单边带电力线载波系统设计导则

中华人民共和国国家标准单边带电力线载波系统GB/T14430—93设计导则Planningofsingle-sidebandpowerlinecarriersystems国家技术监督局1993-06-05批准1993-12-01实施本标准参照采用国际电工委员会663号出版物《单边带电力线载波系统的设计》(1980年版)。1主题内容与适用范围本标准规定了电力线载波系统设计的基本方法，对有关概念及原理作了说明。本标准适用于110～500kV交流电网单边带电力线载波系统，可作为系统设计的指导文件。35kV电网也可参照使用。2引用标准GB4705耦合电容器及电容分压器GB7255单边带电力线载波机技术条件GB7329电力线载波结合设备GB7330交流电力系统线路阻波器图1表明了与电力线载波系统有关的国家标准示意图。图1与电力线载波系统有关的国家标准示意图3电力线载波系统3.1概述电力线载波是利用电力线作传输媒介的载波通信，不需另外架设通信线路。电力线结构坚固，作为通信媒介使用可靠性很高。电力线和电力设备在运行和操作中存在电晕、电弧和火花放电等现象，使电力线载波通道的噪声较高。为保证传输信号的信噪比，电力线载波机的发信功率较大。电力线路故障时，载波通道的衰减可能会发生较大的变化，为保证电力系统通信不中断，电力线载波机应具有较好的自动电平调节特性。电力线载波机除传输电话信号外，还需传输远动、数据及远方保护等非电话信号，因此有专用机和复用机之分。电话信号与非电话信号的复用有交替复用和同时复用两种方式。由于电力线载波信号的传输通过电力线，所以电力线载波通道的组织与电网的结构密切相关。电力线载波机一般安装在发电厂、变电所或开关站内。电力线载波通信是电力部门特有的一种通信方式，特别适用于以电力系统各发电厂、变电所和开关站为对象的电力系统调度电话、远动，及在被保护的电力线路两端间传送保护信号的远方保护系统。电力系统中的电力线在发电厂和变电所内是连接在公共母线上的，在电力线上开设的电力线载波通道之间有较大的相互干扰。这种通道间的串扰，限制了电力线载波通道开设的数量，对电力线载波通信的质量也很不利。可以采用合理的安排电力线载波通道的频率和安装阻塞效果较好的阻波器或频率分隔装置等方法解决。电力系统调度通信要求迅速、正确、可靠。电力线载波机一般设有自动交换系统(自动盘)与用户直接连接，或二线、四线接口，与系统中的交换设备连接。电力线载波传输频率范围，最低频率由结合设备的传输性能及其费用确定，最高频率由传输衰减确定，并考虑无线电信号干扰等因素。我国规定为40～500kHz。3.2应用电力线载波系统主要用来传送：电话信号：模拟信息；非电话信号：电报、传真、远动、远方保护、数据等模拟或数字信息，采用移频键控(FSK)或移相键控(PSK)调制以音频方式传送。3.2.1电话电力线载波系统可以用作从简单的同线电话到专用电话交换网中的中继线等广泛范围内的通话工具。电话通路一般采用四线汇接交换方式，也可采用二线方式。在复用机中，一般将电话的上限频率降低到2000Hz或2400Hz，而将上音频频带供非电话信号传输复用，也有将有效传输频带扩展到3400Hz以上的方式，以便安排更多的非电话信号通路。3.2.2电报、传真电报(电传)和传真也可在电力线载波电路上使用。有些电力部门在调度管理上使用电传打字电报，因为电传打字电报在命令端和执行端可以自动记录交换的信息，在点对点和交换网的电路中都可以采用，传输速率一般为50或75波特，由所用的电传打字机决定。传真则需较高的速率。电报和传真通路的性能应符合国际电报电话咨询委员会(CCITT)的有关标准。3.2.3远动远动信号一般采用检错校验编码方式，以达到高度的安全性，避免错误动作或丢失信号。其传输速率从50bit/s到2400bit/s或以上，目前多数采用200、600、1200bit/s。3.2.4远方保护为保护电力设备安全，防止事故扩大，保证电力系统稳定运行和连续供电，在电力系统发生故障时，需通过远方保护系统在线路两端间高速度地传送继电保护信息，控制两端保护装置有选择性地快速动作，切除故障。根据传送信息形式和对保护装置作用的不同，远方保护系统有模拟系统与命令系统两种。模拟远方保护在线路两端间传送工频电量的幅值、相位信息。接收端将收到的模拟信息与本端相应值比较，判定故障发生在被保护线段区内还是区外。命令远方保护在线路两端间传送改变开关状态的命令：断开或投入，这类命令可分为跳闸式和闭锁式两种。跳闸命令又可分为直接跳闸和允许跳闸两种方式。在直接跳闸方式中，不论本端保护的动作情况如何，接收端收到命令信号后就可以跳闸；而允许跳闸方式，只在接收端收到命令而且本端保护也动作时才能实现跳闸。在闭锁方式中，接收端收到命令信号后，禁止本端保护装置动作。远方保护系统的特点是：允许传送和判别的时间很短，发送信号的次数极少(每年仅数次)没有预定的发送时间，而且要求保护装置正确动作的概率很高(安全性很高)和丢失命令的概很低(可依靠性很高)。电力系统发生故障时，线路的干扰和衰减会增加。这时，仍应可靠地接收远方保护信号。对于直接跳闸式和允许跳闸式保护装置，这点尤为重要。在电力线载波系统中，远方保护可以专用一条载波通路，也可以和电话信号等复用一条通路。根据对安全性、可依靠性、需要的操作时间、是否经济以及可用的频带宽度等方面的要求作出适当选择。对于传送远方保护信号的复用电力线载波机，通常采用发送保护信号时中断电话及全部或部分非电话信号，并相应提高保护信号电平的方式(交替复用)。有些保护专用的电力线载波设备平时不发送载波信号，只在需要时发送很短时间。这种设备应装设定时测试电路，每隔一定时间，例如24小时，发一次测试信号，以证实系统是否工作正常。进行电力线载波系统设计时，对这种平时不发信号的载波设备，在可能发生的干扰影响等方面，与连续发送电话或其他信号的一般载波机相比，显然应有不同考虑。3.3耦合装置为使电力线兼用于载波通信目的，需要装设耦合装置，包括耦合电容器(或电容分压器)、线路阻波器、结合设备及高频电缆等。耦合装置使载波信号进入电力线及从电力线引出时损耗较小，使通信设备和电力线的工作电压、操作过电压、雷电过电压隔开，减少一次设备对载波信号引起的分流损失，并使通道的线路阻抗不受电力系统操作的影响。设计耦合系统采用的线路阻抗值一般是：单根导线：相地耦合为400Ω。相相耦合为600Ω；分裂导线：相地耦合为300Ω，相相耦合为500Ω。上述数值是在整个载波频率范围内以及未耦合相终端处于各种可能状态的典型值。实际值可能和典型值相差较多，从设计的观点看来，这个问题并不重要，线路输入阻抗的失配虽然会使损失增加十分之几分贝，但不会使功率放大器产生失真。3.3.1耦合电容器(或电容分压器)耦合电容器连接在结合设备和电力线之间，具有承受高电压的性能。耦合电容器的技术要求见GB4705。耦合电容器的费用随电容量的增加而增加很多，耦合装置的通频带宽度又取决于耦合电容器的电容量。因此，建议对于220kV以下线路选用10000pF；220kV及以上线路选用5000pF。3.3.2线路阻波器线路阻波器与电力线串联，连接在耦合电容器与电力线的连接点和变电站之间，或接在电力线的分支处。线路阻波器主要由能通过全部线路电流的强流线圈、调谐元件和保护元件组成。强流线圈的电感值为0.2～2mH。线路阻波器的技术要求见GB7330。用于提高线路阻波器阻塞效果的调谐元件有几种电路。一种具有单频调谐性能，在一个载波频带内呈现高阻塞阻抗。另一种具有双频调谐性能，在两个不相邻的载波频带内呈现高阻塞阻抗。还有一种具有宽频带调谐性能，在一个较宽载波频带内呈现高阻塞阻抗。为保证阻塞效果，建议按电阻分量法调谐，一般分流损失按GB-7330不应超过2.6dB，这相当于阻波器阻塞电阻为线路特性阻抗2倍的情况。3.3.3结合设备结合设备与耦合电容器一起，在电力线和高频电缆之间传输载波信号，由以下基本元件组成：接地刀闸：在维修和其他需要的情况下，将结合设备的初级端子直接有效地接地，保证设备和人身安全；避雷器：限制来自电力线的瞬时过电压；排流线圈：为通过耦合电容器的工频电流提供接地通路；调谐元件(包括匹配变量器)：与耦合电容器一起组成高通、带通滤波器或其他网络，以提高载波信号的传输效率。在结合设备工作频带内，工作衰减应小于2dB。结合设备应尽可能与线路特性阻抗匹配，以提高传输效率。在结合设备的工作频带内，线路侧和电缆侧的回波损耗应大于12dB。测试时应计及耦合电容器低电压端子杂散电导和杂散电容的影响。结合设备的其他要求见GB-7329。3.3.4高频电缆高频电缆接在结合设备的次级端子和载波机之间，按照载波机载波输出输入端不同阻抗的要求，可以用不对称电缆(同轴电缆)，也可用对称电缆。电缆的阻抗值，同轴电缆一般为75Ω；对称电缆一般为150Ω。我国主要采用同轴电缆。采用同轴电缆时，屏蔽层的接地有不同的方法。如电缆处于同一个接地网范围内，有两种接地方法：一种是将同轴电缆屏蔽层的两端都接地，另一种是只在载波机一端将同轴电缆的屏蔽层接地。前一种方法可以保证工作人员的安全，因为在当地的地和屏蔽层之间不会出现电位差。但是，采用这种接地方式，在发生故障时，同轴电缆的屏蔽层和芯线中会出现工频环流电流。工频环流将引起其他问题，例如结合设备的线圈有磁芯时将使磁芯饱和；如结合设备和载波机不在一个接地网范围内，故障时两端地电位可能相差很大，同轴电缆屏蔽层中的环流可能达到危险程度，使电缆损坏。这时，建议只采用在载波机一端将屏蔽层接地的方法。一端接地虽没有工频环流，但在结合设备匹配变量器两线圈间会出现电位差。匹配变量器必须按这种情况设计，对故障时屏蔽层与当地的地之间可能有电位差的问题也应采取预防措施。采用铠装电缆时也会发生类似问题，应作同样考虑。如采用对称电缆，有些问题可能不致发生。3.4耦合方式3.4.1电力线耦合载波设备与电力线之间的耦合方式，主要有相地耦合和相相耦合两种。3.4.1.1相地耦合这种耦合方式是将载波设备接在一根相导线和地之间，在每个耦合点只需装一个耦合电容器和一个阻波器，使用设备较少，但其衰减比相相耦合大。在耦合相发生接地故障时，衰减还会增加很多。需要指出，虽然耦合是按一相对地连接的，实际的信号传输却包括其他两相在内，以复杂的方式进行着。由于相地耦合比较经济，在线路故障时不要求载波通道具有很高的可靠性的一般情况下，可以采用这种方式。3.4.1.2相相耦合这种耦合方式是将载波设备接在两根相导线之间，可以用一个相相结合设备，也可以用两个相地结合设备。如用一个相相结合设备，耦合电容器低压端和结合设备之间的距离一般比用两个相地结合设备时大，发生危险或中断的可能性也较大。为了保证安全，通常均以两个相地结合设备进行相相耦合，而将他们的匹配变量器的次级正确连接起来。这样，这种方式就需要在耦合点装两个耦合电容器和两个阻波器，耦合设备的费用较高。但它的优点突出；衰减低；线路故障，特别是单相接地故障时，衰减变化小，可靠性高；发送的干扰和接收的干扰较小等。由于80%的线路故障是单相故障，这种耦合方式在实际应用中具有重要意义。还有一种耦合方式可以看作特殊的相相耦合方式，称为线路间耦合。在同杆架设的双回路电力线上，可以利用每回线路中的一个相的导线组成相当于单回线路的相相耦合，也可以利用每回线路中两个相的导线组成差接形式耦合。采用后面这种耦合方式时，即使一回线路不送电并接地，载波通信也不致中断。3.4.2绝缘地线耦合在电力线杆塔顶部，常架设有一根或两根接地的导线，称为架空地线。其主要作用是防止线路遭受雷击并减少线路故障对邻近通信线的危险影响。为了降低输电工频损耗，有时将地线用带放电间隙的绝缘子绝缘起来，而在遭受雷击时地线仍可以通过放电间隙使雷击电流泄放，起到防雷的作用。绝缘地线也可以为通信使用，尤其是采用良导体作绝缘地线的材料时，通信效果更好。绝缘地线载波通信和电力线相线载波通信一样也需要耦合装置，但一般不需要线路阻波器，也无需耐受工频高电压的耦合电容器。