37. Каналы телемеханики по высоковольтным линиям электропередач

Использование линий электроснабжения для передачи телемеханических сигналов имеет ряд преимуществ, обусловленных тем, что эти линии обладают высокой механической прочностью, хорошей изоляцией, легкостью обслуживания, а также тем, что их направление обычно совпадает с направлением передачи сигналов телемеханики. Линии электропередач (ЛЭП) позволяют экономить значительные средства при прокладке специальных линий для телемеханики несмотря на то, что использование линий электропередачи для передачи телемеханических сигналов связано с рядом трудностей.

Главнейшей из них является необходимость передачи высокочастотного телемеханического сигнала. С этой целью применяется так называемая высокочастотная обработка линии, которая реализуется с применением специальной аппаратуры. Она применяется для присоединения телемеханических устройств к линиям, находящимся под высоким напряжением, и для снижения затухания токов высокой частоты при прохождении их через оборудование высокого напряжения (выключатели, трансформаторы, разъединители), обладающее низким сопротивлением.

Линии электроснабжения, применяемые для передачи телемеханических сигналов, подразделяют на высоковольтные линии электропередачи (ВЛ) и промышленные или распределительные силовые сети (РСС) с напряжением 380 В.

Каналы связи по высоковольтным линиям. Высоковольтные линии используются для передачи телемеханических сигналов контроля и управления объектами в энергосистемах. В связи с большим уровнем помех в ВЛ передача осуществляется на частотах 35 ÷ 500 кГц с достаточно большой мощностью сигналов (до 10 Вт). Повышенный уровень помех в ВЛ объясняется тем, что к помехам, свойственным обычным воздушным линиям связи, здесь добавляются специфические электрические помехи во всем спектре высоких частот. Эти помехи обусловливаются коронированием проводов (электрические разряды в воздухе вблизи поверхности проводов из-за высокого напряжения), разрядами на поверхности изоляторов, включением и отключением линии и высоковольтного оборудования и т.п. Иней и гололед увеличивают коэффициент затухания. Например, при толщине слоя льда 1 см на частоте 100 кГц затухание увеличивается примерно вдвое для линий напряжением 110 и 220 кВ (с 10 до 20 мНп/км).

Наиболее распространенной схемой подключения аппаратуры телемеханики к высоковольтной линии является схема «фаза – земля», в которой передача сообщений телемеханики происходит по одному проводу (одной фазе) и общей шине (земле) (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Схема «фаза – земля» для передачи

телемеханических сигналов по высоковольтной линии:

ВЧЗ – высокочастотная защита, КС – конденсатор связи, ФП – фильтр подключения, ВК – высокочастотный кабель, ПТ – пункт телемеханики

Пункт телемеханики ПТ соединяется с ВЛ высокочастотным кабелем ВК. Чтобы исключить влияние высокого напряжения линии на аппаратуру телемеханики, ПТ отделяется от ВЛ конденсаторами связи КС (для ВЛ напряжением 110 кВ емкость КС равна 2200 пкФ), которые представляют большое сопротивление для переменного тока частотой 50 Гц, передаваемого по ВЛ, и малое сопротивление для высокочастотных сигналов телемеханики.

Фильтр присоединения ФП и конденсатор связи КС составляют полосовой фильтр, настроенный на передающую частоту сигналов телемеханики. Высокочастотный заградитель ВЧЗ предотвращает протекание токов высокой частоты, на которых передаются сигналы телемеханики, в сторону подстанций 1 и 2. Для частоты переменного тока 50 Гц его сопротивление незначительно.

Для увеличения помехоустойчивости применяют обработку ВЛ по схеме «фаза – фаза». Эта схема получается из схемы, изображенной на рис. 6.3, путём подключения второго выхода цепи с пункта телемеханики ПТ вместо «земли» ко второй фазе высоковольтной линии.

Повышение помехоустойчивости достигается тем, что помехи в линии связи наводятся на обе фазы одновременно, как правило, одной и той же величины и с одним и тем же знаком. Рассматривая общую цепь передачи телемеханического сигнала, в которой источником сигнала является пункт телемеханики, нетрудно видеть, что помехи в двух фазах включены в общей цепи встречно, поэтому они взаимно компенсируются и результирующая наводка существенно снижается.

Недостатком схемы подключения «фаза – фаза» является удвоение аппаратуры для обработки высокочастотного телемеханического сигнала.

Каналы телемеханики по распределительным силовым сетям.

Распределительные силовые сети (РСС) имеют широкое распространение и используются непосредственно для подведения энергии к потребителям. Поэтому имеется принципиальная возможность их использования для передачи телемеханических сигналов, особенно там, дополнительная прокладка проводных линий связи затруднительна и дорогостояща. Применение РСС упрощает решение таких задач, как переключение счетчиков электроэнергии с дневного тарифа на ночной, передача сигналов пожарной тревоги, включение уличного освещения и т.п., причем, как правило, передаётся только командная информация.

Каналы по РСС характеризуются трудностью их обработки и сравнительно высоким уровнем помех. Эти особенности вытекают из того, что к РСС присоединяется большое количество нагрузок, места подключения которых меняются. Нагрузки обычно шунтируют сигналы телемеханики, а обработка каждой нагрузки соответствующими фильтрами и высокочастотными заградителями, аналогичная соответствующей обработке на ВЛ, достаточно дорогостоящая и трудоемкая.

Если сигналы на РСС не обрабатывать, то для передачи сигналов сообщений требуется большая мощность. Например, для передачи телефонных сигналов потребуется мощность порядка 1 кВт.

Снизить мощность входного сигнала до нескольких ватт можно путём использования узкой полосы частот, например, порядка 10 Гц, при этом достаточно выполнить лишь ограниченную обработку РСС или даже обойтись без нее.

Недостатком такого способа уменьшения мощности сигнала является снижение быстродействия передачи, передача команд осуществляется в течение десятых долей секунды, а не миллисекунды.

Передача телемеханических сигналов осуществляется и на высоких частотах. С увеличением частоты уровень помех уменьшается, причем в сетях напряжением 380 В уровень помех выше, чем в более высоковольтных сетях. Кроме того, с повышением частоты телемеханического сигнала увеличивается его затухание.

Уменьшение уровня помех и рост затухания сигнала с повышением частоты происходят неравномерно, вследствие чего оптимальный диапазон частот для передачи может также изменяться. Конфигурации РСС, их длина, количество и характер нагрузок могут изменить оптимальный диапазон частот, в котором следует производить передачу телемеханических сигналов. Для его определения необходимо конкретное измерение параметров данной РСС.