Высокочастотная связь по ВЛЭП

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Рудненский индустриальный институт Кафедра ЭиЭ РЕФЕРАТ По дисциплине Сети ЭВМ На тему Высокочастотная связь по ВЛЭП Выполнил Черненко А. группа ЭЭ-04-1 Проверил Тарасов С.В. Рудный 2005г. СОДЕРЖАНИЕ Введение ПРЕИМУЩЕСТВА
ВЧ СВЯЗИ ПО ВЛ НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОНСТРУКЦИИ ВЛ ОСОБЕННОСТИ ВЛ, ЗАТРУДНЯЮЩИЕ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ СВЯЗИ СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ВЧ АППАРАТУРЫ К ПРОВОДАМ ВЛ Литература ВВЕДЕНИЕ Высокочастотная связь по линиям электропередачи является основным средством связи, используемым для управления режимом работы энергосистем и энергообъединений.
Использование линий электропередачи для связи началось почти одновременно с появлением этих линий. Каналы высокочастотной связи по линиям электропередачи являются основным средством связи в энергосистемах. Их роль и значение для энергетики продолжают возрастать в связи с появлением новых видов таких каналов по изолированным грозозащитным тросам и изолированным проводам расщепленных фаз. Высокочастотная связь по линиям электропередачи является одной из разновидностей дальней связи по проводам.
Однако, несмотря на общность принципов и технических средств, используемых в технике высокочастотной связи по линиям электропередачи и в технике дальней связи по специальным линиям связи, между ними имеются существенные различия, связанные со специфическими особенностями осуществления связи по линиям высокого напряжения. В силу этих особенностей высокочастотная связь по линиям электропередачи сформировалась как самостоятельная область техники. ПРЕИМУЩЕСТВА ВЧ
СВЯЗИ ПО ВЛ Надежность линий электропередачи значительно выше надежности воздушных и кабельных линий связи благодаря высокой прочности линейных проводов и поддерживающих конструкций опор. Линии электропередачи повреждаются только при очень сильных природных воздействиях, таких, как ураган, сильная гроза или гололед, в то время как воздушные линии связи повреждаются при сильном ветре, сравнительно небольших гололедных образованиях, а кабели повреждаются землеройными механизмами, при оползнях, половодьях и т. д. Пункты, связываемые ВЛ, во многих случаях совпадают с пунктами, между которыми должны передаваться сообщения. Поэтому почти одновременно с появлением ВЛ они стали использоваться для связи. При этом отпадает необходимость в строительстве линий проводной связи, а также, и это еще важнее, в организации их эксплуатации. Эксплуатация ВЛ, требующая специальной линейной службы с большим количеством персонала, -ведется независимо
от образования по линии каналов связи. По этим причинам затраты на сооружение и эксплуатацию каналов связи по проводам ВЛ значительно меньше аналогичных затрат на каналы по специальным воздушным или кабельным линиям связи и по радиорелейным линиям. Каналы ВЧ связи по ВЛ осуществляются почти на всех линиях с напряжением 35 кВ и выше, а в сельских районах и на линиях более низкого напряжения. Связь по проводам ВЛ является одной из разновидностей дальней связи по проводным
линиям. Однако специфические особенности линий электропередачи обусловили ряд существенных отличий техники связи по проводам этих линий от техники дальней связи. Провода ВЛ нормально находятся под высоким напряжением промышленной частоты. Вследствие этого по ВЛ возможна только ВЧ связь с использованием таких частот, которые сравнительно простыми средствами могут быть отделены от промышленной частоты.
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОНСТРУКЦИИ ВЛ Линии электропередачи делятся на одноцепные и двухцепные. Двухцепными называются такие линии, у которых на одних опорах подвешиваются две линии одинакового напряжения. Двухцепные линии применяются в основном на напряжении ПО кВ и ниже. Двухцепные линии 220 кВ встречаются редко, а линии более высоких напряжений выполняются почти исключительно одноцепными. Линии различаются также по расположению проводов рис. 1-2. Линии 220 кВ и выше обычно имеют горизонтальное расположение проводов. Линии 110 кВ и ниже часто выполняются с треугольным расположением проводов. Провода ВЛ называются фазами, так как на каждый из проводов подается напряжение определенной фазы трехфазной системы напряжений. На ВЛ выполняется транспозиция линейных проводов. Транспозицией называется изменение местоположения проводов.
Например, при горизонтальном расположении проводов в пункте транспозиции крайний первый провод переходит на место второго, второй на место третьего, а третий на место первого, как показано на рис. 1-3. Транспозиция имеет целью симметрирование параметров проводов линии для токов промышленной частоты. На линиях электропередачи применяются в основном сталеалюминевые провода сечением от 120 до 1000 мм2 по алюминию. На линиях 330 кВ и выше применяются расщепленные фазы, когда один фазный провод составляется
из нескольких отдельных проводов, соединенных между собой и идущих параллельно. На линиях 330 кВ применяется расщепление на два. на линиях 500 кВ на три, на линиях 750 кВ на четыре или пять проводов, а на линиях 1150 кВ на восемь и более проводов. Между проводами расщепленной фазы в нескольких местах каждого пролета устанавливаются распорки, фиксирующие взаимное расположение проводов. Провода закрепляются на опорах с помощью изоляторов.
Изолятор представляет собой фарфоровую или стеклянную тарелку с вделанными в нее металлическими держателями. Несколько таких изоляторов, соединенных последовательно, образуют гирлянду. Количество изоляторов в гирлянде тем больше, чем выше класс линейного напряжения. Для защиты от перекрытий при грозе линии электропередачи оборудуются грозозащитными тросами стальные или сталеалюминевые провода, натянутые над проводами линии. Тросы крепятся на небольших тросостойках, прикрепляемых к опорам. На линиях напряжением ниже 220 кВ тросы подвешиваются обычно только на подходах к подстанциям для снижения вероятности перекрытия линейных проводов вблизи подстанции. На линиях 220 кВ и выше тросы подвешиваются на всем протяжении линии. Обычно подвешиваются два троса. На линиях с треугольным расположением проводов и иногда на двухцепных
линиях используют один трос, подвешиваемый в центре в верхней точке опоры. ОСОБЕННОСТИ ВЛ, ЗАТРУДНЯЮЩИЕ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ СВЯЗИ Использование для связи проводов ВЛ связано с рядом трудностей, которые приходится учитывать при конструировании аппаратуры и проектировании каналов связи. Рассмотрим основные из них. Как уже отмечалось, для подключения передатчика и приемника аппаратуры
уплотнения к проводам ВЛ необходима специальная аппаратура присоединения, не применяемая ни в каких других областях техники связи. Большею частью это подключение производится через конденсатор высокого напряжения сравнительно небольшой емкости конденсатор связи. На станциях и подстанциях ВЛ подключаются к специальным проводам шинам. К этим шинам подключено также оборудование высокого напряжения выключатели, трансформаторы, разъединители,
которое можег иметь низкое сопротивление для токов рабочей частоты каналов связи. В этом сопротивлении поглощается часть энергии сигналов высокой частоты. Поэтому провода ВЛ необходимо обрабатывать. Обработка заключается в том, что в провода линии у подходов к подстанциям включаются высокочастотные заградители, имеющие низкое сопротивление для токов промышленной частоты и высокое сопротивление для токов высокой частоты.
Конфигурация сети высокого напряжения обусловлена требованиями распределения электроэнергии, и схема каналов связи должна приспосабливаться к этой конфигурации. Каналы связи могут проходить по нескольким ВЛ, через промежуточные подстанции. На этих подстанциях приходится устраивать высокочастотные обходы либо устанавливать промежуточные усилители. Конфигурация высоковольтной сети не остается неизменной. С появлением новых потребителей энергии в линии врезаются новые подстанции, что приводит к необходимости реконструировать каналы связи, идущие по этим линиям. Эта реконструкция часто бывает связана со сложной перестройкой или даже заменой аппаратуры связи, установкой дополнительных устройств обработки и присоединения и т. п. Линия электропередачи не всегда идет между двумя подстанциями.
Большое распространение имеют линии с ответвлениями, когда на трассе линии от нее ответвляется линия, заходящая на свою подстанцию. Ответвления увеличивают затухание линейного тракта, так как в них поглощается часть энергии передаваемых сигналов. Наличие ответвлений осложняет задачу осуществления каналов ВЧ связи по ВЛ. Несмотря на наличие ВЧ обработки ВЛ характеристики ВЧ трактов не остаются постоянными во времени. Заградители трудно выполнить с очень большим сопротивлением
для токов высокой частоты. Поэтому при изменении количества оборудования высокого напряжения или ВЛ, подключаемых к шинам подстанции, несколько изменяются характеристики ВЧ каналов. Особенно сильно изменяются эти характеристики при к. з. на линиях. С последним обстоятельством нельзя не считаться, так как в некоторых случаях нарушение каналов связи при к. з. недопустимо. Различные ВЛ имеют между собой гальваническую связь в виде непосредственного
соединения на шинах. Многие линии имеют между собой также электромагнитную связь, если они подвешены на одних опорах или проходят параллельно в одной просеке. Эти паразитные связи различных линий являются причиной взаимных влияний между ВЧ каналами, созданными на различных ВЛ, они вызывают трудности при выборе частот для различных каналов связи и накладывают ограничение на общее количество каналов ВЧ связи, которое можно осуществить в пределах одной энергосистемы. Некоторые трудности в создании и проектировании каналов ВЧ связи по ВЛ обусловлены конструктивными особенностями ВЛ. Линии электропередачи являются многопроводными системами с числом проводов от трех до нескольких десятков двухцепные линии с тросами и расщепленными фазами.
При присоединении к одному или двум проводам остальные провода и нагрузочные сопротивления этих проводов по отношению к земле оказывают существенное влияние на параметры каналов связи. Расстояние между проводами соизмеримо с высотой подвеса проводов над землей, а в некоторых случаях для линий напряжением выше 500 кВ даже больше средней высоты подвеса проводов. При этом земля оказывает большое влияние на значения всех параметров линии, главным образом, на линейное
затухание. Учет влияния соседних проводов и земли существенно усложняет расчет затухания ВЧ каналов по ВЛ. Транспозиция линейных проводов симметрирует линию только на низкой частоте, когда расстояние между пунктами транспозиции намного меньше длины волны. На высокой частоте между соседними пунктами транспозиций укладывается несколько десятков длин волн. Поэтому пункты транспозиции не симметрируют параметры линии, а являются местами нарушения однородности
линии, вызывающими увеличение линейного затухания. Это обстоятельство тоже приходится учитывать при расчетах. Наличие на проводах линии высокого напряжения промышленной частоты вызывает электрические разряды в воздухе вблизи поверхности проводов коронирование и разряды по поверхности изоляторов. Эти разряды создают электрические помехи во всем спектре высоких частот, который может быть использован для ВЧ связи по ВЛ. Поэтому каналы связи по этим линиям характеризуются высоким уровнем электрических помех. К помехам от коронирования проводов и разрядов по поверхности изоляторов добавляются еще помехи, возникающие при всяких переключениях коммутациях оборудования, а также помехи при аварийных режимах линии, например при к. з. Наличие на линии высокого напряжения осложняет эксплуатацию аппаратуры каналов ВЧ связи. Плановая или послеаварийная ревизия ВЧ заградителей связана с необходимостью отключения
ВЛ, а это вызывает уменьшение надежности энергоснабжения. Часто по условиям режима работы энергосистемы отключение линии невозможно осуществить в течение длительного времени. Испытания и ревизии устройств присоединения должны производиться в непосредственной близости от конденсатора связи, подключенного к проводам линии высокого напряжения. Поэтому работа эта регламентирована жесткими правилами техники безопасности.
Волны перенапряжений, которые возникают на ВЛ при грозовых перекрытиях и коммутационных переключениях, через устройства присоединения частично попадают на вход ВЧ аппаратуры и могут вызвать ее повреждение. Особенно велики перенапряжения, возникающие на элементах, обеспечивающих настройку ВЧ заградителей на нужные частоты. Приходится применять специальные меры по защите этих элементов от перенапряжений.
Несмотря на отмеченные трудности, ВЧ связь по ВЛ получила во многих странах широкое распространение. В Советском Союзе этот вид связи является основным средством дальней межобъектной связи в энергетике, а для нужд системной автоматики почти единственным видом связи. СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ВЧ АППАРАТУРЫ К ПРОВОДАМ ВЛ Наиболее распространенной схемой присоединения ВЧ аппаратуры к проводам ВЛ является схема фаза земля рис. 1-4. В этой схеме ВЧ аппаратура присоединяется к одному из проводов линии и земле. Линия электропередачи подходит к шинам подстанции Ш через линейный разъединитель ЛР, выключатель В и шинный разъединитель ШР. К одному из проводов линии подключается конденсатор связи КС. Этот провод линии называется рабочим проводом данного
ВЧ канала. Между точкой подключения КС и ЛР врезается высокочастотный заградитель ВЗ. Между нижней обкладкой конденсатора связи и землей включается фильтр присоединения ФП, который с помощью высокочастотного кабеля ВК соединяется с аппаратурой уплотнения канала связи. Высокочастотный заградитель состоит из реактора и элемента настройки. Реактор заградителя рассчитан на длительное прохождение по нему рабочего тока линии и кратковременное
токов к. з. Элемент настройки включается параллельно реактору и служит для того, чтобы повысить сопротивление заградителя на определенной частоте или полосе частот. Элемент содержит конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы. Конденсатор связи работает под полным фазным напряжением ВЛ. Нижняя обкладка конденсатора соединена с землей через малое индуктивное сопротивление линейной катушки
фильтра присоединения или через специальный ВЧ дроссель, входящий в схему ФП. Вследствие этого нижнюю обкладку конденсатора можно считать заземленной для напряжения промышленной частоты. Конденсатор связи должен обладать высокой электрической прочностью, так как его пробой вызывает к. з. на шинах подстанции. Такой вид к. з. сопровождается большим током и может привести к тяжелым последствиям. Конденсаторы связи часто используются не только для подключения к линии
ВЧ аппаратуры, но и для отбора небольшой мощности промышленной частоты, а также в качестве емкостных делителей напряжения для измерения напряжения на линии. Фильтр присоединения вместе с КС образуют полосовой фильтр, через который ВЧ сигналы передаются от ВЧ кабеля в линию. Этот фильтр должен быть согласован с входными сопротивлениями линии и ВЧ кабеля. Поскольку КС является элементом полосового фильтра, то все параметры ФП приспособлены к заданному значению емкости этого конденсатора. Для защиты элементов ФП и аппаратуры уплотнения от волн перенапряжения, проникающих в устройство присоединения через КС, параллельно линейной обмотке фильтра присоединения включен разрядник Р. Этот разрядник обычно размещается в кожухе фильтра присоединения. Для обеспечения безопасности работ с фильтром присоединения предусматривается возможность глухого заземления
нижней обкладки конденсатора связи. Для этой цели служит заземляющий нож ЗН. Фильтр присоединения с разрядником и заземляющий нож монтируются на той же конструкции, на которой устанавливается конденсатор связи, непосредственно под рабочим проводом ВЛ, в том месте, где эта линия заходит на территорию подстанции. Высокочастотный кабель ВК служит для связи ВЧ аппаратуры с
ФП. Высокочастотная аппаратура располагается либо в линейно-аппаратном цехе ЛАЦ связи, либо на релейном щите станции или подстанции, где смонтирована аппаратура релейной защиты и автоматики. Расстояние от ЛАЦ или релейного щита до места установки КС составляет от нескольких десятков до нескольких сотен метров. К одному ВЧ кабелю может присоединяться несколько
ВЧ аппаратов. Для ослабления взаимного влияния между ними иногда применяются разделительные фильтры РФ. Чаще всего эти фильтры применяются для отделения аппаратуры каналов телефонной связи или телемеханики от ВЧ аппаратуры системной автоматики, поскольку к надежности последних предъявляются особенно высокие требования. Применение РФ целесообразно не только для уменьшения взаимного влияния между аппаратурой различных каналов, но и для удобства эксплуатации этой аппаратуры.
При наличии РФ ревизию одного из аппаратов можно производить, не нарушая работу параллельных каналов даже при случайном закорачивании ВЧ выхода ревизуемого аппарата. Помимо присоединения фаза земля могут применяться еще другие схемы присоединения. При присоединении по схеме фаза фаза рис. 1-5 затухание канала получается несколько меньше, чем при схеме фаза земля. Параметры канала фаза фаза меньше изменяются при изменении схемы высоковольтной сети из-за коммутационных переключений оборудования на подстанциях, чем параметры канала фаза земля. Происходит это оттого, что режим нагрузки третьей, нерабочей фазы почти не влияет на параметры канала, образованного по двум фазам, в то время как режим нагрузки двух нерабочих фаз в канале фаза земля сильно влияет на характеристики этого канала затухание, входное сопротивление, зависимость затухания от частоты. Несмотря на эти преимущества, схема фаза фаза в странах
СНГ почти не применяется. Объясняется это, во-первых, тем, что эта схема требует большего количества аппаратуры обработки и присоединения, чем схема фаза земля, и, во-вторых, тем, что схема фаза земля дает возможность лучше отделить друг от друга различные ВЧ каналы, создаваемые по одной ВЛ. Схема фаза земля позволяет более гибко группировать каналы, распределяя их по разным фазам линии. В других странах схема фаза фаза находит довольно широкое применение.
В весьма редких случаях применяется схема фаза фаза разных линий. Эта схема целесообразна, когда нужно получить ВЧ канал весьма высокой надежности при наличии двух параллельных линий. При любом виде повреждения одной из линий связь по каналу сохраняется по схеме фаза земля второй линии. Схемы две фазы земля и три фазы земля лишены каких-либо преимуществ по сравнению со схемой фаза земля и не применяются. Связь по схеме три фазы земля вообще невозможна на расстоянии, большее 10 15
км. Относительно новым видом ВЧ связи является связь по проводящим биметаллическим тросам. Такие тросы выполняются не стальными, а сталеалюминевыми и обладают хорошей проводимостью для токов высокой частоты. Для связи по линиям с проводящими тросами применяются схемы присоединения один трос земля, трос трос и два троса земля. В последние годы начинает также применяться связь по изолированным проводам расщепленных фаз. Провода расщепленной фазы могут быть изолированы один от другого на всем протяжении линии, если вместо металлических применять изолирующие распорки между составляющими проводами. Для объединения составляющих проводов по промышленной частоте эти провода по концам линии соединяются через реакторы катушки индуктивности. По изолированным проводам расщепленных фаз возможно осуществление ВЧ связи, как по двухпроводной линии. Предполагается также осуществлять каналы ВЧ связи по изолированным проводам расщепленного троса.
Во всех описанных схемах присоединения используются КС. Однако связь ВЧ аппаратуры с проводами ВЛ возможна также через антенну, т. е. провод, натянутый вдоль линии на некотором расстоянии от линейных проводов. Антенная связь характеризуется весьма малой эффективностью и поэтому не применяется для связи стационарной аппаратуры с линией. Однако она находит применение для связи с линией переносных
ВЧ аппаратов, используемых для линейно-эксплуатационной связи. В качестве антенны часто используются разземленные участки грозозащитного троса. Литература 1. Микуцкий Г.В Скитальцев В.С. Высокочастотная связь по линиям электропередач. М. Энергия, 1987. 2. Микуцкий Г.В. Высокочастотные заградители и устройства присоединения для каналов высокочастотной связи. М. Энергоатомиздат, 1984. 3.
Рыжавский Г.Я Штемпель Е.П. Наладка ВЧ каналов релейной защиты. М. Энергоатомиздат, 1988. 4. Рыжавский Г.Я. Присоединение высокочастотных каналов к линиям высокого напряжения. М. Электроцентроналадка, 1955.