CC BY
901
УДК 621.315
СПОСОБ ПЕРЕОРГАНИЗАЦИИ КАНАЛОВ ВЧ-СВЯЗИ ПО ЛИНИЯМ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Л. Г. БУЛКИН, Д. Т. КЛОПОВ, И. В. ОСИПЕНКО
Государственное региональное унитарное предприятие «ГОМЕЛЬЭНЕРГО», Гомельские электрические сети,
Республика Беларусь
В настоящее время в электроэнергетике Республики Беларусь и стран СНГ около половины всего объема каналов в сети связи электроэнергетики составляют каналы высокочастотной (ВЧ)-связи по линиям электропередачи (ЛЭП). При построении сложных ВЧ-каналов связи (типа предприятие электрических сетей (ПЭС) - подстанция) широко применяется многоканальная ВЧ-аппаратура связи по ЛЭП типа: АСК-3, АВС-3, СПИ-244, АВС-ВЛ3. В большинстве случаев в каналах она используется для осуществления функций переприема на промежуточных подстанциях по 4-проводному окончанию с выделением при необходимости одного канала телефонной связи. На оконечных подстанциях устанавливается одноканальная ВЧ-аппаратура типа: АСК-1, АВС-1, СПИ-122, АВК.
Типичная схема построения сложного ВЧ-канала связи приведена на рис. 1а, где А - головное предприятие электрических сетей; В - подстанция переприема; С-подстанции переприема с выделением 1-го канала связи; Д, Е - оконечные подстанции с выделением 2-го и 3-го каналов связи; АТС - автоматическая телефонная станция (типа «Квант», «Е8К-400/25» и т.п.); АУ-Ц - многоканальная цифровая аппаратура кабельной связи (типа «ВБ-30», «ТО-12», «ИКМ-15/30» и т.п.); АУ-3, АУ-1-ВЧ-аппаратура связи по ЛЭП трехканальная и одноканальная (типа «АСК-3», «АВС-3», «АВС ВЛ3», «АСК-1», «АВС-1», «АВК» и т.п.), соответственно.
В энергосистеме республики практически все существующие сложные ВЧ-ка-налы связи (до 95 %) (значение ПЭС - подстанция) построены с применением многоканальной аппаратуры АСК-3, функциональной особенностью построения которой является передача в канал для управления работой системы автоматической регулировки усиления (АРУ) общей контрольной частоты (КЧ) для всех каналов. Поэтому единственно возможным вариантом построения сложного ВЧ-канала связи с применением такой аппаратуры является хорошо известное схемное решение рис. 1 а.
В связи с тем, что аппаратура АСК-3 (1970 года выпуска) физически и морально устарела, в настоящее время производится ее частичная замена. Действуя зачастую «по старинке», энергетики-связисты производят лишь простую замену старой аппаратуры новой типа АВС-3, АВС-ВЛ3. Однако, эта аппаратура характеризуется независимыми системами АРУ на каждый канал связи, что позволяет более рационально организовать старые и вновь вводимые каналы ВЧ-связи. Суть способа такова: поскольку аппаратура имеет независимые системы АРУ на каждый канал, то на подстанции переприема С исключается необходимость устанавливать второй комплект трехканальной аппаратуры. Для выделения первого канала на подстанции С устанавливается одноканальная аппаратура, а для передачи информации на оконечные подстанции Д, Е организуются лишь ВЧ-обходы (структурная схема рис. 1б), функциональная схема (рис. 2), где АО - аппаратура обработки; АП - аппаратура присое-
динения; МУС - линейный усилитель мощности (типа «ЛУС-80»); РФ - режектор-ный фильтр; Отв - ответвление от ЛЭП, обработанное заградителем.
а)
б)
Рис. 1. Структурная схема сложного ВЧ-канала связи: а) типичный канал связи; б) переорганизованный канал связи
Известно, что большая часть полезной мощности передатчика теряется на аппаратуре обработки (АО) и присоединения (АП), на ВЧ-обходах, отпайках от линии электропередачи и т.п. А при организации каналов по схеме (рис. 1б) на подстанции переприема С не осуществляется усиление сигналов (в отличие от широко известной схемы построения рис. 1а), к тому же увеличивается общее количество аппаратуры обработки и присоединения, ВЧ-обходов, отпаек от ЛЭП, параллельно работающей аппаратуры и т.п. Все это может привести к значительному увеличению общего затухания ВЧ-тракта и, в итоге, невозможности осуществления ВЧ-канала связи. Поэтому необходимо исследовать вопрос и установить критерий возможности осуществления ВЧ-канала связи, построенного по рис. 1б, определить максимальное возможное затухание ВЧ-тракта с применением типичной аппаратуры связи на передающем и приемном конце.
Для возможности осуществления ВЧ канала связи необходимо, чтобы выполнялось условие [1]:
Атр — Апер — Азап , (1)
где Атр - затухание ВЧ-тракта (дБ); Апер - затухание, перекрываемое ВЧ-аппа-ратурой связи (дБ); Азап - запас по перекрываемому затуханию (дБ) (принимается равным Азап = 8,7 дБ).
Максимальное возможное перекрываемое затухание основных типов ВЧ-аппа-ратуры, применяемых для целей ВЧ-связи в энергетике, А^ приводится в таблице
1 и зависит от мощности передатчика, количества каналов связи и подканалов телемеханики, типа линейного тракта [2].
Таблица 1
Значения перекрываемого затухания Апер для ВЧ-аппаратуры (АСК, АВС)
Тип аппара- туры Количество каналов Уровень сигнала на выходе передатчика ^„=100 Ом, дБ А , дБ для напер пряжения, кВ Апер - Азап , дБ для напряжения, кВ
ТФ ТМ ТФ ТМ КЧ 35 110 220, 330 35 110 220, 330
АСК-1, АВС-1 1 1 36,1 23,9 24,4 57,4 48,7 36,5 48,7 40,0 27,8
АСК-3, АВС-3 3 3 27,0 14,8 15,2 48,3 39,6 27,4 39,6 30,9 18,7
Затухания ВЧ-тракта канала Атр (дБ) определим по формуле:
А = А + Ао / п; (2)
тр лт и 1" 4 '
к п т I ] I Р
Ао / п = X Апар + X Ар.ф + X Акаб + X Аф.п + X А + X Апром + X Аотв + Адоп , (3)
1 1 1 1 1 3 1 1
где Ао / п - затухание аппаратуры присоединения и обработки, (дБ); Алт - затухание
линии электропередачи, (дБ); Апар - затухание, вносимое параллельно включенной аппаратурой, (дБ); А^ф - затухание разделительного фильтра, (дБ); А^аб - затухание ВЧ кабеля, (дБ); Афп - затухание фильтра присоединения, дБ; А3 - затухание, вносимое заградителем, (дБ); А м - затухание, вносимое аппаратурой уплотнения на обходе, (дБ); А - затухание, вносимое ответвлением, (дБ); А - дополни-
отв ^ доп
тельное затухание (дБ); к, п, т,/, ], I, р - общее количество параллельно включенной аппаратуры, разделительных фильтров, ВЧ-кабелей, фильтров присоединения, заградителей, аппаратуры уплотнения на обходе, ответвлений, соответственно, ВЧ-тракта канала связи.
Тогда для рисунка 2 имеем:
0 0 1 6 6 0 1
X Апар + X Ар.ф + X Акаб + X Аф.п + X А3 + X Апром + X 111111 1
Ао /п = 28 (дБ).
В расчете Ао / п принимается, что А^аб =1дБ (для ВЧ-кабеля РК-75, / =500кГц, Ь=0,5 км) [3], Афп =1,5 дБ (для широкополосных фильтров типа ФПУ, ФПМ, паспортные данные), А3=1,5 дБ (для случая 2фл =400 Ом, Я3 = 1000 Ом) [2], Аотв =3,5 дБ (заградитель один в рабочей фазе, Я3=1000 Ом) [2], Адоп =5,5 дБ (3,5 дБ на Г-
образный обход на подстанции С+ 2дб прочие затухания) [3].
Зависимость затухания линейного тракта от его протяженности Алт (Ь) определим по следующим формулам [1]:
Алт (Ь) = а1 ' Ь + ак + Аамф ;
А
а
мф - 20 • 1§
[1 + В • е
• Д-0115 • Да • L))- j • Aft- L )
Да = а2 - а1; ДР - P2 - P\ ; AP -
]
2 • n • f-m
&
a1 - К1(1) • К3 • Vf • 10 3 + К2(1) • К4 • f • 10 3 ;
a2 - К1(2) • К3 • Vf • 10 3 + К2(2) • К4 • f • 10 3 , (4)
где L - длина ВЧ-тракта, (км); ак - концевое затухание модального канала (дБ); Дамф
- затухание, обусловленное эффектом взаимодействия междуфазных волн на входе приемника, (дБ); А, В - коэффициенты, зависящие от схемы присоединения аппаратуры к
проводам ЛЭП; а^, а2, в\, в2 - коэффициенты затухания и фазовые коэффициенты модальных каналов, (дБ/км, рад/км); Да, Дв - разность коэффициентов затухания и
фазовых коэффициентов междуфазных модальных составляющих, (дб/км,
рад/км); Кщ), Кц2), К2(1), К2(2) - коэффициенты затухания, обусловленные потерями
энергии в проводах и земле; К 3, К 4 - коэффициенты, учитывающие влияние на затуха-
ние модальных каналов расщепления фазных проводов; т - относительная разность скоростей в (1) и (2) каналах; &1 - скорость распространения волны в канале, (км/с); / - рабочая частота канала, (Гц).
Ниже, с использованием формул (4) и пакета программ МСАБ, построены графические зависимости (Алт (Ь), см. рис. 3) для следующих случаев: схема присоединения аппаратуры - фаза-земля; тип линии: а) 35 кВ, б) 110 кВ; тип провода: а) АС70 (для ЛЭП 35 кВ), б) АС120 (для ЛЭП 110 кВ); расположение проводов: горизонтальное (Г); схема присоединения приемника и передатчика: фаза А либо В ЛЭП; рабочие частоты каналов: / =200 кГц, / =500 кГц, /3! =1000 кГц.
Л11(Ь)
Л12(Ь)
Л21(Ь)
Л22(Ь)
Л31(Ь)
Л32(Ь)
40 60
ь
кт
а)
Л11(Ь)
Л12(Ь)
Л21(Ь)
Л22(Ь)
Л31(Ь)
ь
кт
б)
Рис. 3. Зависимость затухания линейного тракта от его протяженности (Алт (Ь))
при присоединении аппаратуры по схеме фаза-земля: а) ЛЭП 35 кВ, б) ЛЭП 110 кВ, для следующих случаев: А11(Ь) (А12(Ь)), А21(Ь) (А22(Ь)), А31(Ь) ( А32(Ь)) - затухание линейного тракта при присоединении приемника и передатчика к фазе В (А) ЛЭП, для рабочих частот =200 кГц, /2 =500 кГц, /31 =1000 кГц, соответственно
0
20
80
100
Необходимые для расчета значения Алт (Ь) коэффициентов приведены в таблице 2 [3]:
Таблица 2
Значения коэффициентов: ^Щ)’ К1(2), К2(1) > К2(2), К3. К4, А В, ак
Тип ли- нии кВ Распо лож. про- водов Раб. фаза ЛЭП К 1(1) 10-3 К 1(2) 10-3 К 2(1) 10-3 К 2(2) 10-3 Кз, К4 т 10-2 А В ак
35 Г А 6,95 6,26 0 0,17 1 0,5 0 0 2,5
В 4 3
110 Г А 5,2 4,7 0,012 0,33 1 0,6 0 0 2,5
В 4 3
Определим величину максимально возможного перекрываемого затухания линейного тракта линии электропередачи Алт, мах протяженностью Ь = Ь^в +
для разных типов ЛЭП (35, 110 кВ) типичной аппаратурой ВЧ-связи (см. табл. 1) по
формуле: Алт,мах < Апер - А3ап - Ао / п для следующих случаев:
а) без установки дополнительного усилителя мощности;
в) с установкой дополнительного усилителя мощности (типа ЛУС-80, УМ-100) на подстанциях В, Е, Д;
с) с установкой двухстороннего промежуточного усилителя на подстанции С (типа ЛУС-80).
Результаты расчетов сведем в таблицу.
Таблица 3
РезУльтаты расчетов Алт, мах
Тип линии, кВ Разновидность схемы А В С
Перекрываемое Алт, мах, дБ Алт, мах, дБ Алт, мах, дБ
затухание Тип аппаратуры (Ьав+Ьвс) (LАв+Lвc) LАВ, Lвc
35 АСК1, АВС1 20,7 30,7 39,2
АСК3, АВС3 11,6 21,6 30,1
110 АСК1, АВС1 12,0 22,0 30,5
АСК3, АВС3 3,0 13,0 21,5
330 АСК1, АВС1 - 9,8 18,3
АСК3, АВС3 - - 9,2
Выводы.
1. Полученные расчетные значения (табл. 3 и рис. 3) позволяют для каждого конкретного случая определить возможность осуществления сложного ВЧ-канала связи по способу рис. 2 и его схемную разновидность А, В, С следующим образом. По известному расстоянию между подстанциями В-С ( Ьвс ), С-Д ( Ьсд ) (С-Е
( Ьсе )) (см. рис. 2), рабочей частоте канала (/), типу организуемого линейного тракта (ЛЭП 35, 110 кВ) и схеме подключения передатчика и приемника на концах
ЛЭП (к фазе А, либо В) по графику рис. 3 а (для ЛЭП 35 кВ), рис. 3б (для ЛЭП 110 кВ) определяется затухание линейного тракта Алт. По табл. 3 по значению Алт мах определяется возможность осуществления ВЧ-канала связи и его схемная
разновидность по критерию Алт, мах > Алт (если линейный тракт образован различными типами ЛЭП, значение Алт мах определяется для ЛЭП наибольшего напряжения). В случае увеличения количества отпаек, принятых по рис. 2 между подстанциями В-С и С-Д (С-Е) на N штук, значение затухания линейного тракта Алт
необходимо увеличить в 3,5^ раза.
2. В большинстве случаев сложные ВЧ-каналы связи типа ПЭС (подстанция для каналов республики) характеризуются небольшой протяженностью (расстояние Ьвc + Ьcд (рис. 2) составляет в среднем не более 50 км) и образуются по линейным
трактам 35, 110 кВ, что позволяет организовать ВЧ-канал связи по рис. 2 схемной разновидностью А (без установки дополнительных усилителей), который характеризуется значительной экономией аппаратуры уплотнения на подстанции переприема С по сравнению с существующим широко использующимся способом организации ВЧ-канала связи (рис. 1 а).
Для каналов ВЧ-связи, характеризующихся большой протяженностью (расстояние Ь вс + Ьcд >> 100 км) или наличием в канале высокого уровня помех (каналы
по трактам ЛЭП 330 кВ и выше), наилучшим способом организации сложного канала по рис. 2 является схемное решение С (с установкой на подстанции С двухстороннего усилителя типа ЛУС-80). При этом, перекрываемое затухание аппаратурой увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению с существующим, широко использующимся способом организации ВЧ-канала связи (рис. 1 а).
3. С эксплуатационной точки зрения канал связи, организованный по способу рис. 2, имеет следующие преимущества:
а) при ремонте, настройке, регулировке канала связи оконечных подстанций (Д, Е) отпадает необходимость нахождения обслуживаемого персонала на подстанции
С;
б) каналы связи оконечных подстанций (Д, Е) являются независимыми от 3-канальной аппаратуры, устанавливаемой на необслуживаемой подстанции С (рис. 1 а), что повышает общую надежность каналов связи.
Несомненно, что организация канала связи по новому способу связана с некоторыми трудностями.
Для возможности использования при организации ВЧ-канала по способу рис. 2 старой аппаратуры связи необходимо осуществить перестройку аппаратуры на другие частоты рабочего диапазона, что связано со значительными сложностями.
Использование промежуточного усилителя мощности для усиления сигналов на подстанции С переприема (рис. 2) связано с применением дополнительного оборудования, и в настоящее время по неизвестным причинам не нашло широкого применения в каналах связи энергосистем, что влечет за собой необходимость более детального изучения влияния промежуточного усилителя на характеристики соседних каналов, параметров разноса частот приема передачи, величину перекрываемого затухания и т.п. Однако из-за явного технико-экономического преимущества предлагаемый способ организации сложного ВЧ-канала связи в ближайшем будущем найдет свое широкое распространение.
Литература
1. Микуцкий Г.В., Скитальцев В.С. Высокочастотная связь по линиям электропередачи.- М.:Энергоатомиздат, 1987.
2. Справочник по наладке каналов ВЧ-связи по линиям электропередачи /Под ред. Э.С. Мусаэляна.- М.: Энергоатомиздат, 1984.
3. Справочник по наладке высокочастотных устройств управления энергосистемами /Под ред. Э.С. Мусаэляна.- М.: Энергия, 1972.
Получено 24.11.2000 г.
