電力線載波保護

由于只能利用有限的帶寬，電力線載波保護只適用于傳輸“有一無”信息的方向比 較式縱聯保護或電流相位比較式縱聯保護，以及窄帶 移頻式的遠方跳閘裝置。主要類型按電力線載波通道分類有相相禍合與 相地藕合兩種主要方式，還可按使用通道類別與傳輸 保護信息功能不同而分類。 按使用通道類別分類共有:〔勸電力線載波。已、電 力線復合電纜載波。③分裂導線載波。以絕緣地線為載波通道的優(yōu)點是加工設備電壓低，通道分布干擾小，但是必須保證高脹線路故障時 不因絕緣地線出現間隙放電而影響載波繼電保護的作用。

按傳輸保護信息功能分類有:①允許(跳閘)式。 ②閉鎖(跳閘)式。允許式在本線路上發(fā)生內部故障時， 可能由于載波通道衰耗嚴重增加，使接收端保護因收 不到對側信息而拒絕動作，而如果降低收信電平以提 高收信靈敏度，又容易因誤收干擾信息而誤動作;閉鎖式雖可能受內部故障初始形成階段在故障點出現強干 擾脈沖的影響，但據實測，該干擾脈沖持續(xù)時間一般不大于4ms，與保護整組的起動時間相當，不致明顯延緩保護的動作時間，因此利用電力線載波通道的線 路縱聯保護一般以采用閉鎖式為宜。 在電力網發(fā)生故障時，電力線載波繼電保護能否 正確工作，有賴于本線路各端經通道傳輸的保護信息 的可靠性，對于閉鎖式縱聯保護，避免本線路外部故障 時的誤動尤為必要，因而在運行中需要時時監(jiān)測通道是否處于正常狀態(tài)。通道監(jiān)測有正常發(fā)信連續(xù)監(jiān)測與定時監(jiān)測兩種方式，后者用于故障短時發(fā)信的載波保 護專用收發(fā)信機。監(jiān)測的對象為通道、加工設備與載波機。由于通道監(jiān)測是在電力網正常運行時進行，不能確 定監(jiān)測對象在電力網故障時的工作狀態(tài)(例如往往不 能判定阻波器失效)，因此不能認為是完善的監(jiān)測手段。 在中國，對配有故障短時發(fā)信的專用機的閉鎖式電力線載波縱聯保護采用遠方起動方式，即當本端接收對端的閉鎖信號后立即起動本端發(fā)信向線路其他各端保護發(fā)出閉鎖信息，有效地提高了保護的動作安全性。2100433B

組成安裝在本線路兩端的阻波器，阻止載頻兩端高壓母線，藕合電容器隔離工頻高壓并形成載頻通路。本線路兩端載波通信設備的載頻信號，通過連接濾波器、禍合電容器經由電力線傳輸到對端。連接濾波器多為變壓器型，作為載頻頻段的帶通濾波與阻抗(高壓架空線300一魂00n，電纜為 750或10on)匹配。電力線載波的工作頻段一般為 40~500 kHz。 電力線載波保護的原理框圖 特點除保護專用通道(一般帶寬4kHZ)外.也 可由保護與通信復用電力線載波機。在后一種情況下，規(guī)定每路(4 kH:)中低于2.0一2.4 kHz為話音.以上為保護與遠動占用，此時電力線載波保護需增設音頻 接口與電力線載波機連接。

電力線載波通信是電力系統(tǒng)特有的一種通信手段，世界上幾乎所有國家都在采用。

電力線載波通信可靠性高、具有復用功能，利用電網資源、經濟實用，因此世界各國普遍采用。北京供電公司于1998年開始在大房雙回線上使用的ETL81型電力載波設備,具有一定的技術代表性，為此介紹其技術特性，并分析其調制方式、同步方式，以及AGC自動增益控制、環(huán)回測試的實現方法，保護音頻接口裝置NSD50的特點等。

它與一次電網同步施工，不需要單獨架設傳輸線路，充分利用電網資源，經濟實用；電力線載波以電力線為載體，不易受自然災害和外力破壞，即使信號傳輸相發(fā)生短路或斷路等故障，高頻信號仍可通過其他相的耦合信號進行傳輸，可靠性極高；電力線載波通過電力線路連接各發(fā)電廠和變電站，且具有復用功能，在傳送話音的通道上，還可交替復用或同時復用繼電保護和遠動信號，在實際應用中，電力線載波機復用繼電保護信號是最為典型的一種應用方式。

目前北京供電公司共有500kV輸電線路14條，線路主保護全部采用了復用載波、復用微波和復用光纖通道。北京供電公司500kV線路復用載波設備及復用保護信號類型見表1。北京供電公司從1998年開始，在大房雙回線路上使用ETL81型電力載波設備，筆者負責調試開通該類型設備共9臺，經過幾年的運行維護，逐漸掌握了設備的技術特性，下面作一分析，供參考。

1ETL81型載波機的調制方式

電力線載波一般采用兩次調制和三次調制方式，基本不采用一次調制方式。ETL81型載波機采用三次調制方式，下面以萬順線順義側載波設備為例(其發(fā)信頻率為112－4kHz)，就三次調制方式的頻譜搬移、傳輸頻譜表示方法和優(yōu)點逐一進行分析。

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電力線載波保護復用載波機

1.1頻譜搬移

ETL81載波機的發(fā)信部分采用抑制載波三級調制，而收信部分則采用四級解調。這種方案大大減少了發(fā)信機與收信機中射頻濾波器的復雜性，并在維持收信機高選擇性的同時，簡化了射頻通道的調諧。第一級調制利用中頻IF將0～4kHz頻譜搬移到16～20kHz；第二級調制利用640kHz的高頻載頻HF，將頻譜搬移到620～624kHz；第三級調制，利用發(fā)信射頻載頻RF(TxFC)，進一步將頻譜搬移到射頻發(fā)信載波范圍，即訂貨所要求的線路頻譜。三次調制頻譜搬移示意圖見圖1。值得注意的是，最后調制結果只能取下邊帶,將頻譜限制在500kHz以下。



電力線載波保護復用載波機

收信機以類似的工作方式進行解調。采用收信射頻振蕩器頻率RF(RxFC)，第1級解調將線路高頻信號轉換到620～624kHz；第2級解調借助于高頻載頻480kHz，將信號搬移到140～144kHz；第3級解調利用載頻160kHz，將信號搬移到16～20kHz；第4級解調將信號最終還原到0～4kHz。

1.2傳輸頻譜表示方法

傳輸頻譜有兩種表示方法：加減號表示法(如108－4kHz)和頻譜表示法(如104～108kHz)，ETL81載波機采用減號表示法，它比頻譜表示法包含的信息更為豐富。

傳輸頻譜的減號表示法對應著倒置頻譜。例如，108－4kHz表示的3層含義為：

(1)傳輸頻譜為10kHz～108kHz；

(2)第3次調制的高頻載頻RF：RF=108 (HF－IF)=108 (640－20)=728(kHz)

(3)各信號在線路上的傳輸頻率為108－fc，其中fc為導頻、話音、保護等信號的音頻頻率。如導頻頻率為3.75kHz，則其在線路上的傳輸頻率f為：

f=108－fc=108－3.75=104.25(kHz)

1.3三次調制方式的優(yōu)點

由以上分析可知，第一、二次調制在電路實現上是固定不變的，只有第三次調制才與線路頻譜的具體要求有關，所以三次調制方式的優(yōu)點在于既降低了濾波器的復雜程度，又便于用戶進行現場改頻。

2同步方式

電力載波機發(fā)信機與收信機之間收發(fā)頻率若不同步，存在微小的頻率差異，會引起被解調信號的同步失真，收端將不能正確還原信號頻率，導致遠動誤碼、保護誤動或拒動、電話轉接困難等問題。這可以通過收信的同步解調來避免。

載波機之間的同步方式主要有3種：晶振同步、最終同步和鎖相環(huán)同步。晶振同步法是最簡單的一種同步方法，不需設計同步電路，只需提高收發(fā)兩端石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度。最終同步法是利用中頻載頻進行音頻同步的方法，收信支路將對端送來的中頻載頻信號作為中頻解調載頻，從而消除收信高頻載頻引入的偏差，實現音頻信號的最終同步。鎖相環(huán)同步法是利用對方發(fā)來的一個固定頻率信號進行中頻同步的方法，這個固定頻率可以是中頻載頻，也可以是導頻。收信端利用收到的固定頻率與本端中頻載頻進行相位比較，從而輸出一個控制電壓來調節(jié)晶振的頻率偏差，即改變頻率合成器的參考頻率，減小高頻載頻誤差，實現中頻同步。

ETL81采用鎖相環(huán)同步法。一個ETL終端通過在載頻合成單元P4LG中適當插入跳線MA與MB，或SA與SB，則可編程為主站或從站。主站ETL設備中的石英晶振是自由振蕩的，由它產生所有內部載頻及所需時鐘頻率，它的導頻被傳送到對端的從站設備，用作同步的參考頻率。收信端的同步功能通過導頻的處理來完成，這些工作發(fā)生在RXSYNC模塊中，本端導頻信號與接收到的導頻信號通過相位比較器進行比較，產生一個控制電壓VCXO，以便控制從站設備的頻率合成單元P4LG中的本地石英晶振的頻率。因為在穩(wěn)態(tài)條件下，遠端主振蕩器與本地從振蕩器同步在相同頻率，不管是否有數據由主站到從站，或由從站到主站傳送，這種同步都是存在的。作為兩個主站進行異步運行是可能的，然而，兩站均以從站模式運行是不可能的。

3環(huán)回測試實現方法

環(huán)回測試是進行設備自身檢查和電路檢查的一種較為方便的手段。主要有以下兩種方式：

(1)本端機高頻自環(huán)測試。這項測試在開通線路和查找故障時很有幫助。在ETL81差接網絡P3LB的位置上插入假負載P3LK，可以將發(fā)信機終端接入額定負載。這時，發(fā)信機和收信機形成環(huán)路，機內的頻率變換器和相應的控制電路會自動地將發(fā)信頻率變換為收信頻率，發(fā)信信號經過衰耗進入收信機，從而可以進行自環(huán)測試。

(2)遠端音頻環(huán)回測試。它可以在線路的一端完成全通道音頻幅頻特性的測試，并對接收機進行頻率失真均衡。在遠端環(huán)回模式中，本端發(fā)信機中發(fā)出一個音頻信號，被遠端的鎖相環(huán)跟蹤濾波器電路檢測到，并以正確的電平轉發(fā)給它的發(fā)信機，再由本地設備的接收機接收。遠端環(huán)回的建立、保持和啟動都是由P4LA完成的，它通過控制遠端機音頻收發(fā)形成環(huán)路，實現整個電路的檢查。

4保護音頻接口裝置的特點

NSD50是嵌入式的保護接口，可插于ETL81機層的預留位置中。它以ETL81的導頻信號作為監(jiān)頻，在話音頻帶內傳送命令信號，適宜于傳輸直接跳閘、允許跳閘和閉鎖跳閘信號。命令信號的發(fā)送電平要提升到最大可用的全部功率，并在發(fā)命令時短時切斷話音和可中斷的遠動信號。當保護命令到來時，保護接口將它變換為適于通信傳輸的頻率信號，并控制發(fā)信機將話音通路切斷，提升功率發(fā)送命令信號。在線路的另一端，收信機判斷監(jiān)頻信號已消失，并檢測到一個有效的跳頻信號，相應的輸出端就動作。如同時接收到監(jiān)頻信號和跳頻信號，或同時接收不到監(jiān)頻信號和跳頻信號，接收端就發(fā)出告警。

遠方保護接口設備最重要的性能指標是安全性、可依靠性和傳輸時間。安全性指系統(tǒng)在未傳命令狀態(tài)下抗御干擾的能力，主要指不產生虛假命令?？梢揽啃灾该钤趥鬏斶^程中抗御干擾正確傳輸的能力，主要指不丟失命令。傳輸時間指從發(fā)送端輸入命令到接收端輸出命令所經過的時間。

安全性測量按IEC60834—1推薦的方法進行：將白噪聲脈沖注入到通道中，記錄注入的脈沖數和在收信機輸出端產生的虛假命令數。安全性的量化指標用產生虛假命令的概率表示：



式中Puc——虛假命令的概率；

Nuc——接收端的虛假命令數；

NB——注入的噪聲脈沖數。

可依靠性測量按IEC60834—1推薦的方法進行：從一端向另一端發(fā)出大量的命令信號，記錄在規(guī)定時間內發(fā)信機發(fā)出的命令數和收信機收到的命令數。接收端的信噪比愈低，在規(guī)定時間內接收到的命令信號就愈少，即丟失的命令信號就愈多?？梢揽啃缘牧炕笜擞脕G失真正命令的概率表示：



式中Pmc——丟失命令的概率；

NT——發(fā)送的命令數；

NR——接收的命令數。

在工程實踐中，這個問題轉化為考察在規(guī)定傳輸時間內，要達到某種可依靠性標準，如Pmc<1%所需要的信噪比指標SNR。在同等條件下，需要的信噪比SNR愈低，說明設備的可依靠性愈高。

傳輸時間在工程實踐中用最大實際傳輸時間Tac表示，按如下方法測試：在有噪聲的通道中，在規(guī)定的信噪比和可依靠性條件下，從一端載波機保護接口的命令輸入端信號狀態(tài)改變時刻起，到另一端載波機保護接口的命令輸出端信號狀態(tài)相應改變時刻止所經歷的時間。如一端發(fā)出命令信號，另一端在Tac時間內沒有收到，這個命令信號就認為被丟失，影響可依靠性指標。

直接跳閘式、允許跳閘式和閉鎖跳閘式保護對這3種指標的要求各不相同。對于直接跳閘方式，極高的安全性和高度的可依靠性比傳輸時間更為重要；對于允許式跳閘方式，高度的可依靠性和短的傳輸時間比安全性更為重要；對于閉鎖式跳閘方式，短的傳輸時間和高的可依靠性比安全性更為重要。從上述分析中可以知道，這3種指標相互制約，不可能同時達到最佳值，只能根據具體情況進行優(yōu)化。

NSD50采用了微處理器進行數字信號處理。NSD50的4個命令可抑臥藩編碼和非編碼兩種。非編碼信號用于閉鎖式和允許式，編碼信號可以優(yōu)先傳送，用于直接跳閘。兩種信號可以獨立設置安全性、可依靠性和傳輸時間。在載波機的話音頻帶里，有8個預定的頻率可以用作各種命令信號及其組合。非編碼的命令信號使用單一頻率，可以獲得最佳信噪比和較短的傳輸時間。編碼信號在2個頻率間變換，可以增加抗干擾能力，提高安全性。信號完全由數字處理器DSP按數字方式處理。保護接口功能方框圖見圖2。

電力線載波保護復用載波機

5結束語

在目前電網中大量使用復用保護電力線載波設備，如何提高運行和維護水平，使保護通道完好率達到100%，是每一位通信人員的職責。隨著計算機技術的發(fā)展，載波機也將實現由模擬到數字的轉變。新一代載波機將適應電網對通信快速、寬帶、數字化的要求，確保復用保護、遠動信號通道的暢通，為提高供電可靠性和保障電網的安全運行作出貢獻。2100433B

利用高壓輸電線路為載波通道傳輸被保護線路各端保護信息,并將其按規(guī)定進行綜合比較作為動作判據的一種線路縱聯保護。