摘要：科学、高效、智能化的能源管理和电力调度对于一个人口大国的发展是至关重要的。随着我国科学技术的不断进步，每日冻结电量的抄收已经基本可以达到，然而现有的抄表方式存在着很多的固有缺陷，从而给一些电力工作人员的日常运维和考核指标带来了较大的工作压力以及一些不必要的人员投入和费用支出。而文中提出的新技术塑料光纤抄表的投用将会满足管理部门对自动化水平的需求，它不仅可以缓解抄表人员的劳动强度，降低自然以及环境因素造成的影响，而且具有抄收速度快，抄表实时性好，可扩展功能多等优点。
关键词：日冻结电量；考核指标；塑料光纤抄表；实时性；扩展功能
1.塑料光纤抄表的特点和原理分析
1.1塑料光纤抄表的特点分析
塑料光纤种类繁多，针对不同的应用场合，有不同型号的光纤产品对应，在光纤集抄系统中，采用的是纤芯为1mm，外径为2.2mm的塑料光纤，其纤芯材料为PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），NA（数值孔径）为0.5，光学结构为阶跃型。其优点有：价格便宜、维护成本低、节省铜资源、节能环保；无电磁波辐射、无电噪音影响、搞干扰能力强；重量轻、韧性好、抗振抗裂性强、耐用度高；耦合性好、导光能力强；安装简捷、无需熔焊、可自行任意切割；防水、防潮、防磁、防雷电，适合电力运行环境要求。通过以上对塑料光纤优势的分析，可见在较短距离抄表方案中，光纤集抄是完全适合用于电力抄表的，而且相比其它方案更有优势。塑料光纤（POF）通信组网方式是采用“主站+光纤集中器+光纤电能表”方式。光纤集抄系统的上行信道，支持以太网、GPRS/CDMA以及EPON等多种上行通信方式，下行抄表信道采用塑料光纤作为传输介质。每台光纤集中器最大支持对32个电能表接入及进行数据的采集控制等操作。本组网方式适合于电能表计安装相对集中的台区。
基于塑料光纤的通信技术已经相对成熟，应用于电力信息采集非常合适，塑料光纤抄表的通讯速率可达100Mbit/s，系统响应迅速误码率全频段内小于10-9、抄收一次成功率可保证达到100%；其点抄时间小于 1 秒，不受电磁干扰，信息安全性高；其次质量轻，柔性强，对接快捷，光源可见，可组任意复杂网络结构，开通期短，提高了工作效率；并且它的维护量小，可肉眼进行定位故障，无需过于复杂的分析和技术能力要求；由此可见其有非常高的性价比，具有广阔的市场推广价值。
2.塑料光纤抄表的原理分析
塑料光纤抄表主要分为全光抄表和半光抄表两种。
数据采集系统由电能表、数据采集器和数据集中器组成。集中器与采集器首尾串联起来，构成一个大的环网光纤通讯拓扑网络，采集器与电表之间采用单芯塑料光纤首尾串联起来，构成一个小的环网光纤通讯拓扑网络，如下图的全光抄表。从远程主站发出抄表命令，命令到集中器，集中器发出命令到采集器，采集器开始工作抄收每个电表的信息，其中集中器到电能表间通信均采用塑料光纤。
下图中的集中器与采集器首尾串联起来，构成一个大的环网光纤通讯拓扑网络，采集器与电能表之间采用单芯塑料光纤首尾串联起来，构成一个小的环网光纤通讯拓扑网络。全光抄表的表箱内部接线图，由采集器到电能表之间串联起来，注意发送端与接收端依次连接，构成一个环形回路。
全光网拓扑结构原理图
优点：采集成功率高，实时性好，全网覆盖容量大，故障点排查简单，每个环网相对独立，提高了整个网络的传输可靠性。
下图中的集中器与采集器首尾串联起来，构成一个大的环网光纤通讯拓扑网络，采集器与电表之间采用双绞线（RS485 线）串联起来，实际采集器到电表之间亦是采用 RS485 线进行采集。
半光网拓扑结构原理图
优点：两种模式混合组网覆盖的采集区域增大，克服了远距离传输问题。
塑料光纤抄表的应用和故障维护分析
1.安装位置
1、环网一般以表箱为单位，每个表箱内挂有多只电能表。
2、集中楼宇，表箱内多表。
2.现场施工
2.1 现场勘察
塑料光纤抄表的通讯通道属于物理有线通道，故需要现场布光纤。需要根据现场的情况判断其布线的方案：地下电缆桥架布线，地下掩埋方式布线，高空沿电力线悬空布线等。地下掩埋方式布光纤属于地下布线，考虑到地下环境主要为潮湿、酸碱性物质对线缆表皮的影响，光纤布线需要采用户外通用型光纤。
现场进行光纤布线需要从以下几个方面来确认：确认光纤布线是上述哪种布线的安装环境，再选择相应类型光纤作为准备材料；确认每个电表箱的具体位置，在相关的安装环境之下，确认光纤如何进入电表箱；由于塑料光纤的信号衰减较快，最大传输距离不应超过150米为最佳，故尽量合理排版表箱与表箱之间线路的距离长度；最后生成光纤通讯的网络拓扑结构图。
2.2 现场安装与调试分析
（1）材料、工器具的准备
（2）施工步骤
①根据双芯光纤环网拓扑图，进行双芯光纤的布线工作：具体布线路线根据方案中的双芯光纤环网拓扑图，从集中器处到第一个表箱采集器，中间采集器之间首位串接，从最后一个表箱采集器回到集中器来进行光纤铺设。②安装采集器：在每个表箱处安装一个光收发采集器，把各采集器或与集中器之间的光纤正确接好。③安装集中器：在箱变处安装两台集中器，一台收发，另一台以作备用。取三相电源、及光纤收发端子的连接，安装电话卡等，确认集中器已处于正常带电状态。④安装电表光纤通讯模块，并进行单芯光纤的接线工作，对每个表箱中的电表用电表点切割刀进行小的改动切割，以致能把光表模块安装进去。根据表箱内部的单芯光纤环网拓扑结构图，在每个表箱中安装好电表光纤通讯模块和采集器，并用单芯光纤对电表和采集器进行之间串联起。（注：光纤端子处的接线遵循的上一级绿色发送端子接下一个采集器的蓝色接收端子的原则、集中器亦为蓝绿规则的收发端子。）
（3）调试步骤
①在集中器处输入手动抄表命令，然后依次观察各采集器是否收到信号并转发信号，如果均有收发信号显示，说明双芯光纤的铺设工作完成，能保障通讯；
②用掌机或LME2980PLC测试软件，对采集器进行测量电表电量；（若掌机或测试软件能采集到电表数据，说明采集器与电表之间的光纤通讯正常；若电表电量无法采集，则可能该电表模块故障或采集器到电表的光纤通讯线接线存在问题）。③下行通讯通道均正常之后，手动在集中器处随机输入部分电表数据，再在集中器处手动抄表，若此部分电表均能成功采集，说明采集器的下行采集通讯已能正常工作；④对集中器进行调试，设置区段、IP地址、终端地址、通讯通道等参数的设置；⑤确认集中器已上线，通知营销部门人员上在管理系统上录入所有户表信息，并把户表信息数据导入数据采集系统终端，在数据采集系统终端上把所有户表信息全部下发到集中器，然后执行电量采集的操作，均能把各户表的电量数据成功采集来。
如上图是我们以最高0.6s/次的采集频率进行了100万次不间断通讯测试，100%完全成功。如此高的采集频次及通讯成功率是低压电力载波、RS485总线通讯、微功率无线通讯技术所不能比的。
3 光纤抄表故障维护分析
在光纤抄表项目中，光纤传输方式属于有线通道，其稳定性和抗干扰能力明显优于其他抄表方式。但是，在实际应用中，难免出现一些人为、非人为、有意或者无意的对光纤抄表项目产生不利影响的问题。在大的设备环境正常的情况下，下面，我们列举出光纤抄表项目现场运行中可能出现的问题以及查找和解决办法。
问题一：集中器有某只智能电表采集不到。
问题查找并解决问题的方法：①首先在档案中找出采集不到的电能表具体信息，比如电能表号，所在表箱具体位置，然后在集中器上执行手动全部抄表的命令。②在电能表所在位置查看是否确实有这只电能表（通过电能表地址判断）。如果没有这只电能表，那么可能原因为档案错误，将档案修改就可以了；也可能是现场已经更换了电能表，主站没有把更换后的电能表档案下发到集中器里，只需将新电表档案补充下发到集中器就可以了。（注：一个表箱内，电能表到采集器采用单环连接，如果只有某只电能表采集不到，那么基本可以确定是电能表或者档案的原因）③如果有这只表，查看电能表时间是否正确，如果不正确，需要更换电能表；如果正确，需现场确认485线是否掉落。（注：一个表箱内，电能表到采集器采用单环连接，如果只有某只表采集不到，那么基本可以确定是电能表或者档案的原因。）
问题二：集中器采集不到某个表箱内的所有电能表。
问题查找并解决问题的方法：①：通过失败清单找到采集不到电能表表箱的位置，确定表箱是否停电。②在表箱内没停电的情况下，观察电能表间的光纤线是否连接正常。然后再看采集器的指示灯是否有规律的从左到右依次闪烁。③：确定上述正常后，将采集器上位于右边的绿色光纤接口插头拔出，看看是否有光信号从采集器中发出。如果没有，则是采集器自身出现问题。如果有光信号发出，则把位于右边的蓝色光纤接口插头拔出，查看光纤里面有没有光信号发出。④：如果蓝色光纤头子中没有发出光信号，则问题可能是表箱内电能表间的光纤线没接好，需要重新调整表箱中的光纤线。（注：在调整光纤线插入模块中的位置时，光纤最前端最好是用光纤切割刀将切面切平。）
塑料光纤抄表的可扩展功能分析
1．停电上报功能
基于塑料光纤抄表的停电上报功能，主要是满足管理人员的后台监控和维护，为其提供方便。其功能就是当电能表停电，塑料光纤电能表通讯模块电路上面的超级电容会为其塑料光纤电能表通讯模块提供电源，使电能表失去供电后塑料光纤通讯模块还能正常进行工作。当塑料光纤电能表通讯模块经过自检机制断定电表断电后，塑料光纤电表通讯模块便会自动上报停电信息给集中器，集中器通过GPRS通讯传输给后台，从而实现远程监控功能。
软件设计部分，主要是在塑料光纤电能表通讯模块增加一个断电自检和断电异常上报的功能。当电能表断电，塑料光纤电能表通讯模块会启动自检功能，当断定
电能表断电后，会主动上报该节点的地址和情况给集中器。
（1）台区零散户表停电场景
单表停电事件发生后3分钟内上报至采集主站，停电上报准确率不低于90%。
三相模块电能表，有任何一相停电即上报事件。
终端在等待停电事件收集30s后将停电事件上报主站，停电事件时标统一采用终端的时间。
（2）整台区停电场景
终端检测到终端自身掉电，并在1分钟内接收到3块电表的停电事件，终端立即向主站上报终端停电事件，停电表计信息不上报，表计停电事件ERC56标志位置1，本次上报停电节点数量为0，表示整台区停电。
（3）台区终端停电但用户电能表未停电场景
终端检测到终端掉电事件，但1分钟内未收到超过3块表的停电上报，终端向主站上报终端自身停电事件和终端收到的电表停电事件，不上报整台区停电事件。
2．相位识别功能
基于塑料光纤的通讯快速和准确性来分析出负荷的相位的信息，在光纤通讯中采集终端对台区内的采集单元电压过零点的时间来对采集单元的相位进行判别，确定采集单元的相位，同理采集单元对其下的负荷终端进行判别，最后上至传采集终端来确定负荷终端所在的相位，再通过GPRS通讯传输至后台。
3．汇集抄表功能
基于塑料光纤的通讯快速和准确性，在塑料光纤中的采集中每个采集单元对其所管理的采集点都有明确记录的特性，采集终端下达抄所有采集点的指令后，每个采集单元对其对应的负荷采集，数据返回采集终端，每只采几点的时间为0.04s大大的加快了采集速率。
结语
纵观整篇文章的描述，塑料光纤抄表通过与载波，无线，RS485的抄表方式对比，以及它的施工应用和维护简单，足够看出塑料光纤抄表的优势和前景。通过构建自动抄表系统，确保数据的准确上传，使电力公司和物业管理部门大大提高了工作效率和经济效益，而且从根本上解决了入户抄表收费给用户和抄表人员带来的麻烦，同时也避免了不必要的纠纷。它实现了电能量数据采集成功率高，稳定可靠，抄收成功率100%；实时性好，远程预付费及拉合闸控制等功能操作成功率高；能够第一时间知晓现场换表、撤表，方便主站人员及时采取针对性处理；电表档案的自动搜索识别并主动上报，能够第一时间提示出台区表计档案安装信息与表计实际位置信息可能不一致问题，杜绝登记表计档案信息人为出错的可能；光纤集抄系统各接入通道抄读情况，通过状态控制灯的指示，一目了然，使现场施工排查异常诊断变得非常简单方便。所以值得大力推广。
参考文献：
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[4]杨泽清；；电能信息采集系统中集中器的硬件设计；电力系统自动化；2010年1月
论文作者:孙航,董天强,梁丹丹,张鸷,汤翎艺
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/3
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