книги из ГПНТБ / Быховский Я.Л. Высокочастотная связь в энергосистемах
.pdf
БП2.13 Б 95
УДК 621.Д96.61.621.316.1
Гос. публичная
библиотека <.<••
Ч ИТ А № ] - О Г О _ З А Л А _
Быховский Я. «П., Кафиева К. Я.
Б 95 Высокочастотная связь в энергосистемах. М., «Энергия», 1974.
152 с. с ил.
В книге рассматриваются вопросы теории и современной практики осуществления в. ч. связи по линиям электропередачи. Основное вни мание уделяется новым, принципиально отличным от традиционных, решениям выполнения аппаратуры уплотнения, схем обработки и при соединения в. -ч. каналов, а. также новым методам расширения воз можностей рассматриваемого вида связи.
Книга предназначена для специалистов научио-исследопательских. проектно-конструкторских и эксплуатационных организаций, ж е л а ю щ и х получить достаточно полное представление о в. ч. каналах связи по линиям электропередачи.
Б |
30311-011 |
101-74 |
6П2.13 |
(051)01-74 |
|||
© |
Издательство «Энергия», |
1974 г. |
|
V
П Р Е Д И С Л О В И Е
Высокочастотная связь по линиям электро передачи является одним из важнейших звень ев систем диспетчерского управления, релей ной защиты линий, автоматики и телемеха ники.
Это обусловливает интерес к вопросам вы сокочастотной связи не только со стороны спе циалистов служб СДТУ, но и специалистов смежных отраслей.
В ближайшие годы в. ч. связь в энергоси стемах должна получить дальнейшее развитие. Решения XXIV съезда КПСС, предусматрива ющие опережающий рост энергетики в теку щем 'пятилетии и создание автоматической си стемы диспетчерского управления (АСДУ) Единой энергетической системы Советского Со юза, обусловливают необходимость обеспече ния АСДУ достаточным объемом средств свя зи. Благодаря высокой надежности и эконо мичности высокочастотной связи по линиям электропередачи этот вид связи будет играть важную роль три осуществлении АСДУ ЕЭС.
Книга рассчитана на широкий «руг работ ников энергосистем, желающих ознакомиться с основными 'принципами и возможностями высокочастотной связи. В ней, наряду с вопро сами теории и результатами эксперименталь ных исследований, рассмотрены некоторые по следние достижения техники связи энергоси стем: многоканальная связь по грозозащитным тросам и изолированным проводам расщеплен ной фазы, передача информации то ВЛ сверх высокого напряжения, методы повышения помехозащищенности и надежности каналов связи.
3
Главы 2, 5, 8 и 9 написаны Я- Л. Выхоз- ски-м, гл. 3 — К. Я. Кафиевой, остальные главы написаны совместно.
Авторы выражают благодарность рецензен ту К. Е. Михайлову за ценные указания, спо собствот а шли с улучти ей iно р ушп иси.
Все замечания по книге просьба направ лять по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб., 10, Изд-во «Энергия».
Авторы
Г Л А В А П Е Р В А Я
П РИ М ЕНЕ Н ИЕ В Ы С О К О Ч А С Т О Т Н О Й СВЯЗИ П О ВЛ
За (последние десятилетия наблюдалось значительное развитие техники высокочастотной связи по ВЛ. Большая надежность и экономичность этого специфического вида связи стимулировали проведение исследований как тео ретического, так и практического характера. Такие ис
следования проводились в 'нашей |
стране и |
за рубежом |
|
примерно с начала 20-х годов (в |
Советском |
Союзе |
пер |
вый высокочастотный телефонный |
канал на линии |
ПОкв |
|
Кашира — Москва был создан в |
1922 г.). Однако 'Под |
||
линно массовое внедрение высокочастотной |
связи по ВЛ |
||
в 'нашей стране началось в послевоенный период и, осо бенно, в 50-е годы. Работы в этой области были сосре доточены .главным образом во Всесоюзном научно-иссле довательском институте электроэнергетики (ВНИИЭ), где выполнялись разработки высокочастотных телефон ных постов типа МВП п ЭПО, приемо-нередатчиков за щиты ПВЗ, ПВЗК, ПВЗД и постов телемеханики ТДО и ТМВД/П. В освоении и промышленном выпуске этой аппаратуры принимали участие предприятия электро- и р адиоп'ромы<шленности.
Во ВНИИЭ и на предприятиях МРП в середине 50-х годов был разработан комплекс аппаратуры высокоча
стотной связи |
для линий |
400—500 лв, в |
том |
числе — |
в. ч. посты телефонной связи ЭПО-400, защиты |
ПВЗ-400, |
|||
телемеханики |
ТДО-400 |
и ТМДП-400, |
заградители |
|
ВЗ-2000/400 и специальные измерительные |
приборы |
|||
(ИУУ-ЛЭП, ГУН-400 и др.). |
|
|
||
В60-е годы была создана новая высокочастотная аштратура на полупроводниковых приборах типа ВЧА-1, ВЧА-3, ТМТП, МП, ПВЗП.
Всвязи с ростом потребности энергосистем в в. ч. каналах связи во ВНИИЭ была разработана аппаратура
5
преобразования ПЧВ и МПУ-12 для подключения к ЛЭП трех- и двенадцатиканальных систем дальней связи.
Большой вклад в дело оснащения энергосистем аппа ратурой в. ч. связи .по ВЛ внес также Ростовский опыт ный завод Ростоъэнерто, на котором под руководством работников ОРГРЭС была разработана и внедрена и се рийное .производство аппаратура в. ч. каналов связи и телемеханики МК-58, МК-60, КП-59, КМК-64, АРС, а также устройства обработки распределительных сетей.
Наряду с совершенствованием конструкций аппарату ры в. ч. связи но ВЛ развивались также теоретические исследования ряда 'вопросов, связанных как с характе ром 'распространения в. ч. сигналов по ВЛ, так и с вы явлением оптимальных методов присоединения ,в. ч. аппа ратуры *к миотопроводны'М ВЛ с транспозициями, ответв лениями и прочими специфическими особенностями дан ного вида связи. В частности, результатом таких иссле дований явилось использование для связи изолированных грозозащитных тросов, а также проводов расщепленной фазы с применением изолирующих .распорок.
В 60-е годы в ЛПИ, НИИПТ, ВНИИЭ, ИЭМ и ОРГРЭС были разработаны и внедрены точные методы расчета высокочастотных параметров линий электропере дачи на ЭВМ.
Наряду с развитием отечественных методов конструи рования и расчета изучался зарубежный опыт развития в. ч. связи по ВЛ. Следует отметить, однако, что Совет ский Союз в последнее десятилетие занимает ведущее положение среди наиболее развитых стран по использо ванию в. ч. связи по ВЛ.
В настоящее время н энергосистемах Советского Сою за находятся в эксплуатации десятки тысяч в. ч. каналов общей протяженностью свыше 1 мля. км. Такое широкое распространение этого вида связи обусловлено его (высо кими технико-экономичеокимн показателями.
Опыт эксплуатации показывает, что при использова нии современной в.'ч. аппаратуры, выполненной на вы соконадежных полупроводниковых элементах, поврежде ния в в. ч. каналах по ВЛ могут иметь место, в основном, лишь вследствие неполадок на линии: прироста затуха ния, увеличения уровня помех, повреждения ВЛ. Послед ние .происходят довольно редко (примерно одно повреж дение в год на 100 км протяженности ВЛ) . Чрезвычайно мала также вероятность обрыва всех трех фаз или рабо-
чей фазы ВЛ вблизи подстанции. Таким образом, основ ной :причинсй прироста затухания в в. ч. каналах .по ВЛ оказывается 'наличие инея или 'гололеда. В настоящее время созданы и развиваются методы и устройства, по зволяющие снизить влияние гололеда «а работу в. ч. каналов.
Рост уровней помех в в. ч. каналах то ВЛ обусловли вается в шервую очередь короной на проводах ВЛ, кото рая, помимо конструктивных особенностей ВЛ, зависит также от условий погоды и других факторов.
В 50-е и 60-е годы в нашей стране была (проведена большая работа но исследованию уровней шомех от коро ны на существующих ВЛ и созданию 'методов расчета помех от 'проектируемых ВЛ сверхвысоких напряжений.
Наиболее ответственные в. ч. каналы в настоящее время строятся с таким расчетом, чтобы их ра'бота не прерывалась даже при сильном гололеде и интенсивной короне.
При передаче сигналов аппаратуры телеотключения и других 'быстродействующих устройств приходится счи таться также с кратковременными импульсными поме хами, вызываемыми атмосферными и коммутационными перенапряжениями.
Вряде случаев недопустимое повышение уровней по мех может -вызываться также искреннем разрядников на изолированном тросе, неисправностями арматуры, предпробойным состоянием изоляции ВЛ. Однако такие не исправности 'быстро обнаруживаются н устраняются пер соналом обслуживания самих ВЛ вне зависимости от ра боты каналов связи.
Таким о'бразом, можно полагать, что надежность вы сокочастотных каналов по линиям электропередачи при мерно равна надежности каналов по кабельным линиям связи при значительно меньших расходах на сооружение
иэксплуатацию.
Вкачестве примера можно привести сравнение за трат на сооружение однокабельной магистрали длиной 800 км, уплотненной 24 каналами связи, с затратами на организацию 24 в. ч. каналов по грозозащитным тросам линии электропередачи такой же длины. В первом слу
чае требуются капиталовложения в сумме 3 307 тыс. руб.
и (годовые эксплуатационные расходы |
528 |
тыс. руб.; об |
||
щие тодовые |
затраты |
при этом с учетом |
нормативного |
|
коэффициента |
0,15 |
составляют |
3307-0,15 + 528 — |
|
~ 1 026 тыс. руб. Во втором случае эти затраты равны соответственно 1 785, 202 и 470 тыс. руб. Годовой эконо мический эффект составляет 1 025—470 = 555 тыс. руб.
Многоканальные системы по фазным проводам линий электропередачи организуются лишь ib отдельных слу чаях и на сравнительно небольшие расстояния. В прак тике энергосистем более широкое распространение полу чили малоканальные системы связи, затраты на которые весьма скромны. Так, например, сооружение восьми ка налов (две трехканальных и две одноканальных системы) по фазным проводам передачи 500 кв протяженностью около 1 000 км с тремя промежуточными подстанциями требует капиталовложений около 250 тыс. руб., эксплуа
тационные 'расходы при этом |
составляют около 50 тыс. |
руб. в год, а общие годовые |
затраты равны 250-0,15 + |
+ 50=88 тыс. руб. |
|
Приведенные цифры показывают, что использование высокочастотной связи по линиям электропередачи дает значительный народнохозяйственный эффект.
За последние годы наряду с дальнейшим усовершен ствованием техники в. ч. связи по проводам линий элек тропередачи появился ряд новых достижений в области теории и практики—совершенствуются точные методы расчета в. ч. трактов и помех с использованием ЭВМ, внедряются многоканальные системы связи по фазным проводам, грозозащитным тросам и по изолированным проводам 'расщепленной фазы, модернизируется аппара тура в. ч. обработки ВЛ, предложено использование «пе тель» для заграждения токов высокой частоты и для присоединения передатчиков сигнализаторов гололеда. Высокочастотное уплотнение силовых сетей начали при менять в других отраслях промышленности: для связи используются силовые кабели, троллейные провода и осветительные сети. Разработаны новые системы в. ч. защит, телеотключения, телерегулирования и передачи данных, а также линейно-эксплуатационной связи и сиг нализации гололеда по проводам и тросам ЛЭП.
Разработаны системы сигнализации по силовым се тям с помощью тональных частот и гармоник 50 гц. Ве дутся исследования по применению с. в. ч. с использова нием ЛЭП в качестве волновода или путем сочетания каналов с. в. ч. с каналами по ЛЭП.
Полагая, что традиционные методы расчета, конст руирования и эксплуатации устройств и каналов в. ч.
а
связи по ВЛ |
достаточно освещены |
в литературе, мь! |
<в настоящей |
книге коснемся главным |
образом новых ли |
бо малоизвестных методов и решений, осветив отечест венный и зарубежный опыт.
Г Л А В А В Т О Р А Я
О С Н О В Ы ТЕОРИИ СВЯЗИ П О Л И Н И Я М Э Л Е К Т Р О П Е Р Е Д А Ч И
Распространение токов высокой частоты .тго проводам линий электропередачи описывается с помощью так на зываемых телеграфных уравнений, дающих возможность определить токи и напряжения в каждом проводе, в лю бой точке линии по их значениям в начале или конце линий.
Эти уравнения и их решения тем сложнее, чем боль ше в линии проводов и неоднородностей, к которым от носятся несогласованные нагрузки, ответвления, транспо зиции и др.
Наиболее простой одноводаювой системой является однопроводная линия, в которой обратным проводом является земля. Такая линия характеризуется одной по стоянной передачи у = Р + / « и одним волновым сопротив лением Zc . Токи и напряжения в любой точке однопро-
водной |
линии, нагруженной |
на |
согласованную нагрузку |
Z e = Z c |
(рис. 2-1), определяются |
выражениями |
|
|
Ux=U0e-"; |
|
|
|
|
|
(2-1) |
|
" A T |
" |
Z c - |
Вторичные параметры линии у и Zc связаны с первич ными параметрами R, L , G и С— сопротивлением, индук тивностью, проводимостью изоляции и емкостью на еди ницу длины следующими формулами:
: ! / " ( # + / ^ ) ( 0 + /шС); |
(2-2) |
а + /шс гдеш — круговая частота {w — 2nf).
9
Для высоких частот, когда }coL^>R и jwC^>,G, эти формулы можно упростить
Z c = | / ^ - |
(2-5) |
На линиях электропередачи, благодаря хорошей изо ляции проводов, проводимость изоляции G весьма мала и можно пренебречь вторым членом (2-4). Тогда (2-4) можно записать так:
T = - ^ + / « » ^ = a + /p. |
(2-6) |
Активная составляющая (2-6) выражает затухание линии на единицу длины (обычно на 1 км), коэффициент при j означает изменение фазового утла на единицу длины:
километрическое -затухание
* = 4 г ; |
|
( 2 - 7 ) |
угловой коэффициент |
|
|
$ = а>УТС, |
(2-8) |
|
так как (3 = ю/у, где v — фазовая |
скорость, |
то |
" = 7 Т Г |
|
( 2 - 9 ) |
Если нагрузка на конце линии 1сф1с, |
то появятся |
|
отраженные волны и выражения |
для определения токов |
|
и напряжений в различных точках линии примут следую щий вид:
Ux= |
Ua ch fx |
— IaZe sh fx; ] |
|
|
rx==I0chfx-^-shfx. и |
J\ |
(2-Ю) |
||
Если в (2-10) |
вместо Ze |
поставить |
ZC ) получим |
(2-1). |
Из (2-10) можно получить телеграфные уравнения, связывающие напряжение и ток в начале линии с их значениями на конце:
UB = Uechfl + IeZcshfl; |
) |
|
и |
\ |
(2-11) |
•/0 = ^ c h Y / + / e sh T / . |
j |
|
ю