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低压电力线载波通信技术，指应用于380V电压等级及以下的电力线载波通信技术。载波线路状况极差，主要传输电线上网、用户抄表及家庭自动化的信息和数据。
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基于低压电力线载波通信的电缆防盗系统
基于低压电力线载波通信的电缆防盗系统
针对低压配电电缆屡屡被盗的现状,设计了基于电力线载波通信的电缆防盗系统。该系统分为发送端和接收端,分别安装在电缆的两端。发送端以固定的时间间隔持续发出载波信号,载波信号通过电缆传输,接收端接收两次发送端发出的信号超过一定的时间间隔则认为电缆已被盗剪,系统发出报警信号。电力线载波通信模块采用电力线载波Modem芯片SSC P300,单片机采用的是M68HC11E9芯片。该电缆防盗系统具有较好的应用前景。
电力线载波通信（PowerLineCarrier,简称PLC）于20世纪20年代推出。它的优势主要来源于电力线分布广泛，利用电力线作为通信线路可以减少投资和对线路的维护成本[1]。换言之为了简化布线，可以采用电力线载波通信（PLC）技术传输数据[2]。
因此在很长的时间里，电力线载波在电力系统通信中占有主导地位[3-4]。但是电力线的设计初衷是为了传输电能，作为数据传输通道，其信道特性并不理想[5-6]。文献[7]对低压电力线载波通信信道特性进行了研究和分析。
近年来，随着智能电表和低压电力线载波通信技术的不断发展和成熟，国家电网公司对于电力线载波通信的一次抄表成功率一步步提高。由于低压电力线载波通信本身存在的缺点：不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同、电力线载波信号的衰减极具变化性、电力线存在本身应有的脉冲干扰[8]；大量冲击性负载接入电网中，使得谐波增加[9]，由于频带接近，该谐波直接影响到电力线载波通信的成功率。使得大量台区很难满足国网公司对于一次抄表成功率的要求。
多年来低压电力现场的大量测量数据表明，交流电在过零点附近具有阻抗连续、谐波污染值低、周期和相位稳定等特点，非常适合做载波通信。因此过零点通信被各大载波通信方案厂商所采用，经过大量通信现场的验证也取得了很好的通信效果，一次抄表成功率超过99%，完全满足国网的相关要求。
过零检测电路作为过零点电力线载波通信至关重要的一部分，用来精确检测交流电的过零点，载波通信根据检测到的过零点，将长帧数据分割，在连续多个过零点附近很短的时间片范围内进行数据通信。进而降低由于负载和阻抗不连续、谐波污染等原因引起的载波信号衰减，导致通信不成功。
该过零检测电路必须具备成本低廉、检测准确性高、高稳定性、抗干扰和浪涌能力强等特点才能大量应用在实际低压电网环境中。
1过零检测电路的设计和分析
1.1过零检测电路设计
由于电力线载波通信过零检测部分功耗非常小，载波通信模块又对成本比较敏感，所以采用阻容降压方式为隔离输出和达林顿驱动部分提供稳定可靠的电源。整个过零检测电路完全靠被动器件来准确可靠的完成过零检测功能。该电路具有成本低、占用PCB面积小，抗干扰性强等优点。
本文所设计的过零检测电路如图1所示，分为阻容降压、稳压储能、分压驱动、达林顿驱动和隔离输出五部分，其中R1、C1组成阻容降压电路将220VAC电压降低，经VD1、C2、C3组成的稳压储能电路将电压稳定到5.1V左右，给隔离光耦D1供电，保证其正常导通的同时防止光耦过压击穿。
限流电阻R1、R2可有效防止电力线浪涌电压和浪涌电流引起的光耦D1的误动作，避免输出过零信号误触发，分压驱动部分电阻R3~R8与降压驱动部分VT1、VT2串联，在交流电由负变正的零点处导通，VT1、VT2组成的达林顿管，避免单管集电极电流小，不能正常驱动光耦，隔离输出部分经光耦D1隔离，每个交流周期输出一次过零点信号，作为过零点载波通信的过零参考点。
图1过零检测电路
1.2阻容降压原理分析
阻容降压的核心是电容器。电容器C1的作用就是通过容抗进行限流，将大部分交流电压加在电容两端，达到降压目的。因此，电容器C1会根据负载的不同动态调整电容器和负载两端电压[10]。为防止负载端电压过高，采用稳压管VD1稳压保证电源电压。
电容C1的取值取决于通过电流的大小，当电容C1接到交流电路中时，电容C1的容抗为
式中，XC1为电容的容抗；f为交流电的频率；C1为电容器的电容值。
因此流过阻容降压的电流近似为
式中，IAC为流过阻容降压的电流；XC1为电容的容抗；f为交流电的频率；C1为电容器的电容值；UAC是市电交流电压值。
因此市电有效值220V情况下，1mF电容得到的电流大小为
出于漏电流和安全考虑，C1采用有安规要求的Y电容，鉴于Y电容的电容量普遍偏小，该电路中采用22nF/2kV的Y电容，因此电流大小为
1.3电路触发的过零点与实际过零点时间差分析
稳压储能部分电路首先保证光耦两端电压稳定在5.1V附近，保证光耦D1能够正常导通和截止的同时又防止光耦击穿；电容C2、C3充电后，在光耦D1导通时段内放电保证光耦发光管正常发光。
电路触发的过零点与实际过零点时间差ΔT由达林顿驱动电路晶体管VT1、VT2和光耦D1的导通延时Δt1和电容C2、C3的充电时间Δt2决定。
式中，Δt1由器件本身决定，所以过零检测电路中在确定了C1电容和阻容降压的电流值后，稳压储能部分的电容C2、C3的电容量大小直接影响到过零点电路触发的过零点与实际零点之间的响应时差。该时差可用电容充电原理来估算。电容的数学表达式为
式中，Q为电容储存的电量；C为电容的容值；U为电容两端电压值。
电量公式为
2仿真结果及分析
2.1搭建仿真电路
利用Multisim11.0软件，搭建如图2所示的仿真电路，用虚拟示波器观测220VAC，经光耦D1隔离后输出的过零信号、光耦D1波形。
2.2仿真结果分析
此过零检测电路的输出过零点与实际输入的交流信号波形如图3所示。
阻容降压部分电流测试如图4所示，阻容降压部分电流为
与实际估算值接近。
过零检测电路输出过零点信号与实际交流电的过零点之间时间差ΔT，如图5所示，当C2、C3电容值都为22nF时，根据图中所示，有
由上述仿真可知，该过零检测电路可以在很短的时间差内准确检测到交流信号的过零点。
2.3浪涌电压仿真及结果分析
搭建如图6所示的仿真电路，将浪涌电压与220VAC叠加后输入过零检测电路，观测接入R2和不接入R2两种电路下输出过零点波形。
该仿真过程中，采用表1中所列出的数据来模拟实际电网中的浪涌波形，该浪涌相对正弦波过零点的延迟时间为0.005001s，持续时间为1.2ms，峰值电压为200V。
当电阻R2接入电路中时，过零点输出对于浪涌电压的响应如图7所示。
由图8可知，R2接入电路中时，输入浪涌电压并未引起过零点输出的误触发。
当电阻R2不接入电路中时，过零点输出对于浪涌电压的响应如图8所示，图中黑框部分为过零点误触发。
将过零点输出误触发点放大后波形如图9所示。
由图9中示数可知，误触发信号从下降到2.330V到波形恢复到4.0013V时所经历的时间为144.7ms，且最低电压在1V以内，而常用低速光耦的上升和下降时间均在20ms数量级，所以144.7ms足以导致MCU将该误触发点识别为过零点。
由上述仿真可知，R2电阻可以有效避免输入浪涌电压引起的过零点误触发，同时R1为功率电阻，可以有效吸收上电瞬间的浪涌电流，避免上电瞬间浪涌电流引起的R1电阻炸裂导致的电路损坏（此处不再另做仿真）。
3结论
本文分析了过零检测在电力线载波通信中的必要性，设计了低成本高可靠性的过零检测电路，并通过理论计算和仿真对比，验证了本电路的正确性。
分析和仿真结果表明，该过零检测电路可以迅速有效的检测到交流电的过零点，并有效抵抗电网的浪涌电压和浪涌电流。同时，该电路结构简单，制造成本低，工作性能良好，可靠性高。
目前该电路已广泛应用在电力线载波的过零点通信中，使得使用过零点电力线载波通信的台区一次抄表成功率达到99%以上，完全满足国网对于一次抄表成功率的要求。
来源:《电气技术》杂志
设备是指可供企业在生产中长期使用，并在反复使用中基本保持原有实物形态和功能的劳动资料和物质资料的总称，可分为厨房设备、环保设备、视听设备、洗衣房设备、干洗店设备、医疗设备、机电设备、洗涤设备、涂装设备等。特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器(含气瓶)、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施等。
(1)机械力除尘设备包括重力除尘设备、惯性除尘设备、离心除尘设备等。
(2)洗涤式除尘设备包括水浴式除尘设备、泡沫式除尘设备，文丘里管除尘设备、水膜式除尘设备等。
(3)过滤式除尘设备包括布袋除尘设备和颗粒层除尘设备等
(4)静电除尘设备。
(5)磁力除尘设备。
惯性除尘设备是使含尘气体与挡板撞击或者急剧改变气流方向，利用惯性力分离并捕集粉尘的除尘设备。惯性除尘设备亦称惰性除尘设备。
惯性除尘设备分为碰撞式和回转式两种:前者是沿气流方向装设一道或多道挡板，含尘气体碰撞到挡板上使尘粒从气体中分离出来。显然，气体在撞到挡板之前速度越高，碰撞后越低，则携带的粉尘越少，除尘效率越高。后者是使含尘气体多次改变方向，在转向过程中把粉尘分离出来。气体转向的曲率半径越小。转向速度越高，则除尘效率越高。
惯性除尘设备的性能因结构不同而异。当气体在设备内的流速为10m/S以下时，压力损失在200一1000Pa之间，除尘效率为50%一70%。在实际应用中，惯性除尘设备一般放在多级除尘系统的第一级，用来分离颗粒较粗的粉尘。它特别适用于捕集粒径大于10μm的干燥粉尘.而不适宜于清除粘结性粉尘和纤维性粉尘。惯性除尘设备还可以用来分离雾滴，此时要求气体在设备内的流速以1-2m/s为宜。
生物纳膜除尘设备是近年来在国外开始兴起的除尘设备，运用了当今最先进的生物纳膜技术，通过将BME纳膜喷附在物料表面，最大限度的抑制物料在生产加工过程中产生粉尘。这类除尘技术属于粉尘散发前除尘，相比其他的在生产后除尘，具有很大的优势，使得在物料生产的整个过程中，都能够有效地控制粉尘的散发。破碎过程中产生的粉尘都聚集成细料，最终成为成品料，能增加0.5%-3%的产量，除此之外，还能有效防治PM2.5、PM10污染，符合国家有关环保及节能减排技术政策。相比湿式除尘和袋式除尘来说，生物纳膜抑尘没有水污染，制剂对环境不会产生副作用，不影响成品料品质，投入成本较低，适用于矿山、建筑、采石场、堆场、港口、火电厂、钢铁厂、垃圾回收处理等场所的粉尘污染治理。纳膜除尘已在海外有不同的应用，目前在国内多省市也逐步开始应用。
喷淋式除尘设备是在除尘设备内水通过喷嘴喷成雾状，当含尘烟气通过雾状空间时，因尘粒与液滴之间的碰撞、拦截和凝聚作用，尘粒随液滴降落下来。
这种除尘设备构造简单、阻力较小、操作方便。其突出的优点是除尘设备内设有很小的缝隙和孔口，可以处理含尘浓度较高的烟气而不会导致堵塞。
又因为它喷淋的液滴较粗，所以不需要雾状喷嘴，这样运行更可靠，喷琳式除尘设备可以使用循环水，直至洗液中颗粒物质达到相当高的程度为止，从而大大简化了水处理设施。所以这种除尘设备至今仍有不少企业采用。它的缺点是设备体积比较庞大，处理细粉尘的能力比较低，需用水量比较多、所以常用来去除粉尘粒径大、含尘浓度高的烟气。
常用的喷淋式除尘设备依照气体和液体在除尘设备内流动型式分为三种结构:
(1)顺流喷淋式,即气体和水滴以相同的方向流动
(2)逆流喷淋式,即液体逆着气流喷射
(3)错流喷淋式,即在垂直于气流方向喷淋液体。
气雾式除尘改变了传统意义上的喷淋式除尘设备所引起的体积比较大、除尘能力低、用水量大的缺点，大大提高了除尘效果。
实施重力降尘及水雾压尘，通过压力将液体和气体输送到喷嘴，液体和气体在喷头处混合产生细小的雾化液滴喷出喷嘴外，从而产生直径在1um-10um极小的水雾颗粒，对悬浮在空气中的粉尘进行有效的吸附，快速凝聚成颗粒受重力作用而沉积下来，达到抑制粉尘，改善环境的目的。
系统具有良好的雾化调节功能，可通过改变气体和液体的压力来调整雾化装置，从而达到理想的气体流率与液体流率之比，提供微细液滴尺寸的喷雾。
电除尘设备是火力发电厂必备的配套设备，它的功能是将燃灶或燃油锅炉排放烟气中的颗粒烟尘加以清除，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，这是改善环境污染，提高空气质量的重要环保设备。它的工作原理是烟气通过电除尘设备主体结构前的烟道时，使其烟尘带正电荷，然后烟气进入设置多层阴极板的电除尘设备通道。
由于带正电荷烟尘与阴极电板的相互吸附作用，使烟气中的颗粒烟尘吸附在阴极上，定时打击阴极板，使具有一定厚度的烟尘在自重和振动的双重作用下跌落在电除尘设备结构下方的灰斗中，从而达到清除烟气中的烟尘的目的。由于火电厂一般机组功率较大，如60万千瓦机组，每小时燃煤量达180T左右，其烟尘量可想而知。因此对应的电除尘设备结构也较为庞大。一般火电厂使用的电除尘设备主体结构横截面尺寸约为25~40×10~15m，如果在加上6米的灰斗高度，以及烟质运输空间密度，整个电除尘设备高度均在35米以上，对于这样的庞大的钢结构主体，不仅需要考虑自主、烟尘荷载、风荷载，地震荷载作用下的静、动力分析。同时，还须考虑结构的稳定性。
电除尘设备的主体结构是钢结构，全部由型钢焊接而成，外表面覆盖蒙皮(薄钢板)和保温材料，为了设计制造和安装的方便。结构设计采用分层形式，每片由框架式的若干根主梁组成，片与片之间由大梁连接。为了安装蒙皮和保温层需要，主梁之间加焊次梁，对于如此庞大结构，如何均按实物连接，其工作量与单元数将十分庞大。
按工程实际设计要求和电除尘设备主体结构设计，主要考察结构强度、结构稳定性及悬挂阴极板主梁的最大位移量。对于局部区域主要考察阴极板与主梁连接处在长期承受周期性打击下的疲劳损伤;阴极板上烟尘脱落的最佳频率选择;风载作用下结构表面蒙皮(薄板)与主、次梁连接以及它们之间刚度的最佳选择等等
低成本、高稳定性的低压电力线载波通信过零检测电路设计