Третий
Второй
Первый
Схема защиты трансформатора , в которой имеется дифференциальная и газовая защиты (ДЗ), реагирующие на отключение трансформатора с двух сторон и максимальная токовая защита (СЗ), которая должна производить отключение только с одной стороны.
При составлении принципиальной схемы релейной защиты в свернутом виде может быть не обнаружена электрическая связь цепей отключения двух выключателей. Из развернутой схемы (Схема 1)следует, что при такой связи (поперечная цепь) неизбежна ложная цепь. Необходимы два оперативных контакта у защитных реле (Схема 2), действующие на два выключателя или разделительное промежуточное реле (Схема 3).
Рис. – Схема защиты трансформатора: 1 – неправильная; 2,3 – правильные
Неразделенные цепи высшего и низшего напряжения трансформатора.
Из рисунка (1) видна невозможность независимого отключения одной из сторон трансформатора без отключения другой.
Указанная ситуация исправляется включением промежуточного реле КL.
Рис. – Схемы защиты трансформатора: 1 – неправильная; 2 – правильная
Защиты генератора и трансформатора блока на электростанции действуют, как и требуется, на отключение выключателя и автомата гашения поля через разделительные промежуточные реле КL1 и КL2, но реле присоединены к разным секциям шинок питания, т.е. через разные предохранители.
Ложная цепь, показанная стрелками, образовалась через лампу контроля HL предохранителей в результате перегорания предохранителя FU2.
Рис. – Образование ложной цепи при перегорании предохранителя
1, 2, 3 – оперативные контакты реле
Схемы с питанием цепей вторичных соединений оперативным постоянным и переменным током
При хорошо изолированных от земли полюсах источника питания замыкание на землю в одной какой-либо точке цепи вторичных соединений обычно не влечет за собой вредных последствий. Однако второе замыкание на землю может вызвать ложное включение или отключение, неправильную сигнализацию и др. Профилактическими мерами в этом случае могут быть:
а) сигнализация о первом замыкании на землю в одном из полюсов; б) двухполюсное (двухстороннее) отделение элементов цепей управления – практически не применяется из-за сложности.
При изолированных полюсах (Рис.) заземление в точке а при разомкнутых замыкающих контактах 1 еще не вызовет ложного действия катушки командного органа К, но как только появится второе повреждение изоляции на землю в разветвленной сети положительного полюса, неминуема ложная работа аппарата, так как контакт 1 оказывается зашунтированным. Вот почему необходима сигнализация о замыкании на землю в оперативных цепях, и прежде всего на полюсах источника питания.
Рис. – Ложное срабатывание аппарата при втором замыкании на землю
Однако в сложных цепях с большим числом последовательно включенных оперативных контактов такая сигнализация может и не выявить возникшего замыкания на землю (Рис.).
Рис. – Неэффективность контроля изоляции в сложных цепях
При появлении заземления между контактами в точке а сигнализация невозможна.
В практике эксплуатации автоматических установок со слаботочной аппаратурой (до 60 В) прибегают иногда к намеренному заземлению одного из полюсов, например положительного (он более запыляется и подвержен электролитическим явлениям, т.е. и без того имеет ослабленную изоляцию). Это облегчает обнаружение и ликвидацию аварийного очага. В таком случае рекомендуется подсоединять катушку цепей управления одним концом к тому полюсу, который заземлен.
Все сказанное о питании цепей на постоянном оперативном токе, может быть отнесено и к оперативному переменному току с питанием цепей линейным напряжением. При этом следует учесть вероятность ложной работы (из-за емкостных токов) и резонансных явлений. Поскольку предусмотреть условия надежной работы в этом случае затруднительно, то иногда применяются вспомогательные изолирующие промежуточные трансформаторы с заземлением одного из зажимов на вторичной стороне.
Как видно из схемы, в этом случае при повреждении изоляции на землю в точке 2 перегорает предохранитель FU1 и замыкание на землю в точке 1 не вызывает ложного включения контактора К.
Схема включения конденсаторов с разделительными диодами
Высокочастотная (ВЧ) связь по линиям высокого напряжения получила значительное распространение во всех странах. В Украине этот вид связи широко используется в энергосистемах для передачи информации различного характера. Высокочастотные каналы используются для передачи сигналов релейной защиты линий, телеотключения выключателей, телесигнализации, телеуправления, телерегулирования и телеизмерения, для диспетчерской и административно-хозяйственной телефонной связи, а также для передачи данных.
Каналы связи по линиям электропередачи дешевле и надежнее каналов по специальным проводным линиям, так как не расходуются средства на сооружение и эксплуатацию собственно линии связи, а надежность линии электропередачи значительно выше надежности обычных проводных линий. Осуществление высокочастотной связи по линиям электропередачи связано с особенностями, не встречающимися в проводной связи.
Для подключения аппаратуры связи к проводам линий электропередачи необходимы специальные устройства обработки и присоединения, позволяющие отделить высокое напряжение от слаботочной аппаратуры и осуществить тракт для передачи ВЧ сигналов (рис. 1).
Рис. – Присоединение высокочастотной аппаратуры связи к линиям высокого напряжения
Одним из основных элементов схемы присоединения аппаратуры связи к линиям электропередачи является конденсатор связи высокого напряжения. Конденсатор связи, включаемый на полное напряжение сети, должен обладать достаточной электрической прочностью. Для лучшего согласования входного сопротивления линии и устройства присоединения емкость конденсатора должна быть достаточно большой. Выпускаемые сейчас конденсаторы связи дают возможность иметь емкость присоединения на линиях любого класса по напряжению не меньше 3000 пФ, что позволяет получить устройства присоединения с удовлетворительными параметрами. Конденсатор связи подключают к фильтру присоединения, который заземляет нижнюю обкладку этого конденсатора для токов промышленной частоты. Для токов высокой частоты фильтр присоединения совместно с конденсатором связи согласует сопротивление высокочастотного кабеля с входным сопротивлением линии электропередачи и образует фильтр для передачи токов высокой частоты от ВЧ кабеля в линию с малыми потерями. В большинстве случаев фильтр присоединения с конденсатором связи образуют схему полосового фильтра, пропускающего определенную полосу частот.
Ток высокой частоты, проходя через конденсатор связи по первичной обмотке фильтра присоединения на землю, .наводит во вторичной обмотке L2 напряжение, которое через конденсатор С1 и соединительную линию попадает на вход аппаратуры связи. Ток промышленной частоты, проходящий через конденсатор связи, мал (от десятков до сотен миллиампер), и падение напряжения на обмотке фильтра присоединения не превышает нескольких вольт. При обрыве или плохом контакте в цепи фильтра присоединения он может оказаться под полным напряжением линии, и поэтому в целях безопасности все работы на фильтре производят при заземлении нижней обкладки конденсатора специальным заземляющим ножом.
Согласованием входного сопротивления ВЧ аппаратуры связи и линии достигают минимальных потерь энергии ВЧ сигнала. Согласование с воздушной линией (ВЛ), имеющей сопротивление 300–450 Ом, не всегда удается выполнить полностью, так как при ограниченной емкости конденсатора связи фильтр с характеристическим сопротивлением со стороны линии, равным характеристическому сопротивлению ВЛ, может иметь узкую полосу пропускания. Для получения.нужной полосы пропускания в ряде случаев приходится допускать повышенное (до 2 раз) характеристическое сопротивление фильтра со стороны линии, мирясь с несколько большими потерями вследствие отражения. Фильтр присоединения, устанавливаемый у конденсатора связи, соединяют с аппаратурой высокочастотным кабелем. К одному кабелю может быть подключено несколько высокочастотных аппаратов. Для ослабления взаимных влияний между ними применяют разделительные фильтры.
Каналы системной автоматики – релейной защиты и телеотключения, которые должны быть особо надежны, требуют обязательного применения разделительных фильтров для отделения других каналов связи, работающих через общее устройство присоединения.
Для отделения ВЧ тракта передачи сигнала от оборудования высокого напряжения подстанции, которое может иметь низкое сопротивление для высоких частот канала связи, в фазный провод линии высокого напряжения включается высокочастотный заградитель. Высокочастотный заградитель состоит из силовой катушки (реактора), по которой проходит рабочий ток линии, и элемента настройки, присоединяемого параллельно катушке. Силовая катушка заградителя с элементом настройки образуют двухполюсник, который имеет достаточно высокое сопротивление на рабочих частотах. Для тока промышленной частоты 50 Гц заградитель имеет очень малое сопротивление. Находят применение заградители, рассчитанные на запирание одной или двух узких полос (одно- и двухчастотные заградители) и одной широкой полосы частот в десятки и сотни килогерц (широкополосные заградители). Последние получили наибольшее распространение, несмотря на меньшее сопротивление в полосе заграждения по сравнению с одно- и двухчастотными. Эти заградители дают возможность запирать частоты нескольких каналов связи, подключенные к одному и тому же проводу линии. Высокое сопротивление заградителя в широкой полосе частот можно обеспечить тем легче, чем больше индуктивность реактора. Получить реактор с индуктивностью в несколько миллигенри сложно, так как это приводит к значительному увеличению размеров, массы и стоимости заградителя. Если ограничить активное сопротивление в полосе запираемых частот до 500–800 Ом, что достаточно для большинства каналов, то индуктивность силовой катушки может быть не более 2 мГ.
Заградители выпускаются с индуктивностью от 0,25 до 1,2 мГ на рабочие токи от 100 до 2000 А. Рабочий ток заградителя тем выше, чем выше напряжение линии. Для распределительных сетей выпускают заградители на 100–300 А, а для линий 330 кВ и выше наибольший рабочий ток заградителя 2000 А.
Различные схемы настройки и необходимый диапазон запираемых частот получают, используя конденсаторы, дополнительные катушки индуктивности и резисторы, имеющиеся в элементе настройки заградителя.
Присоединение к линии можно осуществить различными способами. При несимметричной схеме ВЧ аппаратуру включают между проводом (или несколькими проводами) и землей по схемам «фаза – земля» или «две фазы – земля». При симметричных схемах ВЧ аппаратуру подключают между двумя или несколькими проводами линий («фаза – фаза», «фаза – две фазы»). На практике применяют схему «фаза – фаза». При включении аппаратуры между проводами разных линий используют лишь схему «фаза – фаза разных линий».
Для организации ВЧ каналов по линиям высокого напряжения применяют диапазон частот 18–600 кГц. В распределительных сетях используют частоты, начиная от 18 кГц, на магистральных линиях 40–600 кГц. Для получения удовлетворительных параметров ВЧ тракта на низких частотах необходимы большие значения индуктивностей силовых катушек заградителей и емкостей конденсаторов связи. Поэтому нижняя граница по частоте ограничена параметрами устройств обработки и присоединения. Верхняя граница частотного диапазона определяется допустимым значением линейного затухания, которое растет с увеличением частоты.
1. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЗАГРАДИТЕЛИ
Схемы настройки заградителей . Высокочастотные заградители обладают высоким сопротивлением для токов рабочей частоты канала и служат для отделения шунтирующих ВЧ тракт элементов (подстанций и ответвлений), которые при отсутствии заградителей могут привести к увеличению затухания тракта.
Высокочастотные свойства заградителя характеризуются полосой заграждения, т. е. полосой частот, в которой сопротивление заградителя не меньше некоторого допустимого значения (обычно 500 Ом). Как правило, полоса заграждения определяется по допустимому значению активной составляющей сопротивления заградителя, но иногда по допустимому значению полного сопротивления.
Заградители отличаются по значениям индуктивностей, допустимым токам силовых катушек и по схемам настройки. Применяются одно- и двухчастотные резонансные или притуплённые схемы настройки и широкополосные схемы (по схеме полного звена и полузвена полосового фильтра, а также по схеме полузвена фильтра верхних частот). Заградители с одно- и двух-частотными схемами настройки часто не дают возможности заградить нужную полосу частот. В этих случаях применяют заградители с широкополосными схемами настройки. Такие схемы настройки применяют при организации каналов защиты и связи, имеющих общую аппаратуру присоединения.
При протекании тока через катушку заградителя возникают электродинамические усилия, действующие вдоль оси катушки, и радиальные, стремящиеся разорвать виток. Осевые усилия неравномерны по длине катушки. Большие усилия возникают на краях катушки. Поэтому шаг витков на краю делают больше.
Электродинамическая стойкость заградителя определяется максимальным током КЗ, который он выдерживает. В заградителе КЗ-500 при токе 35 кА возникают осевые усилия в 7 тонн (70 кН).
Защита элементов настройки от перенапряжений . Волна перенапряжения, возникающая на воздушной линии, попадает на заградитель. Напряжение волны распределяется между конденсаторами элемента настройки и входным сопротивлением шин подстанции. Силовая катушка представляет собой большое сопротивление для волны с крутым фронтом и при рассмотрении процессов, связанных с перенапряжениями, ее можно не учитывать. Для защиты конденсаторов настройки и силовой катушки параллельно силовой катушке подсоединяют разрядник, ограничивающий напряжение на элементах заградителя до безопасного для них значения. Пробивное напряжение разрядника по условиям деионизации искрового промежутка должно быть в 2 раза больше сопровождающего напряжения, т. е. падения напряжения на силовой катушке от максимального тока кз U сопр =I к.з. ωL.
При большом предразрядном времени пробивное напряжение конденсаторов значительно больше пробивного напряжения разрядников; при малом (менее 0,1 мкс) пробивное напряжение конденсаторов становится меньше пробивного напряжения разрядника. Поэтому необходимо задерживать рост напряжения на конденсаторах до момента срабатывания разрядника, что достигают включением добавочной катушки индуктивности L д последовательно с конденсатором (рис. 15). После пробоя разрядника напряжение на конденсаторе поднимается медленно и дополнительный разрядник, включенный параллельно конденсатору, хорошо его защищает.
Рис. – Схемы высокочастотных заградителей с устройством защиты от перенапряжений: а) одночастотная; б) двухчастотная
2. КОНДЕНСАТОРЫ СВЯЗИ
Общие сведения . Конденсаторы связи служат для подключения ВЧ аппаратуры связи, телемеханики и защиты к линиям высокого напряжения, а также для отбора мощности и измерения напряжения.
Сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте напряжения, прикладываемого к нему, и емкости конденсатора. Реактивное сопротивление конденсатора связи для токов промышленной частоты, следовательно, значительно больше, чем для частоты 50 – 600 кГц каналов связи телемеханики и защиты (в 1000 раз и более), что позволяет с помощью этих конденсаторов разделить токи высокой и промышленной частоты и предотвратить попадание высокого напряжения на электроустановки. Токи промышленной частоты отводятся на землю через конденсаторы связи, минуя аппаратуру ВЧ. Конденсаторы связи рассчитаны на фазное (в сети с заземленной нейтралью) и на линейное напряжение (в сети с изолированной нейтралью).
Для отбора мощности применяют специальные конденсаторы отбора, включаемые последовательно с конденсатором связи.
В названиях элементов конденсаторов буквы обозначают последовательно характер применения, вид заполнителя, исполнение; цифры – номинальное фазное напряжение и емкость. СМР – связи, маслонаполненный, с расширителем; СММ – связи, маслонаполненный, в металлическом кожухе. Для различных напряжений конденсаторы связи комплектуют из отдельных элементов, соединенных последовательно. Элементы конденсаторов СМР-55/√3-0,0044 рассчитаны на нормальную работу при напряжении 1,1 U иом, элементы СМР-133/√3-0,0186 – на 1,2U иом. Емкость конденсаторов для классов изоляции 110, 154, 220, 440 и 500 кВ принимается с допуском от -5 до +10%.
3. ФИЛЬТРЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ
Общие сведения и расчетные зависимости. Высокочастотную аппаратуру подключают к конденсатору не непосредственно через кабель, а через фильтр присоединения, который компенсирует реактивное сопротивление конденсатора, согласовывает волновые сопротивления линии и ВЧ кабеля, заземляет нижнюю обкладку конденсатора, чем образуется путь для токов промышленной частоты и обеспечивается безопасность работ.
При обрыве цепи линейной обмотки фильтра на нижней обкладке конденсатора появляется фазное напряжение по отношению к земле. Поэтому все переключения в цепи линейной обмотки фильтра присоединения производят при включенном заземляющем ноже.
Фильтр ОФП-4 (рис. ,) предназначен для работы на линиях 35, 110 и 220 кВ по схеме «фаза – земля» с конденсатором связи 1100 и 2200 пФ и с кабелем, имеющим волновое сопротивление 100 Ом. Фильтр имеет три частотных диапазона. Для каждого диапазона имеется отдельный воздушный трансформатор, залитый изоляционной массой.
Рис. – Принципиальная схема фильтра-присоединения ОФП-4
6. ОБРАБОТКА ГРОЗОЗАЩИТНЫХ ТРОСОВ, АНТЕННЫ
Грозозащитные тросы линий высокого напряжения могут быть также использованы в качестве каналов передачи информации. Тросы изолированы от опор с целью экономии электроэнергии, при атмосферных перенапряжениях они заземляются через пробиваемые искровые промежутки. Стальные тросы имеют высокое затухание для сигналов высокой частоты и позволяют передавать информацию лишь на коротких линиях на частотах не более 100 кГц. Биметаллические тросы (стальные тросы с алюминиевым покрытием), тросы алюмовелд (из скрученных сталеалюминевых проволок), одноповивные тросы (один повив – алюминиевые проволоки, остальные повивы – стальные) дают возможность организовать каналы связи с малыми затуханиями и уровнями помех. Помехи меньше, чем в каналах связи по фазным проводам, а аппаратура ВЧ обработки и присоединения проще и дешевле, так как токи, текущие по тросам, и напряжения на них невелики. Биметаллические провода дороже стальных, поэтому их применение может быть оправдано, если ВЧ каналы по фазным проводам не могут быть выполнены. Это может быть на сверхдальних, а иногда на дальних электропередачах.
Каналы по тросам можно включать по схемам «трос – трос», «трос – земля» и «два троса – земля». На ВЛ переменного тока тросы меняют местами через каждые 30 – 50 км для уменьшения в них наводок токов промышленной частоты, что вносит дополнительное затухание в 0,15 Нп на каждое скрещивание в схемах «трос – трос», не влияя на схему «два троса – земля». На передачах постоянного тока можно применять схему «трос – трос», так как здесь скрещивания не нужно.
Связь по грозозащитным тросам не прерывается при заземлении фазных проводов, не зависит от схемы коммутации линий.
Антенная связь применяется для присоединена к ВЛ передвижной ВЧ аппаратуры. Провод подвешивают вдоль проводов ВЛ или используют участок грозозащитного троса. Такой экономичный способ присоединения не нуждается в заградителях и конденсаторах связи.
Цифровая система ВЧ связи MC04−PLC предназначена для организации каналов телемеханики (ТМ), передачи данных (ПД) и телефонных каналов (ТФ) по высоковольтным линиям электропередач (ЛЭП) распределительной сети 35/110 кВ. Аппаратура обеспечивает передачу данных по высокочастотному (ВЧ) каналу связи в полосе 4/8/12 кГц в диапазоне частот 16-1000 кГц. Присоединение к ЛЭП производится по схеме фаза - земля через конденсатор связи и фильтр присоединения. Подключение ВЧ окончания аппаратуры к фильтру присоединения несимметричное и выполняется одним коаксиальным кабелем.
Аппаратура изготавливается с разнесенным и смежным расположением полос пропускания направлений приема и передачи.
Функциональные возможности:
Количество ВЧ каналов шириной 4 кГц - до 3-х;
режим каналов: аналоговый (частотное разделение) и цифровой (временное разделение);
модуляция низкочастотного цифрового потока ‒ QAM с разделением на 88 поднесущих OFDM;
модуляция ВЧ спектра - амплитудная с передачей одной боковой полосы частот АМ ОБП;
адаптация битовой скорости цифрового потока (ЦП) к изменяющемуся отношению сигнал/шум;
интерфейсы телефонии: 4‒х проводные 4W, 2‒проводные FXS/FXO;
количество каналов телефонии в каждом ВЧ канале - до 3-х;
преобразование сигнализации АДАСЭ в абонентскую сигнализацию FXS/FXO;
диспетчерское и абонентское соединение по протоколу АДАСЭ по одному каналу ТФ;
цифровые интерфейсы ТМ и передачи данных: RS232, RS485, Ethernet;
интерфейс управления и мониторинга - Ethernet;
встроенный анализатор уровней передачи/приема ВЧ тракта, измеритель ошибок, температуры.
регистрация неисправностей и сигнализации в энергонезависимой памяти;
цифровой переприем ‒ транзит каналов на промежуточных подстанциях без потерь качества;
мониторинг ‒ программа MC04‒Monitor: конфигурация, настройка, диагностика;
удаленный мониторинг и конфигурирование через встроенный в ВЧ канал обслуживания;
поддержка SNMP ‒ при оснащении сетевым модулем S‒port;
радиальные и древовидные схемы мониторинга удаленных полукомплектов;
электропитание: сеть ~220 В/50 Гц или постоянное напряжение 48/60 В.
Основные параметры
Рабочий диапазон частот 16 – 1000 кГц
Ширина рабочей полосы 4/8/12 кГц
Номинальная пиковая мощность огибающей ВЧ сигнала 20/40 Вт
Максимальная скорость передачи ЦП в полосе 4 кГц (адаптивно) 23,3 кбит/с
Глубина регулировки АРУ при коэффициенте ошибок не более 10–6 не менее 40 дБ.
Допустимое затухание линии (с учетом помех) 50 дБ
Потребляемая мощность от сети питания 220 В или 48 В – не более 100 Вт.
Габаритные размеры блока − 485*135*215мм.
Вес не более 5 кг.
Условия эксплуатации:
− температура окружающего воздуха от +1 до + 45°С;
− относительная влажность воздуха до 80 % при температуре плюс 25°С;
− атмосферное давление не ниже 60 кПа (450 мм рт. ст.).
Конструкция и состав аппаратуры:
Цифровая трехканальная система ВЧ связи MC04−PLC включает два блока 19 дюймов высотой 3U, в которые устанавливаются следующие функционально–конструктивные узлы (платы):
ИП01− блок питания, сетевой вход 220В/50Гц, выход +48В,−48В,+12В;
ИП02− блок питания, вход 36…72В, выход +48В,−48В,+12В;
МП02− мультиплексор каналов ТМ, ПД, ТФ, кодек G.729, цифровой эхокомпенсатор;
МД02− модуляция/демодуляция ЦП в аналоговый ВЧ сигнал, мониторинг и управление;
ФПРМ − линейный трансформатор, аттенюатор и 4−х контурный фильтр ПРМ, усилитель ПРМ;
ФПРД – 1/2−х контурный фильтр ПРД, высокоомный импеданс вне полосы ПРД;
УМ02− усилитель мощности, цифровая индикация уровней ПРД, индикация аварий.
ТР01 − транзит содержимого ВЧ канала между блоками, устанавливается на место плат МП02.
Информация для заказа
Количество плат МП02 соответствует количеству базовых ВЧ каналов с полосой 4 кГц, конфигурируемых на плате МД02 − от 1 до 3. В случае транзита одного из ВЧ каналов между блоками на промежуточной подстанции на место платы МП02 устанавливается плата транзита ТР01, обеспечивающая прием/передачу содержимого ВЧ канала без преобразования в аналоговую форму.
Блок имеет два основных исполнения по пиковой мощности огибающей ВЧ сигнала:
1P − установлен один усилитель УМ02 и один фильтр ФПРД, мощность ВЧ сигнала – 20 Вт;
2P − установлены два усилителя УМ02 и два фильтра ФПРД, мощность ВЧ сигнала – 40 Вт.
Обозначение блока включает:
– количество задействованных ВЧ каналов 1/2/3;
– исполнение по пиковой мощности огибающей ВЧ сигнала: 1P – 20 Вт или 2P – 40 Вт;
– типы пользовательских стыков каждого из 3‒х ВЧ каналов / плат МП‒02 или плата ТР01;
– напряжение питания блока ‒ сеть ~220 В или постоянное напряжение 48 В.
На плате МП–02 по умолчанию имеются цифровые интерфейсы RS232 и Ethernet, которые в обозначении блока не указываются.
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.
Страница 16 из 21
Конструкция линии электропередачи, определяемая ее главным назначением - передачей электрической энергии на расстояние, позволяет использовать ее для передачи информации. Высокий уровень эксплуатации и большая механическая прочность линий обеспечивают надежность каналов связи, близкую к надежности каналов по кабельным линиям связи. Вместе с тем при осуществлении по ВЛ каналов связи для передачи информации приходится учитывать особенности линий, затрудняющие их использование для целей связи. Такой особенностью является, например, наличие на концах линий оборудования подстанций, которое можно представить как цепь изменяющихся в широких пределах последовательно соединенных реактивного и активного сопротивления. Этими сопротивлениями через шины подстанций образуется связь между ВЛ, что приводит к увеличению тракта связи. Поэтому для снижения влияния между каналами и затухания с помощью специальных заградителей преграждают пути токам высокой частоты в сторону подстанций.
Значительно увеличивают затухание также ответвления от ВЛ. Эти и другие особенности линий требуют осуществления ряда мероприятий по созданию условий передачи информации.
Устройство ВЧ каналов по распределительным сетям 6-10 кВ сопряжено со значительными -трудностями из-за специфики построения сетей этих напряжений. На участках магистральных линий 6-10 к В между соседними коммутационными пунктами имеется большое число отпаек, линии секционируются разъединителями и выключателями, схемы первичной коммутации сетей нередко меняются, в том числе автоматически, из-за большей повреждаемости линий этих напряжений их надежность ниже, чем В71 35 кВ и выше. Передача сигналов в распределительных сетях зависит от многих факторов, влияющих на затухание сигнала: от длины и числа отпаек, материала проводов линии, нагрузки и др. Нагрузка может изменяться в широких пределах. При этом отключение отдельных отпаек, Как показывают исследования, иногда не только не уменьшает затухания, но, наоборот, из-за нарушения взаимной компенсации затуханий между соседними отпайками увеличивает ее. Поэтому каналы даже небольшой протяженности имеют значительное затухание и работают нестабильно. На работе каналов отрицательно сказываются также повреждения изоляторов, некачественное соединение проводов и неудовлетворительное состояние контактов коммутационной аппаратуры, Эти дефекты являются источниками помех, соизмеримых с уровнем передаваемого сигнала, что может вызывать прекращение работы канала и повреждение аппаратуры. Наличие на линиях секционирующих аппаратов приводит к полному прекращению работы ВЧ канала в случае их отключения и заземления одного из участков линии. Отмеченные недостатки существенно ограничивают, хотя и не исключают , использование линий 6-10 кВ для организации ВЧ каналов. И все-таки следует отметить, что широкого распространения ВЧ связь по распределительным сетям в настоящее время не получила.
По назначению ВЧ каналы связи по линиям электропередачи делятся на четыре группы: каналы диспетчерской связи, технологические, специальные и каналы линейно-эксплуатационной связи.
Не останавливаясь подробно на использовании и назначении каждой группы каналов, отметим, что для диспетчерских и технологические каналов телефонной связи используется в основном полоса тональных частот 300-3400 Гц <300-2300). Верхняя часть тонального спектра (2400-3400 Гц) не пользуется для передачи сигналов телеинформации. Современная комбинированная аппаратура позволяет организовать в этом спектре до четырех независимых узкополосных каналов телеииформации.
Каналы линейно-эксплуатационной связи служат для организации связи диспетчера с работающими на трассе протяженной линии электропередачи или подстанциях ремонтными бригадами, когда постоянной связи с ними нет. Для этих каналов применяется упрощенная перевозная и переносная телефонная аппаратура.
По степени сложности ВЧ каналы делятся на простые и сложные. Каналы, состоящие только из двух комплектов оконечной ВЧ аппаратуры, называют простыми. Сложные каналы имеют в своем составе промежуточные усилители или несколько комплектов оконечной аппаратуры (на одинаковых частотах).
Оборудование высокочастотных каналов связи по ВЛ.
Присоединение аппаратуры связи к проводам линии электропередачи осуществляется с помощью специальных устройств так называемой аппаратуры присоединения и обработки линии, состоящей из конденсатора связи, заградителя и элементов защиты.
Рис. 21. Схема высокочастотного канала связи по ВЛ
На рис. 21 изображена схема образования канала связи по ВЛ. Передача сигналов токами высокой частоты Осуществляется передатчиками аппаратуры уплотнения J, размещенными на обоих концах ВЛ на подстанциях А и В.
Здесь же в составе аппаратуры уплотнения 1 имеются приемники, осуществляющие прием модулированных токов ВЧ и их преобразование. Для обеспечения передачи энергии сигнала токами ВЧ по проводам достаточно обработать на каждом конце линии один провод с помощью заградителя 5, конденсатора связи 4 и фильтра присоединения 3, который соединяется с аппаратурой уплотнения 1 при помощи ВЧ кабеля 2. Для обеспечения безопасности работы персонала на фильтре присоединения при работающем ВЧ канале служит заземляющий нож 6.
Присоединение высокочастотной аппаратуры по схеме рис. 21 носит название фаза-земля. Такая схема может использоваться для образования одноканальных и многоканальных систем передачи информации. Применяются также другие схемы присоединения.
При необходимости подключения к линии электропередачи аппаратуры, установленной на трассе линии (телефонная передвижная аппаратура ремонтных бригад, аппаратура дистанционно управляемой УКВ радиостанции и т. п.), используются, как правило, антенные устройства присоединения. В качестве антенны применяются отрезки изолированного провода определенной длины или участки грозозащитного троса.
Высокочастотный (линейный) заградитель обладает высоким сопротивлением для рабочей частоты канала и служит для заграждения пути этим токам, уменьшая их утечку в сторону подстанции. При отсутствии заградителя затухание канала может увеличиться, так как небольшое входное сопротивление подстанции шунтирует ВЧ канал. Заградитель состоит из силовой катушки (реактора), элемента настройки и устройства защиты. Силовая катушка является основным элементом заградителя. Она должна выдерживать максимальные рабочие токи линии и токи КЗ. Силовая катушка изготовляется из свитых в спираль медных или алюминиевых проводов соответствующего сечения, намотанных на рейки из древесно-слоистого пластика (дельта-древесина) или стеклотекстолита. Концы реек закрепляются на металлических крестовинах. На верхней крестовине крепится элемент настройки с защитными разрядниками. Элемент настройки служит для получения относительно высокого сопротивления заградителя на одной или нескольких частотах или полосах частот.
Элемент настройки состоит из конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов и включается параллельно
силовой катушке. Силовая катушка и элемент настройки заградителя подвергаются воздействиям при атмосферных и коммутационных перенапряжениях и КЗ. Роль защиты от перенапряжений, как правило, выполняет вентильный разрядник, состоящий из искрового промежутка и нелинейного вилитового резистора.
В электрических сетях 6-220 кВ нашли применение заградители ВЗ-600-0,25 и КЗ-500, а также заградители со стальным сердечником типов ВЧЗС-100 и ВЧЗС-100В, отличающиеся друг от друга номинальным током и индуктивностью, устойчивостью и геометрическими параметрами силовой катушки, а также типом элемента настройки и его защиты.
Заградители врезаются в фазный провод линии электропередачи между линейным разъединителем и конденсатором связи. Высокочастотные заградители могут монтироваться в подвесном виде, на опорных конструкциях, в том числе и на конденсаторах связи.
Конденсаторы связи служат для подключения ВЧ аппаратуры к воздушной линии, при этом токи утечки промышленной частоты отводятся через конденсатор связи на землю, минуя аппаратуру высокой частоты. Конденсаторы связи рассчитаны на фазное напряжение (в сети с заземленной нейтралью) и на линейное напряжение (в сети с изолированной нейтралью). В нашей стране выпускаются конденсаторы связи двух типов: СМР (связи, маслонаполненный, с расширителем) и СММ (связи, маслонаполненный, в металлическом корпусе). Для различных напряжений конденсаторы комплектуют из отдельных элементов, соединенных последовательно. Конденсаторы связи могут устанавливаться на железобетонные или металлические опоры высотой около 3 м. Для изоляции нижнего элемента конденсатора типа СМР от тела опоры используют специальные фарфоровые подставки круглого сечения.
Фильтр присоединения служит связующим звеном между конденсатором связи и ВЧ аппаратурой, разделяя линию высокого напряжения и установку слабого тока, каковой является аппаратура уплотнения. Фильтр присоединения обеспечивает тем самым безопасность персонала и защиту аппаратуры от высокого напряжения, так как при заземлении нижней обкладки конденсатора связи образуется путь для токов утечки промышленной частоты. С помощью фильтра присоединения осуществляется согласование волновых сопротивлений линии и высокочастотного кабеля, а также компенсации реактивного сопротивления конденсатора связи в заданной полосе частот. Фильтры присоединения выполняются по трансформаторной и автотрансформаторной схемам и вместе с конденсаторами связи образуют полосовые фильтры.
Наибольшее распространение в организации ВЧ каналов связи по линиям электропередачи предприятия получил фильтр присоединения типа ОФП-4 (см. рис. 19). Фильтр заключен в стальном сварном корпусе с проходным изолятором для присоединения конденсатора связи и кабельной воронкой для ввода ВЧ кабеля. На стенке корпуса крепится разрядник, имеющий удлиненную шпильку для подключения шинки заземления и предназначенный для защиты элементов фильтра присоединения от перенапряжений. Фильтр рассчитан для присоединения ВЧ аппаратуры по схеме фаза-земля в комплекте с конденсаторами связи емкостью 1100 и 2200 пФ. Фильтр устанавливается, как правило, на опоре конденсатора связи и крепится к опоре болтами на высоте 1,6-1,8 м от уровня земли.
Как отмечалось, все переключения в цепях фильтра присоединения производятся при включенном заземляющем ноже, который служит для заземления нижней обкладки конденсатора связи при работе персонала. В качестве заземляющего ножа применяется однополюсный разъединитель для напряжения 6-10 кВ. Операции с заземляющим ножом производятся с помощью изолирующей штанги. Некоторые типы фильтров присоединения имеют смонтированный внутри корпуса заземляющий нож. Для обеспечения безопасности в этом случае должен устанавливаться отдельно стоящий заземляющий нож.
Высокочастотный кабель служит для электрического соединения фильтра присоединения (см. рис. 21) с приемопередающей аппаратурой. При подключении аппаратуры к линии по схеме фаза - земля применяются коаксиальные кабели. Наиболее распространенным является высокочастотный коаксиальный кабель марки РК-75, внутренний проводник (одножильный или многожильный) которого отделен от внешней оплетки изоляцией из высокочастотного диэлектрика. Внешняя экранная оплетка служит обратным проводом. Внешний проводник заключен в защитную изолирующую оболочку.
Высокочастотные характеристики кабеля РК-75, как и обычных кабелей связи, определяются теми же параметрами: волновым сопротивлением, километрическим затуханием и скоростью распространения электромагнитных волн.
Надежную работу ВЧ каналов по ВЛ обеспечивают качественное и регулярное выполнение планово-профилактических работ, предусматривающих целый комплекс работ на оборудовании ВЧ каналов связи по ВЛ. Для выполнения профилактических измерений каналы выводятся из работы. В состав профилактического обслуживания входят плановые проверки аппаратуры и каналов, периодичность которых определяется состоянием аппаратуры, качеством эксплуатационного обслуживания с учетом профилактических работ и устанавливается не реже 1 раза в 3 года. Внеплановые проверки каналов выполняются при изменении ВЧ тракта, повреждений оборудования и при ненадежной работе канала из-за нарушения регламентированных параметров.
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.
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.
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 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:
фильтровая направленная,
дистанционная с ВЧ блокировкой,
дифференциально-фазовая.
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 , 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 .
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.
