电力数字载波设备检测以及工程验收

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  摘?要 随着电力事业的飞速发展,越来越多的新技术被应用到电力线载波通信技术中,同时,电力数字载波设备也越来越完善。介绍了电力数字载波设备的关键技术,调制调解技术,以及电力载波设备关键技术的应用;阐述了电力数字载波设备语音质量,允许信噪比,乱真输出等技术指标的检测;分析了电力数字载波设备通信工程验收的范围,设备安装的验收以及工程验收的组织与管理。
  关键词 电力数字载波设备;检测;工程验收
  中图分类号 TM73 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0182-02
  作为电力系统中传递数据以及系统语音信号的通信方式,电力线载波由于具有建设成本低,建设周期短等优势,电力线载波无疑是非常重要通信形式之一。其中,数字化电力载波机是目前应用最广的电力数字载波设备。
  1 电力数字载波设备技术概述
  1.1 电力数字载波设备关键技术
  电力数字载波设备当在电力系统载波通道存在各种诸如电晕放电噪声,脉冲型噪声等干扰信号时,通过纠错编码措施,将信号进行低错误率的传输;电力数字载波设备利用高频调制解频技术,使得频率的利用率得到了提高,从而使得在指定的4 kHz,8 kHz等标准频带内,实现数字信号稳定输送;电力数字载波设备利用了自适应均衡技术,通过定时,自动,预制,手动方式,将电力载波通道由于受到电网结构,天气原因,隔离开关以及相邻电力线载波设备通道造成的信号传输失真等问题进行补偿,从而使得信息编码之间的串扰降低;电力数字载波设备由于采用了数字复接技术,因此,能够实现在一定信噪比内的多路数据,语音,图象等信号的传递;电力数字载波设备通过网管技术,储存,记录以及调整包括远程设备,本地设备,载波通信网内的设备的信号;电力数字载波设备利用高速CPLD,ROM,DSP,A/D,SDRAM,D/A,FPGA等大规模集成电路器件的硬件,采用先进的软件无线电技术,从而使得电力数字载波设备的可靠性与稳定性都得到提高。
  1.2 电力数字载波设备调制解调技术
  电力数字载波设备调制解调技术主要包括以下几种形式:①MQAM,多电平正交幅度调制。通常用来进行多电平单载波数字调制,具有两个正交调制信号I以及在半径为A的园内均匀分布呈正方形形式的矢量端点。其调制信号为SQAM(t)=mI(t)cos(wct)+mQ(t)sin(wct);②MPSK,多相位相移键控,作为较为广泛应用的数字调制形式之一,电力数字载波设备的正交调制信号相互依存,是MPSK调制的特征;③TCM,格栅编码调制。作为结合了调制和编码技术的新的调制技术,在差错编码控制时,编码的发送与调制单独进行,同时,在接收时同样分开进行解码与解调。由于TCM将纠错编码和调制解码结合在一起,因此,进行整体设计提高了信号传递的效率。实际工程中,通常采用将QAM和卷积相结合的调制技术;④OFDM,正交频分复用。OPDM核心技术是将预编码串行数据流通过串联或者并联的变化,转变成为若干组低速进行的数据流,同时对频率相同的若干正交子载波调制,调制后,这些指标信号经过重合叠加被送入信号通道,从而完成调制。在整个符号周期中,子载波保持了频谱正交的特征,因此虽然子载波信号存在重叠,但是接收时不会失真。OFDM具有提高信号传输速率,频带利用率高的优势。
  作为常用的数字通信系统调解技术,多电平正交振幅调制的抗噪声能力强,带宽利用率高,尤其是M超过8时,其优越性高于多相位相移键控调制,然而接收端相位,频谱要求严格,电路复杂;在8 kHz,16 kHz,32 kHz等频带比较宽的调解系统中,选择正交频分复用调制技术。随着电力数字载波标准的不断完善,正交频分复用调制方式已经不限制在4 kHz,应用越来越广泛。
  目前,实际工程应用中,基于限制8 kHz或者4 kHz,因此,通常选择QAM和卷积码相结合的格栅编码调制技术。
  1.3 电力数字载波设备关键技术的应用
  目前电力载波通道频带窄,干扰多,对于信号可靠性要求越来越高,电力数字载波设备的关键技术得到在以下方面得到了广泛应用。①电力数字载波语音编码压缩技术的应用。利用电力数字将语音信号进行存储和传输,这样就能够使得信号的存储空间以及信号传输的比特率降低。对数字化的语音信号进行编码技术处理。由于电力数字载波设备不通过语言编码技术,就不能实现多路数据和多路语音的传输,因此,电力数字载波设备中实现多路数据和语音传输的关键是语言编码的压缩。混合编码,波形编码以及参数编码是语言编码压缩技术常用的方式。②电力数字载波设备的自适应均衡技术的应用。由于电路线路结构,相邻频段的设备运行情况,电力线路中开关,以及外界天气都对电力载波通道的传输造成影响,事实上,作为变参数通道,电力载波通道之间存在编码串扰的问题,因此,需要在载波通道接受时进行幅度补偿,通过均衡技术避免编码之间的干扰。时频均衡和频域均衡是均衡技术常用的方式。时频均衡基于时间响应,在系统内造成冲激响应,从而使无码干扰条件得到满足;频域均衡主要是对群延时性以及幅频特征进行矫正。③电力数字载波设备差错控制编码技术的应用。电力载波通道中存在着由于电晕放电造成的白色噪声干扰以及由于雷电,开关操作等突发脉冲引起的干扰噪声。这样就会造成电力载波通道中无码率增加,因此,必须进行纠错编码技术处理。差错控制核心技术为对于传送数据序列的发送端,根据相应的部门规律增加多余的编码,将不相关的数据序列改变成相关数据序列。这样当出现错误时,编码器能够对错误进行自行纠正。④电力数字载波设备回波抵消技术。数字载波通道中采用自适应噪声的对消技术,对回波进行抵消。通过回波抵消,对发端,收端,远端返送的回声干扰等进行有效的消除,从而使得频带的利用率提高。
  2 电力数字载波设备检测
  由于国内外对电力数字载波设备标准尚不十分完善,因此,基于电力数字载波设备的的特征,从语音质量,允许信噪比,乱真输出评价等方面对电力数字载波设备进行检测。   2.1 电力数字载波设备的语音质量
  电力数字载波设备中系统输出的语音质量是衡量通信系统优劣性能的重要指标之一。在电力系统中,电力数字载波设备能够进行调度,维护等传输电话,进行远方信号,符合控制等信号的通信,因此,语音质量无疑是至关重要的。对于通信系统中语音质量的评价主要有清晰度,自然度以及可懂度等指标。通过主观评估以及客观评估的方式,对通信系统的语音质量进行评估。
  根据我国国标GB/T7255-1998单边带电力线载波机语音质量考核方式对传统高压电力载波系统语音质量进行评价,传统的电力线载波机语音评价技术由于评价指标为频带在300 Hz-3400 Hz以及300 Hz-2000 Hz的幅频内,因此不适用于电力数字载波设备语音质量的评价。电力数字载波设备采用的是TCM和QAM相结合的方式,通过压缩不同速度的语音,从而实现了对多级的数字进行滤波,通过回波抵消以及DSP技术对信号进行处理,从而使得系统的可靠性得到了非常大的提升,目前,电力数字载波设备语音质量的评价通过人语自动识别技术。
  2.2 电力数字载波设备的允许信噪比
  实际应用的电力数字载波设备基本都实现了多路复用传输,而系统通道中一旦存在线路噪声大的问题,那么电力数字载波设备的正常工作将受到影响,甚至仅仅进行单路信号的传输,从而使得的电力数字载波设备的资源利用率不高。因此,必须进行明确在数据传输独立和比特差一定时,电力数字载波设备接收机实际接收频带的噪声干扰电平和规定的平均功率电平的最小值,也就是允许信噪比。
  检测允许信噪比时通过高斯白噪声进行测试。检测允许信噪比时如果噪声信号输出电平不能使得电力数字载波设备产生无码,则采用阻抗桥法,把信号直接耦合到载波设备。我国国标中规定,载波设备中电话通路以及远动通路中的允许信噪比是26 dB与16 dB,因此,为了使得载波设备信号传递的可靠性得到保障,将电力数字载波设备的最小信噪比控制在21 dB-26 dB范围内,从而确保电力数字载波设备输出端信号信噪比得到提高。
  2.3 电力数字载波设备的乱真输出
  在电力载波设备的信号输出与质量检测时,电力数字设备的乱真输出是非常重要的指标。当在标准信号的频带之外一个或者几个频率进行功率输出时,如果频率相同,那么信号就按照原始频率进行输出,但是实际中由于线路中存在着各种干扰,因此输出是非线性的,出现了不同频率之间的相互组合,从而造成了通信信号传输的失真。事实上,作为电力数字载波设备整体评价的指标,乱真输出也是对设备调制解调,线路滤波等性能的综合反映。如果电力载波设备的乱真输出不合格,那么就会造成信号还原质量差,从而影响设备的运行,造成非常大的损失。
  对电力数字载波设备的乱真输出进行检验,通常通过在功率放大处将信号处理部分断开,而将两个等幅正弦信号加在功率放大部分之前,在载波输出端进行乱真输出的检测;或者,对载波标准频带之外直接通过频谱分析仪进行乱真信号的检测。目前由于电力数字载波设备的标准尚不完善,因此,大部分电力数字载波机的乱真输出测试通过第一种方式进行;然而,通过直接通过频谱分析仪进行乱真信号的检测更能对设备实际工作情况进行反映,因此,这种方法更加准确,是今后电力数字载波设备乱真输出检测方法的发展方向。
  3 电力数字载波设备通信工程验收
  3.1 电力数字载波通信工程验收范围
  随着我国电网建设的飞速发展,电力建设规模逐渐扩大,工程建设任务日益加重,因此,对电力工程验收的要求也越来越高。当前,我国电力行业载波通信工程的相关标准和规范还不十分完善,基于国家电网对高压数字电力线载波通信工程评估的规定,电力数字载波通信工程验收主要包括验收工程质量是不是达到了设计规范的要求;电力数字载波设备安装,电路设备的技术指标能否达到设计规范的要求;施工部门提交的资料,配件,文件等是否完全及达到要求;设计规定的仪表等是不是齐全。系统完整的验收一套电力数字载波通信工程,对于线路工程施工,线路的隐蔽工程施工等需要进行随时验收,隐蔽工程需要进行记录和拍照;对于其他工程施工则可以采用竣工验收的方式。
  3.2 电力数字载波通信设备安装工程验收
  对于电力数字载波通信设备安装工程的验收,包括了随工验收,预验收以及竣工验收。对设备进行开箱检验,检查设备的安装质量,测试单机的技术指标都在随工验收阶段;检查电力数字载波通信系统的功能,测试系统的技术指标,对工程的文件进行检查则都属于预验收阶段;竣工验收则涵盖了抽查电力载波通信设备安装工程的功能,复核抽测重要指标,移交工程的文件。
  电力数字载波通信设备安装工程竣工验收的文件包括竣工图纸,包括通道设备在内的设备图纸,载波电力接入情况表,载波设备接口设备参数设置记录表;对于远动电路,应该将电路作为工程验收的单位,验收通道工程以及载波通信设备安装工程;验收电力载波设备安装实际电力系统图,实际平面图以及随工程检测的各种记录。
  包括电源设备,通信设备在内的设备接地应该符合国家有关防雷以及过电压安全的标准规范 的规定,而对于新建设的电力通信站通过联合接地装置进行接地。各种接地连接应该符合国家标准的规定,接地体要与接地引线通过焊接的方式进行固定,同时,在焊缝处必须进行防腐设计。
  3.3 电力数字载波通信工程验收组织及管理
  国家相关部门根据国家以及电力行业的相关标准,技术规范书等对电力数字载波通信工程进行验收。电力数字载波通信工程验收的主要内容包括:国家相关主管部门对电力数字载波通信工程的设计实施情况进行批准和审查;对工程的质量和工程的进度进行审查;将电力数字载波通信工程的文件进行归档;进程通信工程验收结论,同时对遗留下的问题进行处理解决。
  对于单项载波通信工程验收,采用随工验收的方式,当施工材料与设备运达现场时,根据电力通信施工工程顺序检查验收工程的质量,进度以及文件。单项载波通信工程应该满足基本完成了设备安装与调试,同时测试结果达到规定要求,工程配套的设施能够正常使用,基本整理完成工程文件;当工程建设试运行结束之后,将工程遗留问题进行处理,整理完成工程文件进行系统性技术指标的复核。电路在工程竣工验收完成后,可以进行
  运行。
  对于电网载波通信工程的验收管理,在电网系统启动调试期间,工程建设方解决新建的载波通信工程问题;通信系统运行前,工程建设方将仪表,设备等各种资料进行移交。电网正式运行时,电力数字载波通信系统也正式工作;电网工程正式竣工后,运行单位负责电力数字载波设备以及各种配备的设备的管理,维护,处理故障等,建设方对故障处理起到协调配合工作。
  4 结束语
  随着我国电力事业的不断发展,越来越多的新技术诸如语音压缩技术,网格编码技术等越来越多的被应用到电力载波通信中。而我国电力载波通信的检验与工程验收标准还有待于完善。电力数字载波设备越来越多的应用到了电网通信中,因此,加强电力数字载波设备的检测与工程验收无疑对于我国电网事业的发展有着非常重要的作用和意义。
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