ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ КАНАЛОВ СВЯЗИ ПО ПРОВОДАМ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
- 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ АППАРАТУРЫ
Высокочастотная аппаратура для образования каналов связи по проводам линий высокого напряжения в зависимости от назначения каналов подразделяется на телефонные установки, установки для каналов релейной защиты, системной автоматики и телеотключения и установки для передачи аварийной и предупредительной телесигнализации. Высокочастотные установки, размещаемые на конечных пунктах канала, принято называть высокочастотными постами, а размещаемые на транзитных подстанциях и повышающие уровень передачи без изменения характера модуляции — высокочастотными усилителями. Телефонные в. ч. каналы связи обычно могут быть уплотнены каналами для передачи сигналов телемеханики. Сигналы телемеханики могут передаваться либо одновременно с телефонной связью, занимая верхнюю часть передаваемой полосы частот, либо, при большой потребности в каналах телемеханики, взамен телефонного канала во всем спектре его частот. В свою очередь в узкополосных, большей частью симплексных каналах защиты, системной автоматики, телеотключения и аварийно-предупредительной сигнализации предусмотрена возможность ведения телефонных переговоров между пунктами установки в. ч. оборудования (в основном при его наладке).
Телефонные в. ч. посты позволяют осуществить избирательную двустороннюю связь энергосистем. Современные телефонные посты для магистральных каналов связи обеспечивают передачу полосы частот от 300 Гц до 3,4 кГц. Посты, предназначенные для связи в распределительных электрических сетях, имеют несколько суженную полосу частот от 0,3 до 2,3 кГц. В настоящее время промышленность выпускает телефонные в. ч. посты, работающие с передачей в линию одной боковой полосы частот (ОБП). Исключением являются сильно устаревшие, но еще выпускаемые в. ч. посты ΜΒΠ-57-м, передающие в линию несущую и обе боковые полосы.
Современные посты состоят, как правило, из двух частей, монтируемых на отдельных стойках: низкочастотной, в которой разговорная частота преобразуется в промежуточную в пределах 4—32 кГц, и высокочастотной, преобразующей промежуточную частоту в высокую. Обе эти части совершенно самостоятельны и могут устанавливаться в различных помещениях, связанных воздушной или кабельной соединительной линией; усилители аппаратуры обеспечивают нормальную ее работу при затухании соединительной линии до 3,5 неп на частоте 30 кГц.
Выходная мощность в. ч. постов ограничена и обычно колеблется в пределах 3—10 вт. Исключением являются телефонные в. ч. посты, подключенные, например, к линиям напряжением 500 кВ, линиям, проходящим в высокогорных местностях, линиям большой протяженности без промежуточных подстанций и т. д. В этих случаях выходная мощность в. ч. постов может быть увеличена до 100 вт при помощи специального мощного усилителя, выпускаемого как отдельное устройство.
Диапазон рабочих частот в. ч. постов связи по воздушным линиям электропередачи составляет 40—500 кГц. Некоторые типы в. ч. постов имеют сокращенный диапазон частот 50—300 или 40—350 кГц. Диапазон частот в. ч. постов, работающих по кабельным силовым линиям, составляет 18—66 кГц.
Для компенсации линейного затухания, а также затухания на промежуточных подстанциях применяются промежуточные усилители, работающие в режиме прямого усиления, инверсии или сдвига частот. Промежуточные усилители позволяют производить выделение канала связи в пункте их установки. Как правило, телефонные в. ч. посты и промежуточные усилители снабжаются системой автоматики, дающей возможность избирательного вызова до 10 абонентов, вывода данного канала на телефонные станции любых систем и автоматического переприема между двумя каналами. Помимо одноканальных телефонных в. ч. постов, выпускаются также в. ч. посты на 2 и 3 телефонных канала с аналогичными параметрами. Большая часть телефонных в. ч. постов имеет автоматическую регулировку усиления, позволяющую в широких пределах регулировать режим работы канала связи при изменении его затухания, вызванного атмосферными условиями.
В новых в. ч. постах широко используются полупроводниковые приборы и лишь в усилителях мощности высокой частоты еще применяются электронные лампы. Применение полупроводников позволяет значительно снизить мощность, потребляемую от источников питания, и по-новому решить вопросы аварийного питания при выключении сети переменного тока. Если ламповые в. ч. посты, потребляющие мощность около 500 вт, при включении переменного тока питаются, как правило, от вращающегося преобразователя постоянного тока в переменный, то в. ч. посты на полупроводниках, потребляющие мощность всего 100—150 вт, могут при выключении переменного тока питаться от небольшой аккумуляторной батареи напряжением 24—36 в емкостью 50—100 а·ч. В в. ч. постах имеются устройства, преобразующие постоянное напряжение в переменное, для питания анодов ламп выходных высокочастотных каскадов, а также устройства, обеспечивающие непрерывный подзаряд батареи.
Помимо стационарных телефонных в. ч. постов, выпускаются также передвижные в. ч. посты, при помощи которых может осуществляться линейно-эксплуатационная связь ремонтных бригад, обслуживающих линии электропередачи. Передвижные монтерские в. ч. посты, приспособленные для установки на автомашинах, получают питание от бортовой сети автомобиля. Для этих в. ч. постов во всех энергосистемах выделены две полосы частот: 119,5—121,5 и 131,5—133,5 кГц. Монтерские в. ч. посты работают симплексно и не имеют избирательной автоматики, поскольку дежурный по ремонтной базе или району электросетей не имеет возможности производить вызов автомашин, находящихся на линии.
Как уже отмечалось выше, верхняя часть полосы частот телефонного канала может использоваться для передачи сигналов телемеханики. Телефонные каналы с полосой 0,3—3,4 кГц могут быть использованы для четырех передач телемеханики. Количество передач телемеханики в более узких телефонных каналах соответственно сокращается до двух или одного. Для уплотнения телефонных каналов каналами телемеханики выпускается специальная аппаратура ТМТП, работающая на тональных частотах. Канал для передачи сигналов телемеханики занимает полосу 140 Гц. Аппаратура уплотнения позволяет производить передачу сигналов как от частотных, так и от импульсных телемеханических систем.
Для передачи сигналов релейной защиты выпускаются специальные приемопередатчики двух типов — одночастотные и двухчастотные. Одночастотные в. ч. посты релейной защиты с выходной мощностью 6—25 вт используются для линий 110—220 кВ\ для линий 500 кВ, а также протяженных линий более низких напряжений выпускаются двухчастотные в. ч. посты защиты, имеющие на выходе мощность около 40 вт. Двухчастотные посты защиты могут работать также и на одной частоте. Высокочастотные посты защиты работают в диапазоне частот 40—300 кГц. Использование более высоких частот для каналов защиты не рекомендуется вследствие резкого возрастания линейного затухания при неблагоприятных метеорологических условиях (гололед, иней).
Для передачи аварийно-предупредительной сигнализации с необслуживаемых подстанций на диспетчерские пункты выпускаются специальные в. ч. посты небольшой мощности 3—5 вт. Передающие посты телесигнализации устанавливаются на необслуживаемых подстанциях, приемный пост — на диспетчерском пункте. Все передающие в. ч. посты телесигнализации работают на одной и той же несущей частоте и включаются поочередно. Несущая частота передающих в. ч. постов модулируется различными тональными частотами, соответствующими данной контролируемой подстанции. Высокочастотные посты телесигнализации снабжаются устройством, позволяющим вести служебные телефонные переговоры с диспетчерским пунктом.
Для передачи сигналов системной автоматики выпускаются специальные в. ч. приемные и передающие посты, обеспечивающие передачу сигналов телеуправления высоковольтным оборудованием. В этих постах предусматривается непрерывный контроль исправности канала связи. Это необходимо для того, чтобы оградить
исполнительные органы от ложного сигнала, так как неправильное срабатывание системной автоматики может привести к тяжелой аварии в энергосистеме. Поскольку сигналы системной автоматики могут передаваться на значительные расстояния, для каналов телеуправления выпускаются одночастотные и симплексные промежуточные усилители. Для увеличения надежности этих каналов питание в. ч. постов и промежуточных усилителей осуществляется от оперативных батарей постоянного тока.
В табл. 3-1 приводятся данные выпускаемых промышленностью Советского Союза в. ч. постов и промежуточных усилителей для различных каналов связи.
Перечисленная в таблице аппаратура в. ч. связи по проводам линий электропередачи имеет различное качество исполнения и разную стоимость, в соответствии с чем определяется и область ее использования в энергосистемах. Аппаратура ВЧА и ТМТП, почти целиком выполненная на полупроводниках с использованием печатного монтажа и малогабаритных деталей, не уступает лучшим зарубежным образцам, а в некоторых отношениях даже превосходит их. Незначительное потребление мощности и малые размеры аппаратуры ВЧА делают ее весьма удобной для установки на подстанциях с оперативным переменным током. Каналы связи, оборудованные аппаратурой ВЧА, соответствуют по качеству каналам связи по проводным линиям, уплотненным системами в. ч. телефонирования В-3-3, В-12-2, К-24-2 и др. Это позволяет осуществлять транзитные телефонные магистрали с включением в них участков на аппаратуре ВЧА. Широкий спектр частот, передаваемый аппаратурой ВЧА, дает возможность уплотнения телефонных каналов 3—4 каналами телемеханики без заметного ухудшения качества разговора.
Высокочастотные посты ЭПО-3 и промежуточные усилители ЭПУ-3 с 1966 г. сняты с производства. Однако этот тип аппаратуры, как показал многолетний опыт эксплуатации, отличается чрезвычайно высокой надежностью и медленно амортизируется. Поэтому проектным организациям еще долгое время придется иметь дело с аппаратурой ЭПО и ЭПУ, например, при ее перестановке с более загруженных на менее загруженные каналы, в то время как на первых будет устанавливаться аппаратура ВЧА.
Таблица 3-1
Посты ЭПД-1 с 1966 г. также сняты с производства в связи с началом массового выпуска аппаратуры ВЧА-СЧ. Однако, несмотря на высокую надежность в. ч. постов ЭПД-1, их повторное использование после демонтажа вряд ли явится целесообразным вследствие устаревшей системы модуляции (несущая и две боковые полосы), занимающей слишком большую полосу частот.
Наиболее низким качеством изготовления и крайне неудовлетворительными электрическими характеристиками отличаются в. ч. посты типа МВП. Эта аппаратура используется, главным образом, в сельских распределительных электрических сетях 35, 10—6 кВ. После объединения эксплуатации этих сетей и сетей напряжением 35, 110, 220 кВ и выше, внедрения централизованного обслуживания подстанций и линий электропередачи, а также районирования энергосистем вопросы организации связи в нижнем звене энергетики должны будут решаться по новому. Основным средством связи в нем станут УКВ радиостанции и в. ч. аппаратура ТС-2 и ВЧА-СЧ, а потребность в в. ч. постах МВП резко сократится, в связи с чем их предполагается снять с производства. Демонтируемые посты МВП нецелесообразно использовать на других участках по уже отмеченным причинам.
Высокочастотная аппаратура АРС-64, предназначенная для кабельных распределительных сетей, вследствие недостатка соответствующей аппаратуры используется для работы по воздушным линиям 35 и 6—10 кВ. Низкие рабочие частоты указанного в. ч. оборудования требуют наличия в. ч. заградителей с большой индуктивностью силовой катушки и конденсаторов связи большой емкости, сильно удорожающих канал связи. Кроме того, рабочие частоты аппаратуры АРС совпадают с частотами уплотнения проводных линий связи, что приводит к возникновению взаимных помех, поскольку линии напряжением 35 и 10—6 кВ с изолированной нейтралью не оказывают опасных влияний на линии связи и довольно сильно сближаются с ними (нередко те и другие прокладываются вблизи от дорог). После освоения аппаратуры ТС-2 и ВЧА-СЧ потребность в аппаратуре АРС-64 резко сократится, так как она будет использоваться лишь по прямому назначению, т. е. для уплотнения силовых кабельных линий.
В ближайшее время будет произведена модернизация в. ч. постов защиты ПВЗК, хотя и очень надежных эксплуатации, но громоздких и устаревших. Новые небольшие посты защиты будут выполнены на полупроводниках с использованием печатного монтажа и малогабаритных элементов.
В эксплуатации еще находится в. ч. оборудование, давно снятое с производства и в данной книге не упоминаемое, поскольку аппаратура эта уже отработала свой срок и вряд ли будет длительное время использоваться энергосистемами.
Выпускаемая заводами в. ч. аппаратура предназначается для использования в местностях с умеренным и холодным климатом. В последние годы для экспорта в страны с тропическим климатом потребовалось создание в. ч. аппаратуры, способной работать в условиях повышенной влажности при высокой наружной температуре и устойчивой против тропических насекомых и паразитов.
В настоящее время разработана в. ч. аппаратура ВЧА-1ТФ, ВЧУ-1ТФ, ВЧА-3ТФ, ВЧУ-3ТФ, ПВЗД, ВЧТО и ТМТП для стран с тропическим климатом. Эта аппаратура имеет те же электрические характеристики, что и аппаратура, предназначенная для работы в наших энергосистемах, однако в ней использованы более качественные полуфабрикаты и полупроводники, применены новые изолирующие материалы и синтетические смолы.
Стоимость аппаратуры «в тропическом исполнении» на 50—60% выше, чем аналогичной аппаратуры, предназначенной для средней климатической зоны. При заказе аппаратуры для условий тропиков к типу соответствующего аппарата добавляется в конце буква Т. Так, например, в. ч. пост защиты «в тропическом исполнении» имеет обозначение ПВЗД-Т. При разработке тропических образцов одновременно были усовершенствованы некоторые технические параметры и отдельные схемные узлы в. ч. аппаратуры с учетом опыта ее эксплуатации в СССР, а также улучшена внешняя отделка постов.
После освоения тропической серии аппаратуры достигнутые в ней схемные улучшения будут также внесены в соответствующие типы оборудования, предназначенные для использования в СССР.
Таблица 3-2
Большинство одних и тех же блоков различных типов в. ч. постов и промежуточных усилителей построено по одному и тому же принципу и отличается лишь использованием разных полуфабрикатов и деталей, а также различным конструктивным исполнением применительно к технологическим возможностям заводов-изготовителей.
В настоящей главе приводятся лишь сведения, необходимые проектировщику для выбора оборудования, наиболее подходящего для данного конкретного случая: общие технические параметры аппаратуры, функциональные схемы, схемы внешних соединений и общий наружный вид. В качестве примера подробно рассмотрено устройство в. ч. аппаратуры ВЧА-1ТФ, для которой, помимо блок-схемы, приведены принципиальные схемы отдельных узлов. Аналогичные данные по аппаратуре других типов могут быть получены из литературы или заводских описаний оборудования [Л. 38, 39, 47, 52]. Кроме того, по ходу изложения иногда рассматриваются принципиальные схемы отдельных узлов специальной аппаратуры для каналов релейной защиты, телеотключения и др.
При составлении функциональных схем в. ч. аппаратуры используются одинаковые условные обозначения для отдельных ее элементов (табл. 3-2).
