动分路断电。
8.4 线损测算：利用同步抄表能实行各级线损的实时测算，若在线路的分支T
接或低压楼宇进线等处加装考核表可实现分段线损实时测算。
8.5 多种收费模式：利用定时同步抄表功能可实现分时计价；利用简单的软件
就可实现预付费、定期付费、超电量变价等多种自动收费功能。这些功能要比单功能分立表好的多，例如，与分时计价表相比它无须定时校表、无须现场更改时段；同预付费表相比它无须买卡、刷卡杜绝了用卡窃电，废除了断电提醒采用自动电话提醒或催缴；定期付费方式象现代通信系统收费方式一样是最合理、最方便的收费方式。
8.6 偷漏电检测：通过总线损、级线损、母线线损的实时测算找出线损异常母
线，再通过分段线损的实时测算找出异常线段，调用异常线段内用户用电历史数据进行分析判断找出窃电点。
8.7 电网检测：经过前面几项措施的整治电网的载波特性是稳定的，载波回波
的幅度也是稳定的，一旦发现某点的回波信号幅度异常则证明该点附近电网有人接线或故障。
9 性价对比
9.1 中压电
模 式 安全可靠性 功 能 覆盖 运行费用 造价 安装费用
光 纤 高 全 × 低 高 高
GPRS 低 不全 不全 高 一般 低
电力线载波
+无线模块
高 全 全 低 一般 低
9.2 低压电网
模 式 安全可靠性 功 能 运行费用 造 价 安装费用
485布线 中 全 低 低 高
普通电线载波 低 不全 低 中 低
无线以太网 低 全 低 高 中
阻抗适配滤波
电力线载波
高 全 低 中 中
阻抗适配滤波电力线载波
+485布线
高 全 低 低 低
9.3 系统优势
系统设计的目标是实时远程监控，实时远程监控系统是实现配网综合自动
化的基础设备，有了这套设备就可根据需求设计各种应用软件实现各种自动化、智能化功能。因此它具有良好的可持续发展性，只有软件升级没有淘汰之说，不会造成重复投资。
10 结束语
中低压用电管理综合自动化是一个特大系统工程，从某种意义上讲它比高压系统更庞大、更复杂、所涵盖的技术领域更广泛、实现难度更大。解决这样一个大难度问题需要电力主管部门统一规划，统一监管，不能无序发展，否则将会造成巨大的经济损失。目前在市场需求的驱动下用电管理自动化市场出现了百花齐放、百家争鸣的繁荣景象，在这种形势下更需电力主管部门认真总结经验、制定战略决策、进行科学导向以保障需求测管理自动化、数字化工作的健康发展。坚信实现配网自动化已为期不远，一个科学、高效、现代化数字电网即将到来。
