Проектирование в. ч. каналов начинается, по существу, со сбора исходных данных и ознакомления с состоянием в. ч. связи на тех направлениях, где предполагается организация новых каналов. Эту работу, как отмечалось выше, наиболее целесообразно выполнять путем выезда проектировщиков на место. Полученные материалы систематизируются, обрабатываются и тщательно изучаются, после чего можно приступать непосредственно к проектированию, т. е. к поискам наиболее технически правильных и экономически выгодных решений и воплощению их в виде графического и текстового материала.
Последовательность проектирования в общем случае достаточно произвольна и зависит от субъективных качеств проектировщика. Тем не менее целесообразно выработать определенный порядок, который гарантировал бы отсутствие непроизводительных работ или пропусков каких-либо разделов проекта. В качестве такого порядка рекомендуется метод последовательного выполнения отдельных частей и разделов проекта «от линии к абоненту», при котором вначале решаются вопросы, связанные с линией электропередачи, затем с в. ч. аппаратурой и, наконец—с низкочастотным трактом до аппарата абонента. Ниже приводятся рекомендуемые технические решения по всем основным вопросам, которые необходимо проработать на каждом этапе проектирования в. ч. каналов, и условия, определяющие выбор того или иного решения.
Составление схемы организации высокочастотных каналов.
Прежде всего намечается схема построения канала: определяются пункты установки оконечной аппаратуры канала и пункты, в которых необходимо выделение телефонных каналов и каналов телемеханики; определяются необходимость усиления сигналов в канале, способ усиления и режим работы усилителя, а также количество усилительных участков.
В энергосистемах нередки случаи, когда абонент, пользующийся в. ч. каналом, удален от подстанции, на которой оканчивается этот канал, на расстояние нескольких километров или даже десятков километров.
Таких абонентов приходится связывать с пунктом размещения оконечной в. ч. аппаратуры воздушной или кабельной линией связи, что в основном и определяет выбор оконечных пунктов канала — они должны быть по возможности ближе к абоненту или уже располагать соединительными линиями.
Необходимость установки в. ч. аппаратуры на промежуточных подстанциях, через которые проходит канал, определяется двумя обстоятельствами: длиной канала (точнее, величиной его затухания) и необходимостью связи с промежуточными пунктами. Если с промежуточной подстанцией связь не нужна, то на ней выполняется в. ч. обход и канал проходит через подстанцию транзитом без выделения. Обход рекомендуется сооружать на разноименных фазах линий электропередачи для повышения переходного затухания между точками подключения аппаратуры к линии и выравнивания тем самым неравномерности частотной характеристики канала. Выполнение обхода возможно только в том случае, когда затухание канала между оконечными пунктами не превышает допустимого или если переходное затухание не слишком мало*. В противных случаях на промежуточной подстанции приходится ставить усилительную аппаратуру (хотя выделение канала там и не нужно). Недостаточная величина переходного затухания может быть следствием, например, параллельного пробега линий электропередачи на подходе к подстанции. В таких случаях возможно выполнение обхода не на подстанции, а в начале параллельного пробега (см. рис. 7-37). При этом уменьшится длина канала, и установка усилительной аппаратуры на подстанции может оказаться необязательной. Отрицательной стороной этого способа является то, что установка аппаратуры обработки вне территории подстанции, где она не будет находиться под постоянным наблюдением, несколько снизит надежность линии. Поэтому такое решение требует обязательного согласования с заинтересованными подразделениями энергосистемы.
Связь с промежуточной подстанцией обеспечивается установкой на ней промежуточных усилителей с выделением канала, промежуточных постов или устройством переприема при помощи двух оконечных постов. Переприемы и усилители приблизительно равноценны с точки зрения гибкости связи и удобства пользования ею, но устройство переприема несколько более сложно и стоимость его выше. В связи с этим переприем следует применять в тех случаях, когда отсутствуют усилители для данного типа аппаратуры или когда усилитель не может обеспечить нужный вариант построения схемы канала, а именно — при необходимости независимой работы канала по участкам или при переходе с одного типа аппаратуры на другой. В остальных случаях предпочтительнее использование усилителей.
В зависимости от назначения канала и способа подачи его абоненту переприем выполняется либо по низкой, либо по промежуточной частоте. В первом случае низкочастотные выходы обоих постов по двухпроводной схеме заводятся на коммутатор и соединение абонентов производится вручную. Переприем по промежуточной частоте выполняется по четырехпроводной схеме и может быть сделан либо постоянным, либо автоматическим. Последний вид переприема предпочтительнее, однако он осуществим не на всех типах в. ч. аппаратуры.
Существующие промежуточные усилители, как отмечено в гл. 3, работают в различных режимах усиления: со сдвигом частот, с инверсией частот и с усилением без изменения рабочей частоты (прямое усиление). Выбор соответствующего режима и величины усиления определяется помехозащищенностью канала и устойчивостью его работы.
Рис. 5-6. Режимы работы промежуточных усилителей.
1 — оконечный пост; 2 — промежуточный усилитель.
* Расчет допустимого и переходного затуханий см. в гл. 7.
Наиболее желательным режимом работы является режим прямого усиления (рис. 5-6,а), так как при этом требуется только одна пара частот, а усилители имеют наиболее простую и надежную схему. К сожалению, далеко не во всех случаях его возможности могут быть полностью реализованы, так как величина усиления при этом способе лимитируется величиной переходного затухания между линиями электропередачи в пункте установки усилителя. Например, для линий 110 кВ, у которых переходное затухание на ближнем конце при обработке заградителями обеих фаз составляет 4 неп, наибольшая допустимая величина усиления не превышает 1,6—2,0 неп, в то время как сам усилитель позволяет получить усиление до 4 неп. Такое небольшое усиление часто оказывается недостаточным и тогда приходится применять другой режим работы усилителя — сдвиг или инверсию частот.
Работа со сдвигом частот характеризуется тем, что участки канала, расположенные по разные стороны усилителя, работают на разных парах частот приема и передачи (рис. 5-6,б), выбранных так, чтобы между ними не было взаимных помех. Это наиболее универсальный режим работы, пригодный для всех без исключения случаев, но для его осуществления необходимо использование четырех частот, достаточно далеко отстоящих друг от друга, что при современном частотном дефиците в энергосистемах часто совершенно невозможно.
Инверсия есть частный случай сдвига частот, при котором частоты передачи и приема на соседних участках канала взаимно меняются местами (рис. 5-6,в) и, следовательно, для всего канала занимается только одна пара частот (как и при режиме прямого усиления). В каналах, содержащих усилители с инверсией частот, на вход усилителя со смежных участков канала могут попасть сигналы, имеющие одинаковые частоты. Это вызовет биения между контрольными частотами, нарушающие нормальную работу канала. По этой причине инверсию частот используют только в каналах с небольшим числом (до двух) промежуточных усилителей, так как при этом еще возможно предотвратить возникновение биений, и с примерно одинаковыми длинами усилительных участков. Последнее требование вызвано тем, что опасность нарушения работы канала сильно возрастает, если затухания соседних усилительных участков значительно отличаются друг от друга.
Количество усилителей в канале и величина затухания его отдельных участков задаются почти однозначно схемой электрической сети, вследствие чего на практике встречается необходимость организации каналов с большим количеством усилительных участков, обладающих весьма различным затуханием. Для таких каналов полезным оказывается чередование режимов работы промежуточных усилителей или способов усиления. К примеру, на одном участке канала может быть использована инверсия частот, на другом — прямое усиление, а соединение этих участков в общий канал выполнено путем устройства переприема в пункте их стыка.
Наконец, связь с промежуточными пунктами при небольших затуханиях участков может обеспечиваться установкой на них промежуточных (параллельных) постов. Для этой цели могут использоваться либо обычные оконечные посты, либо аппаратура со сменой частот, специально разработанная для таких случаев.
В каналах с параллельно подключенным оконечным постом (см. рис. 1-4,е) один из постов является главным, а остальные — абонентскими и связь может осуществляться только между главным и любым из абонентских постов (последние связываться между собой не могут). Это обстоятельство, а также то, что такой канал удовлетворительно работает только с одним промежуточным постом, ограничивает возможность применения данной схемы лишь довольно редкими случаями.
Аппаратура со сменой частот позволяет организовать один канал для связи с несколькими промежуточными пунктами. Схема такого канала ничем не отличается от схемы рис. 1-4,г (за исключением типа аппаратуры), но она дает более широкие возможности, так как допускает возможность связи между любыми двумя пунктами канала при одновременной блокировке всех остальных постов, не участвующих в разговоре. Указанный способ организации в. ч. канала чаще всего применяется для линейно-эксплуатационной или диспетчерской связи в распределительных сетях напряжением 35—110 кВ.
Современные электрические сети 35—110 кВ имеют большое количество промежуточных подстанций и ответвлений. Определенная тенденция к секционированию намечается и для линий более высоких напряжений. Это повышает актуальность вопроса о способах организации в. ч. связи пр линиям с ответвлениями. Влияние ответвлений на работу в. ч. каналов весьма сложно и недостаточно изучено, тем не менее уже сейчас можно дать некоторые рекомендации по проектированию каналов в разветвленных сетях.
При проектировании могут встретиться два случая — когда с подстанцией, находящейся на ответвлении, нужна связь или когда она не требуется. Во втором случае ответвление от линии электропередачи интересно только с точки зрения величины дополнительного затухания, которое оно вносит в канал связи, и возможности его уменьшения до минимума.
Затухание, вносимое ответвлением, зависит от его длины, нагрузки на конце и рабочей частоты в. ч. канала и в общем случае колеблется в очень широких пределах (теоретически от 0 до ∞). Особенно резкие колебания вносимого затухания отмечаются у сравнительно коротких ответвлений; с увеличением длины они сглаживаются, приближаясь к некоторой постоянной величине. Измерениями установлено, что величина затухания, вносимого электрически длинным ответвлением (т. е. имеющим линейное затухание на рабочей частоте канала более 1 неп), составляет около 0,4 неп. Такие ответвления можно не обрабатывать заградителями, а указанную величину дополнительного затухания учитывать при расчете канала. И только тогда, когда крайне необходимо снизить величину вносимого затухания, целесообразно в начале ответвления включить заградитель. Ответвления же, имеющие линейное затухание менее 1 неп (электрически короткие), следует всегда обрабатывать заградителями, так как вносимое ими затухание трудно поддается учету вследствие возможных изменений нагрузки на конце ответвления. Исключение составляют ответвления на типовые тупиковые подстанции 110 кВ, собранные по схеме рис. 6-2, которые при некоторых условиях могут не обрабатываться. Эти условия рассмотрены в следующей главе.
Связь с подстанциями на ответвлениях осуществляется теми же способами, что и для промежуточных подстанций, т. е. организацией на них переприема, установкой усилителей или промежуточных постов (при этом следует иметь в виду, что инверсию частот и прямое усиление на ответвлениях применять нельзя во избежание самовозбуждения канала). Особенностью каналов на ответвлениях является необходимость включения в некоторых случаях дополнительных заградителей, показанных на рис. 5-7 пунктиром. Включение их обязательно, если какое-либо ответвление от линии электропередачи* вносит в канал чрезмерно большое затухание. Величина этого затухания определяется расчетом в соответствии с методикой, изложенной в гл. 7.
Рис. 5-7. Канал связи на линии с ответвлением.
1 — в. ч. заградитель РЗ-600/0,25; 2 — конденсатор связи СМР-110/√3-0,0064; 3 — фильтр присоединения ОФП-4; 4 — оконечный пост; 5 — промежуточный усилитель.
Выше были рассмотрены только случаи организации связи с несколькими пунктами по одному в. ч. каналу. Этот способ не всегда пригоден, так как для диспетчерской связи, как правило, необходимы прямые каналы с каждым объектом. В таких случаях с каждым из требуемых объектов организуется отдельный канал. При этом следует наиболее эффективно использовать аппаратуру обработки путем устройства нескольких каналов на одной фазе линии электропередачи. Количество каналов на одной фазе ограничивается, с одной стороны, возможностью настройки фильтра присоединения и заградителя на полосы частот всех параллельных каналов, а с другой — взаимными влияниями постов друг на друга. Оба эти фактора должны учитываться при выборе рабочих частот для проектируемых каналов.
* Каждый участок линии электропередачи может рассматриваться как ответвление по отношению к двум другим (см. рис. 5-7): участок А—Б есть ответвление от линии между п/ст. 1 и 3, участок А—В — ответвление от линии между п/ст. 1 и 2 и т. д.
Рис. 5-8. Схема в. ч. канала по тяговым линиям электропередачи.
1 — в. ч. заградитель; 2 — конденсатор связи; 3 — фильтр присоединения; 4 — реле, отключающее аппаратуру от выключенной линии; 5 — в. ч. пост. Пунктиром показаны заградители, необходимость включения которых определяется расчетом.
Несколько особым случаем является организация в. ч. каналов по тяговым линиям электропередачи, питающих контактные сети электрифицированных железных дорог. По условиям эксплуатации на этих линиях возможны частые коммутации отдельных участков, что делает работу в. ч. каналов неустойчивой. С другой стороны, требование надежности электропитания заставляет выполнять тяговые линии двухцепными. Учитывая эти обстоятельства, связь по тяговым линиям наиболее целесообразно организовать по схеме, показанной на рис. 5-8. Нормально канал работает по схеме «две фазы разных линий — земля», а при отключении одной из них — по схеме «фаза одной линии — земля». Высокочастотная аппаратура при этом автоматически отключается от выключенной линии при помощи какого-нибудь реле, например типа ЭП-101. Обход на промежуточных подстанциях не выполняется, если величина затухания, вносимого в канал оборудованием высокого напряжения подстанции, это позволяет. Однако, если на промежуточную подстанцию заходят другие линии электропередачи, их соответствующие фазы обрабатываются заградителями. Необходимость установки заградителей в ответвлениях от тяговых линий определяется из приведенных выше соображений.
Выбор схемы присоединения.
На основании изложенных соображений и заданных требований проектировщик составляет оптимальный вариант схемы организации в. ч. каналов и переходит к следующему этапу работы — выбору способа присоединения в. ч. аппаратуры к проводам линий электропередачи. На этом этапе необходимо решить две задачи: определить наилучшую для данных условий схему присоединения и конкретные фазы для этой цели.
Наиболее экономичной схемой присоединения является «фаза — земля», так как она требует минимального количества дорогостоящей аппаратуры обработки. Обрабатывая по этой схеме несколько фаз, можно получить на одной линии электропередачи значительно большее количество каналов, чем при других способах. Вследствие этих причин схема «фаза — земля» находит самое широкое применение и является основной схемой, по которой выполнено подавляющее большинство в. ч. каналов во всех энергосистемах Советского Союза. Этим, по сути дела, и определяется выбор способа присоединения, исключая те немногочисленные случаи, о которых сказано ниже.
Основными недостатками схемы «фаза — земля» являются заметная неравномерность частотной характеристики канала и несимметричность тракта высокой частоты на концах канала или его участков, которая вызывает появление концевых затуханий. Хотя их величина и невелика — она составляет в среднем 0,15 неп на каждый конец линии,— тем не менее в сложных каналах с несколькими обходами сумма всех концевых затуханий составляет заметную долю полного затухания. Особенно сильно концевые затухания сказываются в районах с плохой проводимостью земли (песок, каменистый грунт, вечная мерзлота).
В схеме «фаза — фаза» концевые затухания отсутствуют. Поэтому она используется на длинных и сложных каналах, затухания которых при схеме «фаза—земля» были бы выше допустимых. Схема «фаза—фаза» применяется также с целью уменьшения неравномерности частотной характеристики канала при коммутациях на подстанциях, что имеет особое значение для нормальной работы многоканальных систем связи (три и более каналов). Этими двумя случаями практически ограничивается применение симметричной схемы включения аппаратуры.
Рис. 5-9. Двухфазное подключение аппаратуры.
1 — в. ч. заградитель; 2 — конденсатор связи; 3 — фильтр присоединения; 4 — согласовывающий трансформатор; 5 — активное сопротивление 100—150 Ом;
6 — в. ч. пост.
Высокочастотная аппаратура, имеющая несимметричный выход, при двухфазной схеме включается с помощью согласовывающего (симметрирующего) трансформатора со средней точкой, заземленной через активное полное сопротивление (рис. 5-9). Заземление средней точки позволяет сохранить работоспособность канала при повреждениях одной из цепей «фидер — фильтр присоединения» или одного из проводов линии, к которым подключена аппаратура. Канал в этом случае будет работать по схеме «фаза — земля». В тех случаях, когда канал осуществляется по двухцепным линиям, двухфазное присоединение следует выполнять по схеме «фаза — фаза разных линий», так как это повышает надежность работы канала при повреждениях одной из цепей.
Как показали исследования, проведенные Ленинградским политехническим институтом и трестом ОРГРЭС [Л. 31, 32, 52], величина линейного затухания разных фаз одной и той же линии электропередачи не всегда одинакова и зависит от конструкции линии, наличия или отсутствия транспозиции и места расположения фазового провода. Поэтому небезразлично, к какой именно фазе присоединена в. ч. аппаратура. Только для нетранспонированных линий с треугольным расположением проводов и
для всех многократно транспонированных линий выбор фазы присоединения безразличен, поскольку у них линейное затухание всех фаз приблизительно одинаковое. В других случаях выбор фазы для несимметричного способа присоединения производится по следующим соображениям:
- У линий электропередачи с одним циклом транспозиции и горизонтальным расположением проводов фаза, которая на подходах к обеим подстанциям является крайней (фаза 1 на рис. 7-9,а), имеет повышенное линейное затухание на частотах выше 70—100 кГц. На более низких частотах затухание всех фаз примерно одинаково.
- У двухцепных нетранспонированных линий с вертикальным расположением проводов наибольшее затухание имеют обе нижние фазы.
- У нетранспонированных линий с горизонтальным расположением проводов наименьшее затухание на всех частотах имеет средняя фаза.
Для симметричной схемы подключения также подбираются фазы, обеспечивающие наименьшее линейное затухание (например, верхняя и средняя для второго случая, средняя и одна из крайних для третьего и т. д.). При схеме «фаза — фаза разных линий» аппаратуру следует подключать к проводам, одинаково расположенным по отношению к оси линии электропередачи.
Выбор аппаратуры обработки.
Последний вопрос, связанный с линией электропередачи, — это выбор аппаратуры обработки. Аппаратура обработки должна обладать нужными в. ч. характеристиками и одновременно удовлетворять требованиям, предъявляемым к оборудованию высокого напряжения. Как показывает практика, второе условие при проектировании часто упускается из виду, что приводит к неправильному выбору типа аппаратуры обработки, особенно заградителей. Поэтому выбор целесообразно начинать именно с высоковольтных параметров аппаратуры обработки.
Конденсаторы связи выбираются по рабочему напряжению линии электропередачи. Практически выбор сводится к определению количества элементов, которые должны быть соединены последовательно для обеспечения возможности работы конденсатора при данном напряжении. При этом количество элементов должно быть минимальным, так как его увеличение снижает емкость конденсатора, тем самым ухудшая качество устройства присоединения. Рекомендуемые варианты для линий электропередачи разных напряжений приведены в табл. 2-2.
Конденсаторы связи в металлических корпусах являются весьма перспективными, но в настоящее время их серийный выпуск еще не налажен, в связи с чем они не нашли пока широкого применения в энергосистемах. В настоящее время их применение ограничивается случаями организации в. ч. каналов по проводам линий электропередачи 35—154 кВ, по кабелям напряжением 10 и 35 кВ, по грозозащитным тросам и по изолированным проводам расщепленной фазы линии.
Подобранный по рабочему напряжению конденсатор связи обладает определенной емкостью, величина которой имеет значение для настройки фильтра присоединения. Поэтому должна быть проверена возможность совместной работы конденсатора связи с фильтром присоединения, включенным по заводской схеме, или необходимость модификации фильтра, т. е. изменений в его схеме, которые обеспечили бы настройку системы «конденсатор связи — фильтр присоединения» на полосу пропускания частот всех каналов, работающих по данной фазе. К этому, собственно, и сводится подбор фильтра, так как тип его определяется практически однозначно: ФП-500 для линий 500 кВ, УП-63 или ФП-ВРС-110 для линий 6—35 кВ и ОФП-4 для всех остальных линий (последний тип может применяться также на линиях 35 кВ).
Выбор заградителей по высоковольтным параметрам осуществляется сравнением паспортных величин рабочего тока, термической и динамической устойчивости заградителя с установившимся и ударным токами короткого замыкания линии электропередачи и ее номинальным рабочим током. Заградитель пригоден для установки на данной линии, если выдержаны следующие соотношения:
Пусть, например, требуется установить заградитель на линии, для которой Iл = 600 а, ударный ток короткого замыкания ίκ.з= 15,1 ка и установившийся ток короткого
Рис. 5-10. График для определения tф.
Время t, в течение которого силовая катушка выдерживает ток термической устойчивости, определяется из технических характеристик заградителя (оно равно 0,5 сек), а величина — по графику рис. 5-10 по вспомогательному параметру В, равному отношению ударного и установившегося токов короткого замыкания. В нашем случае В = 15,1 : 14,3= 1,06.
Сравнивая полученные величины с соответствующими характеристиками заградителей, помещенными в табл. 2-4, устанавливают, что для данной линии пригодны заградители РЗ-1000/0,6 и РЗ-2000/1,2. Из них выбирается тот, который имеет величину индуктивности, обеспечивающую запирание полос частот всех каналов, работающих по данной фазе линии электропередачи.
В тех случаях, когда величина индуктивности заградителя не может обеспечить запирание частот всех каналов, допускается включение в фазу двух заградителей. Однако в подобных случаях целесообразней использовать заградитель с большей величиной индуктивности, хотя его высоковольтные параметры при этом будут взяты с большим запасом. Оба эти способа могут быть рекомендованы лишь для единичных случаев. Для более правильного решения вопроса следовало бы располагать набором заградителей с разными индуктивностями на один и тот же ток. К сожалению, номенклатура заградителей, выпускаемых нашей промышленностью, пока не отвечает этому требованию. Для полного удовлетворения нужд энергетики необходимо иметь, дополнительно к выпускаемым в настоящее время: заградители на рабочий ток 600 а с индуктивностью 0,6 и 1,2 мгн, на ток 1 000 а с индуктивностью 1,2 и 2 мгн и на ток 2 000 а с индуктивностью 0,6 и 2 мгн. Наличие такой номенклатуры позволит отказаться от использования заградителей с завышенными силовыми параметрами и более широко применять параллельную работу нескольких каналов на одной фазе.
Рис. 5-11. Схема переделки элемента настройки ЭН-0,6 для расширения полосы запираемых частот до 500 кГц.
о------ о — упраздняемые соединения; о о — вновь выполняемые соединения; L1 — силовая катушка заградителя.
В качестве одного из компромиссных решений заслуживает внимания разработанный Львовским филиалом института Энергосетьпроект метод расширения полосы настройки заградителя РЗ-1000/0,6 до 500 кГц. Для этой цели достаточно сделать незначительные изменения в схеме элемента настройки (рис. 5-11), легко выполняемые монтажниками при установке и настройке заградителя. Переделанный заградитель имеет полосу запирания от 150 до 500 кГц при величине сопротивления его в этой полосе не менее 600 Ом.
При выборе заградителей следует стремиться как можно полнее использовать широкополосную настройку. Как показано в § 2-2, одно- или двухчастотная настройка имеет серьезные недостатки и допускается лишь для узкополосных каналов (защиты, телесигнализации и др.), если они выполняются на отдельной фазе и для одиночных телефонных каналов небольшой протяженности на тех линиях, где по перспективной схеме не намечается организация других каналов. Выбор наиболее подходящей полосы запирания заградителя осуществляется в тесной увязке с распределением частот таким образом, чтобы частоты всех каналов на одной фазе линии электропередачи лежали в границах выбранной полосы запирания. В противном случае каналы, работающие на частотах, лежащих вне этой полосы, будут иметь недопустимо большое затухание, работа их будет неустойчива, а характеристики могут быть сильно искажены.
Выбор типа высокочастотной аппаратуры.
Выбор типа в. ч. постов, которые наиболее целесообразно применить для проектируемого канала, определяется многими факторами. Имея в виду большое разнообразие возможных схем каналов и значительное количество типов аппаратуры, затруднительно дать определенные рекомендации по выбору типа постов для любых встречающихся на практике случаев. Поэтому ниже приводятся лишь общие соображения, которыми следует руководствоваться при проектировании.
К настоящему времени в энергосистемах Советского Союза находится в эксплуатации весьма большое количество самых разнообразных типов аппаратуры — начиная с довоенных выпусков и кончая самыми последними образцами. Разнотипность аппаратуры существенно усложняет ее эксплуатацию и ухудшает качественные показатели каналов связи. Поэтому первейшее требование при выборе типа постов — это унификация оборудования. Следует стремиться к тому, чтобы на каждом объекте количество разных типов аппаратуры было сведено к минимуму. Вновь устанавливаемая аппаратура должна обладать наилучшими характеристиками и высоким качеством исполнения. Этими показателями в полной мере обладает аппаратура серий ЭПО и ВЧА, которая по праву может быть рекомендована в качестве основной аппаратуры в. ч. связи для наиболее ответственных каналов энергосистем.
При проектировании новых каналов следует критически оценить возможность дальнейшего использования существующей в энергосистемах аппаратуры устаревших типов. В ряде случаев такую аппаратуру целесообразно заменить на cовременную, а снятую либо использовать на других направлениях, уже оснащенных аппаратурой такого же типа, либо списать, как изношенную и не удовлетворяющую современным требованиям.
К последней аппаратуре, в частности, относится все трофейное оборудование, а также посты типов ДПК-38, МВП-52, МВП-57, ЭПД-1, ТДО, ТУ-3, ТМД/П, ТМВД/П и им подобные.
Выбранная аппаратура должна не только обеспечивать передачу необходимого объема информации, но и быть при этом возможно более полно загруженной. Например, сигналы телемеханики следует передавать в надтональном спектре телефонного канала, не применять многоканальных постов там, где нужен только один канал, и пр. Также нецелесообразно аппаратуру, предназначенную для работы в диапазоне 50—300 кГц, использовать на коротких каналах, где даже на самой высокой частоте она имеет чрезмерно большой запас по перекрываемому затуханию и, следовательно, не работает на полную мощность. В этих случаях, а также для коротких линий с ответвлениями полезно выбирать рабочие частоты выше 300 кГц и применять аппаратуру, работающую в диапазоне до 500 кГц. Это позволит не только более полно использовать возможности аппаратуры, но и повысить устойчивость работы таких каналов. По этой же причине, для связи по воздушным распределительным сетям не следует применять аппаратуру типа АРС-64М, ибо у нее не может быть полностью использован весь диапазон рабочих частот из-за отсутствия аппаратуры обработки для частот ниже 50 кГц. Эта аппаратура должна применяться по своему прямому назначению — для связи по кабельным линиям электропередачи.
Для узловых подстанций, где сходятся несколько каналов с разных направлений, желательно обеспечить возможность автоматического переприема между ними. Это может быть выполнено при установке на узловых пунктах аппаратуры с одинаковой системой телефонной автоматики, допускающей подобное сопряжение аппаратуры. В противном случае такой переприем осуществляется вручную на коммутаторе, что гораздо менее удобно. Наиболее удачным решением была бы установка на узловых подстанциях небольшой специальной АТС, в которую включены абонентские выходы в. ч. постов (автоматика в самих постах при этом не нужна) и которая могла бы обеспечить соединения между любыми абонентами включенных в нее каналов. Но пока отсутствует предназначенная для этой цели аппаратура, приходится при выборе типа постов учитывать упомянутую возможность сопряжения.
Существенное значение при выборе типа аппаратуры могут иметь способ ее электропитания и размеры. В последнее время широкое распространение получили подстанции без батарей оперативного тока и без зданий щита управления, высоковольтное оборудование которых размещается в так называемых шкафах комплектных распределительных устройств (КРУН). Высокочастотная аппаратура, устанавливаемая на таких подстанциях, должна иметь, во-первых, небольшие размеры, позволяющие поместить ее в стандартных шкафах КРУН, и, во-вторых, — возможность резервного электропитания от источника постоянного тока низкого напряжения порядка 24—48 в, так как установить аккумуляторную батарею напряжением 110 или 220 в на этих подстанциях невозможно. Из имеющихся в настоящее время типов в. ч. постов обоим этим требованиям удовлетворяет только аппаратура серии ВЧА.
Расчет каналов и выбор частот.
Остановившись окончательно на каком-либо типе аппаратуры, переходят к одному из самых ответственных этапов проектирования — к назначению рабочих частот и определению основных качественных показателей каналов: запаса по перекрываемому затуханию, влияния на соседние каналы и устойчивости работы. Вопросы выбора частот и расчета в. ч. каналов достаточно сложны, в связи с чем их рассмотрению посвящены отдельные главы, в которых излагается принятая в настоящее время методика.
Существующая методика выбора частот разработана на основании принципа максимального уплотнения частотного диапазона, отведенного для в. ч. связи. Она дает возможность организовать наибольшее количество каналов в каком-либо участке диапазона при условии отсутствия взаимных помех и обеспечения необходимого запаса по перекрываемому затуханию. Основным недостатком методики распределения частот является отсутствие определенных рекомендаций по использованию частотного диапазона, так как она допускает использование любых частот для любого канала, независимо от ширины его линейного спектра, лишь бы удовлетворить указанным выше требованиям. Такой достаточно произвольный выбор частот приводит к тому, что в промежутке между соседними частотами оказывается невозможным размещение новой полосы, так как при выборе предыдущих частот эта возможность не учитывалась. Это обстоятельство создает фиктивную перегрузку диапазона и делает всю систему распределения частот весьма чувствительной ко всяким изменениям схемы сетей высокого напряжения, а следовательно, и в. ч. каналов. Пока количество каналов было сравнительно невелико, этот недостаток не имел существенного значения. Сейчас же во многих энергосистемах частотный диапазон настолько переуплотнен, что изменение даже одной из частот (или необходимость введения новой) нередко заставляет в корне переделывать с таким трудом составленный график частот. При современных бурных темпах электрификации схемы сетей меняются часто и на корректировку распределения частот уходит много времени. Все это требует более современного и гибкого подхода к составлению частотного графика. Задача определения наилучшего способа распределения частот весьма сложна, но решать ее нужно безотлагательно. Одним из перспективных путей в этом направлении является упорядочение распределения частот путем разбивки частотного диапазона на отдельные полосы, равные линейным спектрам аппаратуры, и последующего назначения только таких рабочих частот каналов, которые точно соответствуют этим полосам. Главное затруднение здесь в том, что выпускаемая аппаратура имеет самую разнообразную ширину линейного спектра и выполнить разбивку диапазона для разнотипной аппаратуры сложно. Устранить существующий разнобой в типах аппаратуры, упорядочить выбор частот и устранить ряд других затруднений при проектировании и строительстве в. ч. каналов, видимо, удастся только после разработки и введения общесоюзного стандарта на в. ч. связь. Такая необходимость давно назрела.
Соединение высокочастотной аппаратуры с абонентом.
Расчетом и проверкой устойчивости заканчивается проектирование в. ч. части канала, После этого остается составить схемы коммутации канала и подачи его абонентам, а также решить вопрос об основном и резервном электропитании аппаратуры. Необходимость подачи канала абоненту вызывается тем, что оконечный в. ч. пост канала и абонент, пользующийся этим каналом, очень часто расположены территориально в разных пунктах. При больших расстояниях между ними возникает ряд трудностей с передачей, например сигналов набора номера, не позволяющих непосредственно соединить пост с аппаратом абонента.
Тональные сигналы с выхода в. ч. поста могут быть поданы на абонентские аппараты либо непосредственно по индивидуальным двухпроводным соединительным линиям, либо в преобразованном виде по уплотненным соединительным линиям. Первый способ весьма прост, но неэкономичен, так как для передачи каждого сигнала нужно занимать отдельную физическую пару. Он применим поэтому для подключения к посту абонентов, расположенных на небольшом удалении от него (в одной комнате, в одном или соседних зданиях), или при невозможности осуществления соединения иными способами.
При значительных расстояниях между постом и абонентом (порядка единиц и даже десятков километров) с целью экономии количества пар соединительных кабелей подачу канала лучше осуществлять при помощи аппаратуры уплотнения. При этом по одной паре проводов оказывается возможным одновременно передать несколько тональных каналов. В качестве аппаратуры уплотнения может быть использована любая аппаратура дальней связи на необходимое число каналов. Однако в этом случае возникают некоторые трудности, связанные с необходимостью применения дополнительных устройств, например блоков ретрансляции вызова, что усложняет канал и делает его менее надежным.
Некоторые современные типы в. ч. постов выполнены в так называемом разнесенном варианте, т. е. в виде двух отдельных стоек, одна из которых содержит всю высокочастотную часть, а вторая — низкочастотную. Соединение стоек между собой выполняется по промежуточной частоте, при этом территориально они могут располагаться на значительном удалении друг от друга. Использование подобной аппаратуры практически снимает вопрос о подаче канала абонентам. Стойка высокой частоты устанавливается на оконечном пункте канала, а низкочастотная — в непосредственной близости от абонента. Соединение второй стойки с абонентами выполняется по низкой частоте индивидуальными двухпроводными линиями точно так же, как и при размещении поста и абонентов в одном или смежных помещениях. Преимуществами данной схемы являются экономия емкости соединительной линии и независимость работы системы избирательного вызова от ее длины. Длина соединительной линии зависит от марки используемого низкочастотного кабеля и величины допустимого затухания между стойками, которое обычно составляет 3—3,5 неп. Данная схема весьма удобна, так как для ее осуществления не требуется дополнительной аппаратуры и она свободна от недостатков, присущих схеме уплотнения, за исключением того случая, когда необходимо выделение канала в пункте установки в. ч. стойки. Если такое выделение обязательно, то можно включить телефонный аппарат подстанции на правах одного из абонентов низкочастотной стойки, заняв для этого дополнительные пары в соединительной линии.
Выбор наилучшего варианта подачи канала абоненту, а также составление схемы коммутации каналов производятся в зависимости от местных условий и назначения канала при конкретном проектировании.
Составление графической части проекта заканчивается построением диаграммы уровней, представляющей собой чертеж, на котором наглядно показаны величины уровней мощности (или напряжения) в различных точках канала. Для построения диаграммы уровней (см. рис. 7-45) вычерчивается схема в. ч. канала, а под ней координатные оси. На горизонтальной оси отмечаются характерные точки канала, в которых изменяется однородность в. ч. тракта. Для каждой точки подсчитывается величина уровня мощности в. ч. сигнала, которая откладывается в выбранном масштабе по вертикальной оси. Полученные точки соединяются ломаной линией и около них проставляются числовые величины уровней. На этом же чертеже указываются исходные данные для расчета, по которым в случае необходимости можно проверить правильность построения диаграммы. Диаграмма уровней служит наглядным подтверждением правильности расчета, позволяет судить о наличии и величинах запасов в отдельных точках в. ч. тракта и в последующем служит основанием для настройки смонтированного канала. Диаграмма уровней составляется также наладчиками при настройке канала по данным фактических замеров величин уровней в соответствующих точках. Близкое совпадение рассчитанных и измеренных величин свидетельствует, с одной стороны, о правильности выполненных в проекте расчетов, а с другой, — о правильном выполнении монтажных работ.
Электропитание аппаратуры.
В объем проектирования в. ч. каналов входит обеспечение аппаратуры основным и резервным электропитанием. Однако вопрос электропитания должен решаться в комплексе для всех видов и средств связи энергообъекта, среди которых в. ч. каналы не всегда являются основными потребителями энергии. Поэтому давать рекомендации по питанию только в. ч. аппаратуры было бы неправильным, а рассмотрение всего комплекса источников питания должно явиться предметом специальной работы. В связи с этим ниже приводятся только основные принципы для выбора способов и источников питания аппаратуры в. ч. связи, которые должны учитываться при проектировании всей системы электроснабжения энергообъекта.
Основным источником питания в. ч. аппаратуры, кроме постов защиты, является нормальная сеть переменного тока 127/220 в, 50 Гц. Напряжение сети должно быть достаточно стабильным; колебания его не должны превышать ±10% номинального. В тех случаях, когда не обеспечивается нужная стабильность, аппаратуру следует включать через стабилизатор. Для большинства типов аппаратуры предусмотрены блоки питания от переменного тока, питание остальных осуществляется при помощи дополнительных выпрямительных устройств.
По способу электропитания вся в. ч. аппаратура делится на две группы — с гарантированным и негарантированным питанием. К первой группе относится аппаратура каналов диспетчерской связи и системной автоматики, которые должны обеспечивать возможность управления энергосистемой в любых условиях и особенно во время аварий, при обесточении энергообъектов. Нормально питание аппаратуры этих каналов осуществляется от щита собственных нужд подстанции или электростанции, а резервирование обеспечивается установкой самостоятельного агрегата аварийного питания. Агрегат состоит из генератора переменного тока соответствующего напряжения и электродвигателя постоянного тока. При исчезновении напряжения в сети автоматически запускается двигатель, работающий от станционной батареи оперативного тока и вращает генератор, который продолжает питать посты переменным током. Перерыв в питании при этом способе определяется временем достижения агрегатом номинальной скорости вращения и составляет обычно 3 сек, что вполне допустимо. Все остальные каналы относятся ко второй группе, которая получает питание только от щита собственных нужд, без резервирования.
Описанный способ резервирования питания неприменим, если в. ч. аппаратура устанавливается на подстанциях с оперативным переменным током, без станционной батареи. В этих случаях приходится предусматривать специальную небольшую аккумуляторную батарею, которая сможет обеспечить аварийное питание постов в течение нескольких часов, и выпрямители для ее заряда или для буферного режима работы (если последние не входят в комплект аппаратуры).
Весьма высокие требования к надежности каналов релейной защиты, системной автоматики и телеотключения в равной мере относятся и к надежности их питания. Этим требованиям отвечают аккумуляторные батареи оперативного тока 110 в (для питания постов ПВЗК и ВЧТО) или 220 в (для питания постов ПВЗД, ПВЗК и ВЧТО). Посты защиты и телеотключения всех видов не могут работать непосредственно от сети переменного тока, в связи с чем питание их при установке на подстанциях без оперативной батареи является непростой задачей. Для этой цели ВНИИЭ разработана специальная схема питания постов защиты от соответствующей панели релейной защиты, которая в свою очередь питается от трансформаторов напряжения и тока той линии электропередачи, которую она защищает. Схема обеспечивает подачу питания постам и панели защиты после отключения линии в течение промежутка времени, необходимого для передачи сигнала.
Оба способа электропитания постов защиты достаточно надежны и в резервировании не нуждаются.
После полной обработки графической части проекта составляются пояснительная записка и сметно-финансовые расчеты (или сметы), подбираются протоколы согласований, совещаний и тексты заданий, которые должны войти в состав проекта. Затем весь материал в скомплектованном виде передается для оформления и размножения.
