ВЧ связь принцип действия

Принцип работы и назначение ВЧ-каналов связи высоковольтных линий электропередач

Канал связи — совокупность устройств и физических сред, передающих сигналы. С помощью каналов сигналы передаются из одного места в другое, а также переносятся во времени (при хранении информации).

Наиболее распространенные устройства, входящие в состав канал: усилители, антенные системы, коммутаторы и фильтры. В качестве физической среды часто используются пара проводов, коаксиальный кабель, волновод, среда, в которой распространяются электромагнитные волны.

Коаксиальный кабель — высокочастотный кабель у которого один из проводов представляет собой полую трубу, полностью охватывающую второй провод. Внутренний провод располагается точно по оси трубы, почему кабель и называется коаксиальным или концентрическим. Чтобы удержать внутренний провод в таком положении, либо пространство между внешним и внутренним проводом сплошь заполняются изоляционным материалом, либо на внутренний провод одеваются отдельные изоляторы.

Поскольку в коаксиальном кабеле все электрические и магнитные поля сосредоточены в пространстве между внешним и внутренним проводом, т. е. внешних полей нет, то потери на излучение ничтожны. Для уменьшения потерь на нагревание металла внутренний провод может быть сделан большого диаметра (поверхность внешнего провода во всяком случае достаточно велика).

Если коаксиальный кабель должен быть гибким, то его внешний провод делается в виде гибкой металлической оплетки и кабель заполняется пластичным изоляционным материалом.

С точки зрения техники связи наиболее важными характеристиками каналов связи являются искажения, которым подвергаются передаваемые по нему сигналы. Различают искажения линейные и нелинейные. Линейные искажения состоят из частотных и фазовых искажений и описываются переходной характеристикой или, что эквивалентно, комплексным коэффициентом передачи канала. Нелинейные искажения даются нелинейными зависимостями, указывающими, как изменяется сигнал при прохождении по каналу связи.

Канал связи характеризуется совокупностью сигналов, которые посылаются на передающем конце, и сигналами, которые принимаются на приемном конце. В случае, когда сигналы на входе и выходе канала являются функциями, определенными на дискретном множестве значений аргумента, канал называется дискретным. Такими каналами связи пользуются, например, при импульсных режимах работы передатчиков, в телеграфии, телеметрии, радиолокации.

Непрерывным называется канал, сигналы на выходе и входе которого представляют собой непрерывные функции. Такие каналы широко используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Дискретные и непрерывные каналы связи широко применяются также в автоматике и телемеханике.

Несколько различных каналов могут использовать одну и ту же техническую линию связи. В этих случаях (например, в многоканальных линиях связи с частотным или временным разделением сигналов) каналы объединяются и разъединяются с помощью специальных коммутаторов или фильтров. Иногда, наоборот, один канал использует нескольких технических линий связи.

Высокочастотная связь (ВЧ-связь) — это вид связи в электрических сетях, который предусматривает использование высоковольтных линий электропередач в качестве каналов связи. По проводам линии электропередач электросетей протекает переменный ток частотой 50 Гц. Суть организации ВЧ-связи заключается в том, что те же провода используются в качестве передачи сигнала по линии, но на другой частоте.

Диапазон частоты ВЧ-каналов связи – от десятков до сотен кГц. Высокочастотная связь организуется между двумя смежными подстанциями, которые соединены линией электропередач напряжением 35кВ и выше. Для того чтобы переменный ток частотой 50 Гц попадал на шины распределительного устройства подстанции, а сигналы связи на соответствующие комплекты связи, используют высокочастотные заградители и конденсаторы связи.

ВЧ-заградитель имеет небольшое сопротивление на токе промышленной частоты и большое сопротивление на частоте каналов высокочастотной связи. Конденсатор связи — наоборот: имеет большое сопротивление при частоте 50 Гц, а на частоте канала связи – малое сопротивление. Таким образом, обеспечивается попадание на шины подстанции исключительно тока частотой 50 Гц, на комплект ВЧ-связи – только сигналов на большой частоте.

Для приема и обработки сигналов ВЧ-связи на обеих подстанциях, между которыми организована ВЧ-связь, устанавливают специальные фильтры, приемопередатчики сигналов и комплекты оборудования, которые осуществляют определенные функции. Ниже рассмотрим, какие именно функции могут реализовываться с применением ВЧ-связи.

Наиболее важная функция – использование ВЧ-канала в устройствах релейной защиты и автоматики оборудования подстанции. ВЧ-канал связи используется в защитах линий 110 и 220кВ – диференциально-фазной защиты и направленно-высокочастотной защиты. По обоим концам ЛЭП устанавливают комплекты защит, которые имеют связь между собой по ВЧ-каналу связи. Благодаря надежности, быстродействию и селективности, защиты с использованием ВЧ-канала связи используются в качестве основных для каждой ВЛ 110-220кВ.

Канал для передачи сигналов релейной защиты линий электропередач (ЛЭП) называется канал релейной защиты . В технике РЗА получили наибольшее распространения три типа ВЧ защит:

дистанционная с ВЧ блокировкой,

В первых двух типах защит по ВЧ каналу при внешнем коротком замыкании передается сплошной сигнал ВЧ блокировки, в дифференциально-фазовой защите по каналу релейной защиты передаются импульсы напряжения ВЧ. Длительность импульсов и пауз примерно одинакова и равна половине периода промышленной частоты. При внешнем коротком замыкании передатчики, расположенные по обоим концам линии, работают в разные полупериоды промышленной частоты. Каждый из приемников принимает сигналы обоих передатчиков. Вследствие этого при внешнем коротком замыкании оба приемника принимают сплошной блокирующий сигнал.

При коротком замыкании на защищаемой линии происходит сдвиг фаз манипулирующих напряжений и появляются интервалы времени, когда оба передатчика остановлены. При этом в приемнике возникает прерывистый ток, используемый для создания сигнала, действующего на отключение выключателя данного конца защищаемой линии.

Обычно передатчики на обоих концах линии работают на одной частоте. Однако на линиях большой протяженности иногда выполняются каналы релейной защиты с передатчиками, работающими на разных ВЧ или па частотах с малым интервалом (1500—1700 гц). Работа на двух частотах дает возможность избавиться от вредного влияния сигналов, отраженных от противоположного конца линии. Каналы релейной защиты используют специальный (выделенный) ВЧ канал.

Существуют также устройства, которые с использованием ВЧ-канала связи, определяют место повреждения линий электропередач. Кроме того, ВЧ-канал связи может использоваться для передачи сигналов оборудования телемеханики, SCADA, САУ и других систем оборудования АСУ ТП. Таким образом, по каналу высокочастотной связи можно осуществлять контроль над режимом работы оборудования подстанций, а также передавать команды управления выключателями и различными функциями устройств РЗА.

Еще одна функция – функция телефонной связи . ВЧ-канал можно использовать для оперативных переговоров между смежными подстанциями. В современных условиях данная функция не актуальна, так как существуют более удобные способы связи между обслуживающим персоналом объектов, но ВЧ-канал может служить резервным каналом связи в случае возникновения чрезвычайной ситуации, когда будет отсутствовать мобильная или проводная телефонная связь.

Канал связи по линиям электропередачи — канал, используемый для передачи сигналов в диапазоне от 300 до 500 кгц. Используются различные схемы включения аппаратуры канала связи. Наряду со схемой фаза — земля (рис. 1), встречающейся наиболее часто благодаря своей экономичности, применяются схемы: фаза — фаза, фаза — две фазы, две фазы — земля, три фазы — земля, фаза — фаза разных линий. ВЧ заградитель, конденсатор связи и фильтр присоединения, используемые в этих схемах, являются оборудованием обработки ЛЭП для организации по их проводам ВЧ каналов связи.

Рис. 1. Структурная схема простого канала связи по линии электропередачи между двумя смежными подстанциями: 1 — ВЧ заградитель; 2 — конденсатор связи; 3 — фильтр присоединения; 4 — ВЧ кабель; 5 — устройство ТУ — ТС; в — датчики телеизмерений; 7 —приемники телеизмерений; 8 — устройства релейной зашиты или (и) телеавтоматики; 9 — АТС; 10 — абонент АТС; 11 — прямые абоненты.

Обработка линий нужна для получения стабильного канала связи. Затухание ВЧ канала по обработанным ЛЭП почти не зависит от схемы коммутации линий. В случае отсутствия обработки связь будет прерываться при отключении или заземлении концов ЛЭП. Одной из важнейших проблем связи по линиям электропередачи является нехватка частот, обусловленная малым переходным затуханием между линиями, имеющими соединение через шины подстанций .

ВЧ-каналы могут использовать для связи с оперативно-выездными бригадами, которые осуществляют ремонт участков поврежденных линий электропередач, ликвидируют повреждения в электроустановках. Для этой цели используют специальные переносные приемопередатчики.

Применяется следующая ВЧ аппаратура, подключаемая к обработанной ЛЭП:

комбинированная аппаратура для каналов телемеханики, автоматики, релейной защиты и телефонной связи;

специализированная аппаратура для какой-либо одной из перечисленных функций;

аппаратура дальней связи, подключаемая к ЛЭП через устройство присоединения непосредственно или с помощью дополнительных блоков для сдвига частот и повышения уровня передачи;

аппаратура импульсного контроля линий.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

ВЧ связь принцип действия

  • Главная
  • Новости
  • Скачать
  • Статьи
  • Форум
  • Видео
  • Регистрация
  • Вход
  • Поиск
  • Добавить чертеж
  • Как добавить видео с youtube
  • Помощь
  • Реклама

Чертежи и проекты

Подразделы

Плавающий

Предлагаем ознакомиться с большим количеством материалов, которые помогут произвести установку различных конструкций. В каталоге представлена продукция множества производителей. Она поставляется в тубах, предназначенных для использования с монтажными пистолетами.

Если мы спросим среднестатистического человека на улице: «Выгодно ли в России, на широте Москвы, построить и эксплуатировать солнечную электростанцию?», он, скорее всего, ответит «НЕТ» и будет, в общем-то, прав. Отсутствие окупаемости связано даже не с относительно высокой стоимостью самих солнечных батарей (панелей)

Если раньше пределом мечты была отдельная квартира с чередой изолированных комнат, то сегодня создатели интерьеров охотно сносят перегородки, наполняя сквозные пространства воздухом и светом.

1. Общие положения

2. Назначение, основные технические характеристики высокочастотных заградителей

3. Устройство и принцип работы высокочастотных заградителей

4. Эксплуатация высокочастотных заградителей

5. Оперативное обслуживание высокочастотных заградителей

6. Охрана труда и пожарная безопасность

Система охлаждения предназначена для отвода тепла, создаваемого потерями энергии работающего АТ-1. Система охлаждения автотрансформатора комбинированная вида М/Д/ДЦ состоит из шестнадцати радиаторов, тридцати двух электровентиляторов, четырех маслонасосов (два рабочих и два резервных), четырех обратных клапанов КОП 150-40.

Инструкция по эксплуатации ДЗШ 110 кВ, УРОВ 110 кВ для оперативного персонала. Что такое ДЗШ в энергетике (электрике).

Работа винтовых насосов основана на вращении ротора в винтовом статоре

Проблема использования добавок для модификации бетонов является многоплановой. В мировой практике в настоящее время нет единой классификации добавок к цементам и бетонам. В разных странах разработаны свои классификационные схемы. В основе этих схем лежит стремление авторов облегчить правильный выбор добавок для бетонов или растворов в соответствии с их назначением.

Интенсификация процесса набора прочности цементных бетонов, как уже было отмечено в статье об гидротации портландцемента, является актуальной темой исследования на данный период времени.

Гидратация портландцемента изучались многими авторами, однако, нет единого мнения по протекающим физико-химическим процессам. Данный вопрос не изучен до конца в связи со сложностью химических реакций и многокомпонентностью продуктов гидратации цемента.

Оборудование ВЛ для обмена командами по ВЧ каналам

Для передачи информации между защитами и автоматикой по концам высоковольтной линии используется канал, созданный для токов высокой частоты по схеме соединения “фаза–земля”.

В составе тракта включается одна фаза действующей ВЛ, которая через конденсаторы связи на подстанциях соединяется с землей для создания замкнутого контура ВЧ токам.

Наиболее часто на линии используют две удаленные фазы “А” и “С” для передачи по одной из них с подстанции команд частоты №1, а по второй – приема на частоте №2.

Схема подключения ВЧ аппаратуры к высоковольтной линии

Устройство и назначение канала ВЧ связи. На каждой подстанции устанавливаются передатчики и приемники высокочастотных сигналов. В данном случае современная аппаратура ВЧ приемопередатчиков выполнена на микропроцессорной базе терминалов ETL640 v.03.32 копании АВВ.

Для обработки сигналов на каждой частоте изготавливается свой приемопередатчик. Поэтому для одной подстанции требуется 2 комплекта терминалов, настроенных на одновременное принятие и передачу сигналов по разным фазам ВЛ.

Подключением ВЧ приемопередатчика к ВЛ занимается специальная аппаратура, отделяющее высокое напряжение от слаботочного оборудования и создающая магистраль для передачи ВЧ сигналов. Ее комплектуют:

— высоковольтным конденсатором связи (КС); — фильтром присоединения (ФП); — высокочастотным заградителем (ВЗ); — ВЧ кабелем.

Назначение высоковольтного конденсатора связи состоит в надежном изолировании от земли транспортируемых по ВЛ мощностей с промышленной частотой и пропускании через себя высокочастотных токов.

На фотоснимке рассматриваемой линии установлено 3 конденсатора с ФП в каждой фазе. Они используются для связи с оборудованием дальнего конца линии в целях:

1. Передачи команд РЗ и ПА; 2. Приема команд РЗ и ПА; 3. Работы ВЧ аппаратуры службы связи.

Для отделения ВЧ сигнала от высоковольтного оборудования подстанции в фазный провод ВЛ высокого напряжения монтируется ВЧ заградитель. который ограничивает величину потерь ВЧ сигналов через параллельные контуры.

Сквозь него хорошо проходят токи промышленной частоты и не пропускаются высокочастотные. ВЗ состоит из реактора (силовой катушки), пропускающего рабочий ток линии, и элементов настройки, параллельно подключенных с реактором.

Для согласования параметров входных сопротивлений ВЧ кабеля и линии используется фильтр присоединения, который выполняется моделью воздушного трансформатора с отпайками от обмоток, позволяющих выполнять необходимые регулировки. ВЧ кабель соединяет фильтр присоединения с приемопередатчиком.

Высокочастотные приёмопередатчики (ETL640), назначение. Приёмопередатчики типа ETL640 (ПРМ/ПРД) предназначены для передачи и приема ВЧ сигналов в виде команд, формируемых релейной защитой (РЗ) и противоаварийной автоматикой (ПА) на противоположный конец ВЛ.

Проверка исправности ВЧ канала. Сложное оборудование тракта ВЧ передачи располагается на расстояниях в сотни километров, требует контроля и поддержания его целостности. Приёмопередатчики ETL640 по концам ВЛ постоянно в обычном режиме эксплуатации обмениваются (осуществляют передачу/приём) сигналами контрольной частоты.

При уменьшении сигнала по величине или изменении его частоты сверх допустимых пределов срабатывает сигнализация неисправности. После восстановления работоспособности приёмопередатчик в автоматическом режиме возвращается к нормальному режиму работы.

Обмен сигналами. Передача и прием сигналов производится на выделенных частотах, к примеру:

— комплекс на фазе “А”: Тх: 470 + 4 кГц, Rx: 474 + 4 кГц; — комплекс на фазе “С”: Тх: 502 + 4 кГц, Rx: 506 + 4 кГц.

Аппаратура ETL640 предназначена для круглосуточной постоянной работы в условиях отапливаемых ОПУ.

Прием и передача команд. Терминалы №1 и №2 комплексов ETL640 принимают и передают по 16 команд от РЗ и ПА.

Команды приемопередатчиков ETL640. Типовые команды приемопередатчика любого комплекса ETL640 могут иметь вид:

1. Отключение 3-х фаз ВЛ-330 кВ с дальнего конца ВЛ без контроля с запретом ТАПВ и пуском от УРОВ или ЗНР комплекса №… REL-670;

2. Отключение 3-х фаз ВЛ-330 кВ с дальнего конца ВЛ с контролем измерительными органами Z3 ДЗ и 3-й ступени НТЗНП комплекса №… защит REL670 без запрета ТАПВ и пуском от фактора 3-х фазного отключения комплекса №… защит REL;

3. Телеускорение ДЗ с действием на одно или 3-х фазное отключение ВЛ-330 кВ с дальнего конца ВЛ, с контролем параметров ступени Z3 ДЗ комплекса №… защит REL670 с ОАПВ/ТАПВ и пуском от ступени Z3 ДЗ комплекса №… защит REL-670;

4. Телеускорение НТЗНП с действием на одно или 3-х фазное отключение ВЛ-330 кВ с дальнего конца ВЛ с контролем параметров ступени Z3 НТЗНП комплекса №… защит REL670 с ОАПВ/ТАПВ и пуском от измерительного органа 3 ступени НТЗНП комплекса №… защит REL670;

5. Фиксация отключения линии со своей стороны ВЛ и действием в схему логики АФОЛ комплекса №… защит РЗА. Пуск от выходного реле схемы логики АФОЛ комплекса №… защит РЗА при отключении линии со своей стороны;

6. III очередь ОН, действующая на пуск: — 5-й команды АКАП прд 232 кГц ВЛ №…; — 2-й команды АКПА прд 286 кГц ВЛ №…; — 4-й команды АНКА прд 342 кГц ВЛ №….

7. Фиксация включения линии со своей стороны и действием в схему логики АФОЛ комплекса №… защит РЗА ВЛ с пуском от выходного реле схемы логики АФОЛ комплекса №… защит РЗА ВЛ-330 при включении со своей стороны;

8. Пуск от 1-й ступени схемы САПАХ … с запуском: — 6-й команды АНКА прд 348 кГц ВЛ №…; — 4-й команды АКАП прд 122 кГц ВЛ №….

9. 3-я очередь отключения нагрузки с действием …

Каждая команда формируется для конкретных условий ВЛ с учетом ее конфигурации в электрической сети и эксплуатационных условий. Выходные реле ВЧ аппаратуры и переключающие устройства расположены в отдельном шкафу.

Цепи сигнализации ВЛ. Сигнализация терминалов. На лицевой панели терминалов расположено 3 светодиода, отражающих состояние самого устройства REL670 и 15 светодиодов, указывающих на срабатывания защит, неисправности и состояние оперативных переключателей.

Светодиоды терминалов REL670 (защита 1-го и 2-го комплексов) и REC670 (автоматика и УРОВ 1-го и 2-го комплекса В1 и В2) первых шести номеров имеют красную окраску. Светодиоды с номерами от 7 до 15 имеют желтый цвет.

Светодиоды статусной индикации. Над блоком ЖКД терминалов REС670 и REL670 вставлены 3 светодиодных индикатора “Ready”, “Start” и “Trip”. Для обозначения разной информации они светятся разным цветом. Зеленый цвет индикатора обозначает:

— работу устройств — устойчивым свечением; — внутреннее повреждение — миганием; — отсутствие питания оперативного тока — затемнением цвета.

Желтый цвет индикатора обозначает:

— пуск аварийного регистратора — устойчивым свечением;; — нахождение терминала в тестовом режиме — сопровождается миганием.

Красный цвет индикатора обозначает выдачу команды аварийного отключения (устойчивое свечение).

Таблица светодиодной сигнализации в терминале REL670

Таблица светодиодной сигнализации терминала REС670

Сброс и опробование сигнализации. Сброс сигнализации, счетчиков учета приема и передачи ВЧ команд и информации по зонам ДЗ и НТЗНП для терминала производится от нажатия на кнопку SB1 (сброс сигнализации) на передней стороне шкафа.

Для опробования светодиодов терминалов REL670 (REС670) требуется нажать и удерживать дольше 5 секунд кнопку SB1.

Общепанельная световая сигнализация. С лицевой стороны шкафов REС670 находятся лампы: — HLW – работы АПВ, ЗНФ, УРОВ; — HLR2 – неисправность комплексов автоматики и УРОВ В-1или В-2.

С лицевой стороны шкафов REL670 находятся лампы: — HLW – работы защит; — HLR1 – комплекс защит выведен; — HLR2 – неисправность комплексов защит.

С лицевой стороне шкафов ETL находятся лампы сигнализации: — HLW1 – неисправность ETL 1-го комплекса; — HLW2 – неисправность ETL 2-го комплекса.

Перспективы развития оборудования воздушных ЛЭП. Проверенные временем воздушные выключатели для высоковольтных ЛЭП постепенно вытесняются современными элегазовыми конструкциями, которым не требуется постоянная работа мощных компрессорных станций для поддержания давления воздуха в баках и воздушных магистралях.

Громоздкие аналоговые устройства РЗА и ПА для высоковольтного оборудования, требующие пристального внимания со стороны обслуживающего персонала, заменяются новыми микропроцессорными терминалами.

Системы высокочастотной связи в современной электроэнергетике

Разделение вертикально интегрированной структуры постсоветской электроэнергетики, усложнение системы управления, увеличение доли выработки электроэнергии малой генерации, новые правила подключения потребителей (сокращение сроков и стоимости подключения) при этом повышение требований к надежности энергоснабжения влечет за собой приоритетное отношение к развитию систем телекоммуникаций.

В энергетике применяется множество типов связи (порядка 20-ти) различающиеся по:

  • назначению,
  • среде передачи,
  • физическим принципам работы,
  • типу передаваемых данных,
  • технологии передачи.

Среди всего этого многообразия выделяется ВЧ связь по высоковольтным линиям (ВЛ) электропередачи, которая в отличие от остальных видов создавалась специалистами-энергетиками для нужд самой электроэнергетики. Оборудование прочих видов связи, изначально созданное для систем связи общего пользования, в той или иной степени, адаптируется к потребностям энергокомпаний.

Сама идея использования ВЛ для распространения информационных сигналов возникла при проектировании и строительстве первых высоковольтным линий (так как строительство параллельной инфраструктуры для систем связи влекло существенное удорожание), соответственно, уже в начале 20-х годов прошлого века вводятся в работу первые коммерческие системы ВЧ связи.

Первое поколение ВЧ связи было больше похоже на радиосвязь. Присоединение передатчика и приемника высокочастотных сигналов выполнялось с помощью антенны длинною до 100 м, подвешиваемой на опоры параллельно силовому проводу. Сама же ВЛ, являлась направляющей для ВЧ сигнала — в то время, для передачи речи. Антенное присоединение еще долго применялось для организации связи аварийных бригад и на железнодорожном транспорте.

Дальнейшая эволюция ВЧ связи привела к созданию оборудования ВЧ присоединения:

  • конденсаторов связи и фильтров присоединения, что позволило расширить полосу передаваемых и принимаемых частот,
  • ВЧ заградителей (заградительные фильтры), что позволило снизить влияние устройств подстанции и неоднородностей ВЛ на характеристики ВЧ сигнала до приемлемого уровня, и соответственно, улучшить параметры ВЧ тракта.

Следующие поколения каналообразующей аппаратуры стали передавать не только речь, но и сигналы телеуправления, защитные команды релейной защиты, противоаварийной автоматики, позволили организовать передачу данных.

Как отдельный вид ВЧ связь сформировалась в 40-ые, 50-ые годы прошлого столетия. Были разработаны международные стандарты (МЭК), руководящие указания для проектирования, разработки и производства оборудования. В 70-ые годы в СССР силами таких специалистов как Шкарин Ю.П., Скитальцев В.С. были разработан математические методики и рекомендации расчета параметров ВЧ трактов, что существенно упростило работу проектных организаций при проектировании ВЧ каналов и выборе частот , повысило технические характеристики вводимых ВЧ каналов.

До 2014 года ВЧ связь официально была основным видом связи электроэнергетики в Российской Федерации.

Появление и внедрение волоконно-оптических каналов связи, в условиях широкого распространения ВЧ связи, стало взаимодополняющим фактором в современной концепции развития сетей связи электроэнергетики. В настоящее время актуальность ВЧ связи остается на прежнем уровне, а интенсивное развитие и существенные инвестиции именно в оптическую инфраструктуру способствуют развитию и образованию новых сфер применения ВЧ связи.

Неоспоримые преимущества и наличие огромного положительного опыта применения ВЧ связи (почти 100 лет) дают основания полагать, что направление ВЧ будет актуально как в ближайшей так и в отдаленной перспективе, развитие же данного вида связи позволит решать как текущие задачи, так и способствовать развитию всей электроэнергетической отрасли.

Высокочастотная связь по линиям электропередачи

Для обеспечения телефонных переговоров персонала электросетевых бригад с базой сетей и друг с другом используются ультракоротковолновые радиостанции, мобильная телефонная связь и каналы высокочастотной связи по проводам или тросам линий электропередачи. Последние позволяют, кроме того, обеспечивать путем вторичного уплотнения передачу сигналов телемеханики, релейной защиты и автоматики.

Организация высокочастотной (на частоте 40. 500 кГц) связи по линиям электропередачи требует значительно меньших капитальных затрат по сравнению с другими линиями связи (проводных или кабельных).

Высокочастотная аппаратура подразделяется на телефонные установки, установки для каналов релейной защиты, каналов системной и противоаварийной автоматики, установки для передачи аварийной и предупредительной телесигнализации.

Высокочастотная аппаратура подключается через устройства присоединения к проводам высокого напряжения или тросам воздушной линии по схеме фаза — земля, для которой требуется минимальное количество элементов аппаратуры обработки и присоединения. К основным устройствам для присоединения высокочастотной аппаратуры к проводам линии относятся высокочастотные заградители, конденсаторы связи, фильтры присоединения и высокочастотный кабель (рис. 1.13).

Устройства, размещаемые на конечных пунктах, называются высокочастотными постами, а на транзитных подстанциях, повышающих уровни передачи без изменения характера модуляции, — высокочастотными усилителями.

Дистанционный усилительный пункт состоит из нескольких зданий и 45-метровой радиомачты для организации связи. Электроснабжение пункта осуществляется от воздушных линий напряжением 10 кВ или от собственных дизель-генераторов.

Телефонные каналы связи обычно уплотняются каналами для передачи сигналов телемеханики, занимающими верхнюю часть спектра частот.

Рис. 1.13. Организация высокочастотной связи:

  • 1—3 — шины концевых подстанций; 2 — шины транзитной подстанции;
  • 4 — высокочастотный заградитель; 5 — конденсатор связи; 6 — фильтр присоединения; 7—абонентский высокочастотный пост (контролируемый пункт); Я—главный высокочастотный пост (дистанционный усилительный пункт); 9 — высокочастотный кабель

Проектирование высокочастотного тракта состоит из следующих этапов:

  • • определение пунктов установки оконечной аппаратуры канала и пунктов, в которых необходимо выделить телефонные каналы и каналы телемеханики:
  • • выбор типов элементов обработки и присоединения и расчет их параметров;
  • • расчет ожидаемого затухания тракта и неравномерности затухания в полосе рабочих частот.

Заградители применяются для ослабления влияния шунтирующего действия шин и ответвлений линии на высокочастотный тракт канала уплотнения линии, а также для заземления изолированных тросов, по которым организована высокочастотная связь.

К грозозащитным тросам заградители подключаются параллельно. В рабочий провод линии заградители врезаются последовательно между шинами подстанции и точкой подключения конденсатора связи.

Высокочастотные заградители состоят из силовой катушки и элемента настройки, которые образуют колебательный контур, обеспечивающий необходимое резонансное сопротивление в заданной полосе частот.

Выбор высокочастотных заградителей производится по параметрам линии электропередачи (номинальный рабочий ток; установившееся значение силы ударного тока короткого замыкания линии) и по полосе частот А[, которую должен запереть заградитель, т.е.

где /ном з — номинальный длительный ток, прохождение которого через силовую катушку не вызывает ее перегрева; /ном ч — максимальный рабочий ток в линии; /ном т — номинальный ток термической стойкости заградителя, т.е. ток, который заградитель может выдержать без повреждений в течение времени Л равного 1 с; /уст — установившийся ток короткого замыкания в месте подключения высокочастотного заградителя; /дин — ток динамической стойкости заградителя; т.е. амплитуда максимально допустимого тока, характеризующего динамическую стойкость заградителя; /уд к 3 — ударный ток короткого замыкания; А/— полоса заграждения;./^,/| — соответственно верхняя и нижняя границы полосы заграждения.

Полосой активного заграждения называется полоса частот, в пределах которой активная составляющая сопротивления заградителя больше определенного заданного значения.

При выборе заградителей по токовым параметрам и полосам заграждения следует иметь в виду, что заградители могут соединяться параллельно и последовательно.

В типе высокочастотного заградителя (ВЗ) указывается его номинальный ток в амперах и индуктивность в миллигенри, например ВЗ-1000-0,6.

Конденсаторы связи выбираются по рабочему напряжению линии электропередачи. Они бывают с масляной пропиткой (тип СМ), с масляной пропиткой в металлическом корпусе (тип СММ), с масляной пропиткой с расширителем (тип СМР), с масляной пропиткой и изолирующей подставкой (тип СМИ) и т.д. Конденсаторы выпускаются в основном в цилиндрических оребренных фарфоровых корпусах на номинальное напряжение от 15 до 188 кВ. Поэтому для напряжений 35 кВ и выше может быть выбран комплект из последовательно соединенных элементов конденсаторов. В типе конденсатора связи указывается его номинальное напряжение в киловольтах и номинальная емкость в нанофарадах, например СММ-20/Тз-107.

Для присоединения к линиям напряжением 10. 750 кВ рекомендуется применять следующие конденсаторы: СММ-20/VI-35 (для линий напряжением 10 кВ); CM-66/VI-4,4 (для линий

35 кВ); СМ-110/VI-6,4 (шля линий ПО. 220 кВ); СМ-166/У1-14 (для линий 330. 750 кВ). Количество указанных конденсаторов в делителе: 1 — для линий напряжением 10. 110 кВ: 2, 3, 7 — для линий напряжением 220, 330, 750 кВ соответственно.

Выбор типа фильтра присоединения зависит от емкости конденсатора связи и частот, на которых осуществляется связь. Фильтр присоединения предназначен для присоединения аппаратуры связи и телемеханики к линиям через конденсаторы связи.

Высокочастотный кабель, используемый для соединения высокочастотных постов с фильтром присоединения, должен быть одножильным.

Если возникает необходимость присоединения высокочастотной аппаратуры связи в любом месте трассы линии, то для этого могут быть использованы антенные устройства присоединения (изолированный участок грозозащитного троса; провод, подвешенный на временных опорах вблизи от проводов линии; изолированный проводник, прокладываемый по земле под проводами воздушной линии). Длина антенны должна составлять от 0,25 до 0,125 длины волны, на которой осуществляется связь. При частоте 500 кГц длина волны равна 0,6 км, а длина антенны должна быть не менее 75. 150 м.

Необходимость использования грозозащитных тросов линий электропередачи для организации каналов высокочастотной связи обусловлена тем, что с повышением номинального напряжения линии качество связи по проводам линии ухудшается из-за помех, вызываемых коронированием проводов и существенным затуханием высокочастотного сигнала, невозможностью ремонта устройств связи без отключения линии, а также нарушением работы высокочастотной связи при внезапных и плановых отключениях линии.

Использование проводящих одиночных или расщепленных на два (для увеличения количества каналов связи с расстоянием между расщепленными тросами 400 мм) грозозащитных тросов для организации каналов высокочастотной связи позволяет получать большее количество каналов, повышать надежность их работы, снижать стоимость и улучшать качество указанной связи, т.е. уменьшать уровень высокочастотных и радиопомех от короны (на тросах более низкая напряженность поля короны) при более низком километрическом затухании, чем при организации связи по фазным проводам линии.

При расщеплении тросов на два и соединении их между собой с помощью изолирующих дистанционных распорок напряженность на поверхности троса оказывается ниже допустимой по условию ограничения короны, т.е. ниже 33. 34 кВ.

Стоимость высокочастотной обработки линий для присоединения устройств связи к проводящему тросу снижается в связи с возможностью применения передатчиков меньшей мощности, так как при передаче высокочастотных сигналов по проводящим грозозащитным тросам уменьшается линейное затухание сигнала и снижается уровень помех при его прохождении. Кроме того, ремонт устройств связи, присоединенных к грозозащитным тросам, может производиться без отключения линии, что невозможно в случае присоединения их к проводам действующей электропередачи.

Все участки троса, используемые для высокочастотной связи, должны быть связаны между собой через достаточно малое сопротивление, а тросы на всех опорах должны быть изолированы от земли. При этом уровень изоляции должен быть достаточным для предотвращения ее перекрытия в нормальном режиме работы линии и восстановления электрической прочности изоляции после ликвидации аварий.

При заземлении троса по обоим концам линии через небольшое индуктивное сопротивление высокочастотных заградителей значительный ток электромагнитной индукции имеет место лишь вблизи концов участка линии, где сказывается активное сопротивление цепи замыкания троса на землю. При такой схеме подвески в контурах трос — земля и трос — трос в нормальном режиме работы линии возникают значительные токи, которые вызывают потери энергии в активном сопротивлении тросов. Необходимо отметить, что здесь наблюдается уменьшение реактивного сопротивления нулевой последовательности линии передачи, а следовательно, увеличение силы тока однофазного короткого замыкания на линии. Это объясняется тем, что токи, проходящие по контуру трос—земля, а именно, трос — за- землитель (небольшое индуктивное сопротивление высокочастотного заградителя в конце участка — земля — сопротивление высокочастотного заградителя на другом конце участка — трос), как во вторичной обмотке трансформатора, вызывают размагничивание, обусловливающее уменьшение результирующего магнитного потокосцепления с фазными проводами.

Увеличение силы тока однофазного короткого замыкания необходимо учитывать при выборе коммутационной аппаратуры линии. Для снижения степени затухания высокочастотного сигнала при его передаче по тросам на большие расстояния вместо обычных одиночных или расщепленных на два сталеалюминиевых проводов в последнее время применяются биметаллические провода, выполненные, например, из алюмовелда, состоящего из стальных проволок, покрытых слоем алюминия толщиной 0,2. 0,3 мм. Такой трос обладает улучшенными высокочастотными характеристиками, требует меньшего расхода алюминия, имеет меньшую массу и более высокую прочность по сравнению со сталеалюминиевыми проводами.

Дальнейшее повышение эффективности высокочастотной связи в настоящее время нашло свое отражение в том, что внутрь грозозащитного троса, выполненного из алюмовелда, встраивается волоконно-оптическая линия связи.

Снятие электростатического потенциала с тросов, используемых в качестве каналов высокочастотной связи, осуществляется специальным запирающим устройством, входящим в состав аппаратуры.

ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ И РАБОТЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ЧАСТИ ЗАЩИТЫ

Канал токов высокой частоты. Высокочастотный канал представляет собой электрическую цепь, по которой проходят сигналы ВЧ. На рис. 13.6 показан ВЧ-канал по схеме фаза-земля, при котором ток ВЧ проходит по одному из проводов ЛЭП и возвращается по земле. На каждом конце ЛЭП устанавливаются высокочастотные аппараты (ВЧА) 1, состоящие из передатчика ГВЧ, генерирующего сигналы ВЧ, и принимающего их приемника ПВЧ. Выходная цепь ВЧА подключается одним зажимом к земле, а вторым к проводу ЛЭП через ВЧ кабель 2 фильтр присоединения 3 и высоковольтный конденсатор связи 4. По концам ЛЭП, используемой для передачи токов ВЧ, устанавливаются заградители 5, запирающие выход токам ВЧ за пределы ЛЭП.

Рис. 13.6. Принципиальная схема высокочастотного канала

Часть энергии, генерируемой передатчиком, теряется в элементах канала, т. е. в кабеле, фильтрах присоединения, конденсаторах связи, проводах защищаемой ЛЭП, и уходит через заградители. Поэтому ВЧ-передатчик должен с некоторым запасом перекрывать потери в канале, обеспечивая достаточный уровень мощности ВЧ-сигнала, поступающего на приемник противоположного конца. Потери энергии, происходящие при передаче ВЧ-сигнала (рис. 13.7), называются затуханием и условно характеризуются величиной а, измеряемой в децибелах (дБ):

— где Рвх — мощность на входе рассматриваемого канала (в начале элемента); Рвых — мощность, получаемая на его выходе.

Ранее в качестве единицы затухания использовался непер (Нп) (1 дБ = 0,115 Нп).

Элементы высокочастотного канала . Конденсатор связи 4 (рис. 13.6) предназначен для присоединения поста к ЛЭП ВН. Сопротивление конденсатора ХC = 1 / 2 п f С зависит от частоты проходящего через него тока. Для токов промышленной частоты 50 Гц оно велико (порядка 1 200 000 Ом), поэтому ток утечки весьма мал. При высоких частотах f >50 кГц сопротивление Хс резко уменьшается. Отечественная промышленность выпускает бумажно-масляные конденсаторы типа СМР-55 / на корень из трёх = 0,044. Они изготавливаются в виде элементов, рассчитанных на рабочее напряжение фазы 32 кВ и имеющих емкость элемента 4400 пф. На ЛЭП 110 кВ устанавливается два таких элемента, соединяемых последовательно, на ЛЭП 220 кВ — четыре. Для ЛЭП 500 кВ выпускаются конденсаторы типа СМР-133 / на корень из трёх = 0,0186; на таких ЛЭП устанавливается четыре элемента.

Высокочастотный кабель 2 (рис. 13.6). В качестве ВЧ-кабеля используется одножильный кабель типа РК (например, кабель РК-75-7-16 имеет волновое сопротивление 75 ± 3 Ом, затухание 0,09 нП/м при 100 кГц).

Фильтр присоединения 3 (рис. 13.6) согласовывает (уравнивает) входные сопротивления кабеля с входным сопротивлением ЛЭП, соединяет нижнюю обкладку кабеля связи с землей, образуя таким образом замкнутый контур для токов ВЧ, и компенсирует емкость конденсатора связи, что позволяет уменьшить до минимума сопротивление конденсатора для токов ВЧ.

Фильтр присоединения представляет собой воздушный трансформатор с отпайками, позволяющими менять самоиндукцию его обмоток и взаимную индукцию между ними. В цепи обмотки L1 выключен конденсатор связи С, а в цепи обмотки L2 — конденсатор С2 фильтра. Фильтр присоединения свободно пропускает токи только в определенном рабочем диапазоне частот. При этих частотах затухание фильтра относительно мало, а за пределами рабочих частот резко возрастает.

Промышленностью выпускается несколько типов фильтров присоединений (ОФП-4, ФП, ФПУ и др.) на частоты от 32 до 800 кГц для ЛЭП всех классов напряжений. Параллельно обмотке фильтра включается разрядник Р. При пробое конденсатора связи и перекрытии его изоляции разрядник срабатывает и создает надежный путь для отвода в землю токов КЗ.

Заградитель 5 (рис. 13.6) преграждает выход токов ВЧ за пределы ЛЭП. Сопротивление заградителя Zзагр зависит от частоты. Для токов ВЧ, передаваемых по данному каналу, Zзагр велико, а для токов промышленной частоты оно очень мало.

Рис. 13.8. Высокочастотный заградитель:
a — резонансный (одночастотный); б — широкополосный

Заградитель представляет собой резонансный контур (рис. 13.8,(2), настроенный на определенную частоту — частоту ВЧ-канала; он состоит из силовой индуктивной катушки Lк и элемента настройки, выполненного в виде регулируемой емкости С.

Емкость С подбирается так, чтобы контур заградителя был настроен в резонанс (тока) на заданную частоту fр, т. е. чтобы wLк = 1 / wС. Такой заградитель называется резонансным или одночастотным. При резонансной частоте сопротивление контура имеет максимальное значение (рис. 13.9).

Рис. 13.9. Резонансные характеристики заградителей:
1 — резонансного; 2 — широкополосного

Резонансное сопротивление заградителя должно быть не меньше 1000 Ом. Для защиты конденсатора С от грозовых и коммутационных перенапряжений устанавливается разрядник FV. Силовая катушка заградителя рассчитывается на прохождение рабочих токов нагрузки и тока КЗ. Выпускаемые отечественной промышленностью заградители типа ВЗ рассчитаны на рабочий ток до 2000 А с пределами настройки от 40 до 800 кГц. Кроме резонансных применяются широкополосные заградители (рис. 13.8 и 13.9), запирающие токи в широком диапазоне частот f1 — f2. Такие заградители нужны для каналов, по которым одновременно передается несколько сигналов с различными частотами.

Высокочастотный приемопередатчик (ППВЧ) . Как уже отмечалось, ППВЧ представляет собой высокочастотный аппарат, состоящий из двух частей — передатчика сигналов ВЧ и приемника, принимающего эти сигналы. Приемопередатчики устанавливаются вместе с соответствующими комплектами РЗ на каждом конце защищаемой линии.

Основной задачей ППВЧ является исключение ложного действия комплекта РЗ, расположенного на дальнем конце А защищаемой линии при внешнем КЗ (см. рис. 13.1, а); в этом режиме Sк и Iк имеют всегда положительные знаки. Для этого передатчик, расположенный на ближнем конце В защищаемой линии, по команде РЗ В должен посылать блокирующие импульсы, запрещающие работать РЗА

Рабочие частоты ППВЧ каждой линии выбираются в диапазоне 30-500 кГц различными, для исключения взаимных влияний ВЧ-каналов соседних линий (допускается сближение частот до 1,5 кГц).

В энергосистемах России используется несколько видов ППВЧ, различающихся по конструктивному исполнению и техническим характеристикам. Поскольку все ППВЧ имеют одинаковое назначение, они в основном состоят из однотипных функциональных узлов (элементов).

С учетом этого на рис. 13.10 приведена (с определенными упрощениями) обобщенная функциональная схема современных приемопередатчиков.

Передатчик ВЧ в соответствии с возлагаемыми на него функциями состоит из задающего генератора ВЧ (ГВЧ), вспомогательного управляющего усилителя (ВУУ) и основного усилителя мощности ВЧ-сигнала (МУС).

Генератор ВЧ вырабатывает сигнал ВЧ заданного уровня (в виде тока или напряжения ВЧ). Для обеспечения высокой точности уровня сигнала используется кварцевый резонатор. Однако при решении проблемы стабильности ВЧ-сигнала применение кварца (из-за его инертности) замедляет процесс нарастания частоты до 0,1-0,2 с. Поскольку такое замедление действия защиты при каждом включении ГВЧ в момент КЗ недопустимо, то во всех конструкциях ГВЧ работает непрерывно, но выход его сигнала в ВЧ-канал заперт на входном транзисторе следующего узла. Этим узлом, как видно из схемы, является ВУУ. Электронная схема ВУУ построена так, чтобы с ее помощью схема РЗ могла реализовать: пуск передатчика при КЗ (т. е. передачу ВЧ-сигнала на противоположный конец по элементам ВЧ-канала); останов передатчика после отключения КЗ; манипуляцию ВЧ-сигнала напряжением промышленной частоты (являющейся основным условием работы диффазной ВЧ-защиты); запрет действия автоматического контроля исправности канала и приемопередатчика, а также некоторые другие операции. С учетом этих функций узел ВУУ называют управляющим усилителем.

Мощность задающего генератора очень мала и недостаточна для преодоления затуханий в проводах BЛ и в элементах ВЧ-канала. Этот недостаток устраняется применением усилителя мощности ВЧ-сигнала МУС, выполняемого обычно из нескольких каскадов.

Выходной сигнал МУС поступает на линейный фильтр ЛФ. Этот сигнал может иметь искажения, вызванные нелинейностью полупроводниковых элементов вспомогательного и основного усилителей. Задачей ЛФ является отфильтровать (запереть прохождение) гармоники, обеспечив полную синусоидальность формы сигнала, уходящего с выхода последнего узла приемопередатчика. Наряду с этим ЛФ должен обеспечить согласование выходного сопротивления передатчика со своей нагрузкой. Такой нагрузкой, как видно из схем рис. 13.6 и 13.10, служит высокочастотный кабель связи.

Рис. 13.10. Структурная схема ВЧ-поста

Выходная мощность, посланная в высокочастотный канал передатчика, определяется на выходе ЛФ как произведение выходного напряжения на ток (в зависимости от типа ВЧА она равна 25-40 Вт).

Высокочастотный приемник. ВЧ-сигнал, пришедший с удаленного конца защищаемой линии, поступает на вход ЛФ рассматриваемого ППВЧ (ЛФ общий для передатчика и приемника). Приемник должен обладать высокой избирательностью: должен иметь наименьшее сопротивление току заданной частоты (как правило, рабочая частота задается одинаковой для передатчика и приемника). Второй важной характеристикой приемника является его чувствительность. Она должна быть отстроена от ВЧ-помех и достаточной для минимальных уровней входных сигналов.

Приходящий с проводов ВЛ ВЧ-сигнал, пройдя ЛФ, поступает на входные фильтры (в основном узкополосные) приемника ВФ, обеспечивающие необходимую избирательность приемника. С выхода ВФ сигнал рабочей частоты поступает на вход усилителя УВЧ, усиливающего его (в виде тока или напряжения) до требуемого уровня, после чего попадает на выходной узел приемника Вых. Здесь сигнал преобразуется в ток или напряжение постоянного знака и поступает в соответствующий орган (элемент) комплекта РЗ, предназначенный для его блокирования (когда при внешнем КЗ проходящие через место его установки мощность и ток имеют положительные знаки).

Вопросы устройства высокочастотных аппаратов здесь не рассматриваются, так как до настоящего времени они являются темой изучения другой учебной дисциплины. Современные ППВЧ выполняются с автоматическим контролем. Впервые такие устройства были разработаны в процессе эксплуатации для ВЧА УПЭ-70 и применены в Мосэнерго. Опыт их эксплуатации был полезен, и теперь система автоматического контроля считается обязательной к применению. В качестве примера отметим, что в настоящее время разработаны и применяются в отечественных ВЧЗ следующие приемопередатчики:

АВЗК-80 с АК-80 — универсальный приемопередатчик для линий 110, 220 кВ и СВН, выпускаемый с 1980 г. (завод «Нептун», г. Одесса);

ПВЗ-90М—универсальный с автоконтролем (г. Могилев);

ПВЗЛ — предназначенный для замены морально устаревшей радиоламповой аппаратуры на ВЛ 110, 220 кВ длиной до 100 км с автоконтролем на интегральных схемах (разработаны и изготовляются в ОЗАП Мосэнерго).

На линиях более высокого напряжения (330-1150 кВ) к приемопередатчикам предъявляются дополнительные требования, обусловленные более высоким уровнем помех и затуханием мощности сигнала в ВЧ-канале.