Проектирование ВЧ каналов по ЛЭП - Порядок расчета высокочастотных каналов

Электрический расчет в. ч. каналов можно разделить на основные части: расчет затухания в. ч. тракта и расчет затухания соединительной линии.
В процессе расчета затухания в. ч. тракта определяются также в. ч. параметры аппаратуры обработки и проверяются схемные и другие решения сложных каналов (каналов с обходами, ответвлениями и промежуточными усилителями), исходя из условий допустимых величин неравномерности затухания в полосе канала и нестабильности остаточного затухания. После расчета затухания в. ч. тракта должно быть проверено еще одно обязательное условие нормальной работы канала, обеспечивающее минимально допустимое отношение сигнала   к распределенной помехе (или при очень низком уровне помех и невысокой чувствительности приемников аппаратуры — соблюдение нормального остаточного затухания):
В высокочастотных каналах с усилителями и переприемами условие (7-33) должно соблюдаться для каждого усилительного или переприемного участка.
Ниже рассматриваются особенности расчета каналов без усилителей и переприемов с в. ч. трактами различной сложности, а также каналов с усилителями и переприемами. Каналы с в. ч. трактами, содержащими как обходы, так и ответвления, рассчитываются с учетом особенностей тех и других случаев.

Каналы без обходов и ответвлений.

Затухание в. ч. тракта канала рассчитывается по формуле

Входящие в формулу (7-34) слагаемые затухания элементов в. ч. тракта определяются в соответствии с § 7-3.

При расчете каналов телефонной связи, телемеханики, аварийно-предупредительной сигнализации и телеотключения на приемном конце учитывается только затухание, вносимое заградителем, так как отношение сигнала к распределенной помехе на выходе канала не ухудшается вследствие затухания на приемном конце в фильтре присоединения, в. ч. фидере и других элементах.
Для каналов релейной защиты, качество которых при расчете определяется уровнем приема на входе приемника, учитывается затухание всех элементов в. ч. тракта.

Рис. 7-34. Максимально допустимое расчетное характеристическое сопротивление фильтра присоединения со стороны линии для электрически короткого тракта.
афl — собственное затухание линии.
Входное сопротивление фильтра присоединения со стороны линии электропередачи Ζф.п не должно превышать 1 500 Ом для электрически длинных в. ч. трактов (затухание междуфазной волны афl<0,8 неп) и значений, определяемых по рис. 7-34 для электрически коротких в. ч. трактов (затухание междуфазной волны афl<0,8 неп при длине линии не менее 35 км). При этих значениях максимальная неравномерность затухания в. ч. тракта, обусловленная взаимодействием отражений междуфазовых волн от концов линии, не будет превышать 0,2 неп для электрически длинных и 0,4 непдля электрически коротких линий.
На линиях электропередачи длиной οт 10 до 35 км для каналов на частотах до 300 кГц рекомендуется, чтобы Ζф.п = Ζвх. л.
В тех случаях, когда необходимо организовать в. ч. каналы по средней и крайним фазам нетранспонированных линий, рекомендуется применять широкополосные заградители и фильтры присоединения с входным сопротивлением Ζф.п =Ζвх. л.
Применение заградителей с запирающим сопротивлением менее 350 Ом нежелательно из-за большой величины вносимого ими затухания..

Если в. ч. аппаратура канала на одном его конце подключается к линии через антенное устройство с большим переходным затуханием, расчет затухания в. ч. тракта производится для направления передачи от этого конца. При использовании на обоих концах канала антенных устройств присоединения следует проверить, не окажется ли уровень сигнала на входе приемника за пределами его чувствительности.

Рис. 7-35. Километрическое затухание междуфазного тракта нетранспонированной ВЛ 220 кВ с горизонтальным расположением проводов.

В случаях, когда между антенным устройством присоединения на одном конце канала и фильтром присоединения на другом конце (на подстанции) линия электропередачи ие имеет транспозиций, аппаратуру уплотнения на подстанции рекомендуется подключать к крайним фазам линий с горизонтальным расположением проводов и к верхней фазе линии с вертикальным и треугольным расположением проводов. Километрическое затухание междуфазной волны в таких случаях определяется по графикам рис. 7-35 и 7-36 для линий с горизонтальным расположением проводов и по формуле (7-4) для линий с вертикальным и треугольным расположением проводов.
Если между антенным устройством присоединения и устройством присоединения на подстанции линия электропередачи имеет одну транспозиционную опору, то затухание междуфазной волны рассчитывается по формуле
(7-35)

Рис. 7-36. Километрическое затухание междуфазного b канала нетранспонированной ВЛ 330—500 кВ с горизонтальным расположением проводов.

В этом случае аппаратура уплотнения на подстанции должна подключаться к средней фазе. Подключение аппаратуры к крайней фазе не рекомендуется, так как при этом затухание линии повышается.

Каналы с высокочастотными обходами.

Затухание высокочастотного тракта канала с обходами рассчитывается по формуле

где апром — затухание, вносимое в. ч. аппаратурой уплотнения на обходе, неп; остальные обозначения такие же, как в формуле (7-34).
Как указано выше, при расчете каналов телефонной связи, телемеханики, аварийно-предупредительной сигнализации и телеотключения на приемном конце учитывается только затухание, вносимое заградителем.
Запирающее сопротивление заградителей, включаемых в в. ч. обход, рекомендуется выбирать не менее 600 Ом, если подстанция, на которой осуществляется обход, имеет мощность не более 35 тыс. ква, и не менее 500 Ом, если подстанция имеет большую мощность. При таких сопротивлениях заградителей обеспечивается величина переходного затухания между фазами линий через шины подстанции на ближнем конце не менее 2,2 неп.
Расчетное входное сопротивление фильтра присоединения со стороны линии Ζф.п определяется для каждого участка в. ч. тракта в отдельности в соответствии с предыдущим пунктом настоящего раздела. Здесь под участком в. ч. тракта понимается участок между двумя в. ч. обходами или между в. ч. обходом и конечным пунктом.
Если канал релейной защиты или телеотключения заканчивается на обходе, в цепи обхода обязательно должен включаться разделительный фильтр или разделительный контур. В таких случаях затухание, вносимое в канал релейной защиты обходом (ответвлением в. ч. энергии во второй фидер), рассчитывается по формуле

(7-37)

где Ζр.ф — входное сопротивление разделительного фильтра в полосе запирания или разделительного контура на резонансной частоте, Ом.
Активное входное сопротивление разделительного фильтра или разделительного контура Ζр.ф определяется в соответствии с § 7-3.
Если в цепь обхода включен разделительный фильтр для запирания частот каналов телефонной связи и телемеханики, заканчивающихся на обходе, затухание, вносимое в эти каналы обходом, рассчитывается по формуле

(7-38)
Рекомендуется устанавливать разделительный фильтр с активным входным сопротивлением в полосе запирания rр.ф ≥375 Ом.

Затухание, вносимое разделительным фильтром или разделительным контуром в сквозной канал, определяется в соответствии с § 7-3.
При наличии параллельного сближения линий электропередачи на подходе к подстанции, на которой осуществляется в. ч. обход, следует проверять величину переходного затухания между фазами линий на ближнем конце aбл в соответствии с § 6-7.

Рис. 7-37. Высокочастотный обход в начале параллельного сближения.
I — промежуточная подстанция.
Если величина aбл<2,2 неп, что может иметь место в случаях параллельного подхода линий на двухцепных опорах, в. ч. обход на подстанции для каналов, оборудованных аппаратурой ОБП, осуществлять не рекомендуется из-за недопустимо большой неравномерности затухания в полосе канала, обусловленной таким обходом. В подобных случаях в канале целесообразно осуществлять усиление или переприем со сдвигом частот. В порядке исключения допустимо осуществление обхода в начале параллельного сближения линий, как показано на рис. 7-37. При этом конденсаторы необходимо защищать от атмосферных и внутренних перенапряжений вентильными разрядниками, выбираемыми по номинальному напряжению линии электропередачи.
На подстанциях мощностью до 31 500 ква, имеющих схему первичных цепей, показанную на рис. 7-38, и суммарную емкость оборудования высокого напряжения не более 3 000 пф, высокочастотный обход можно выполнять по упрощенной схеме, приведенной на рис. 7-39. При этом в диапазоне до 300 кГц затухание, вносимое обходом в сквозной канал, принимается равным 0,6 неп.

Рис. 7-38. Схема подстанции, на которой может быть организован упрощенный обход.
РЛНЗ — линейный разъединитель с заземляющим ножом; РЛНД — то же без заземляющего ножа; РВС — разрядник; ВП — высоковольтный предохранитель.

Обход на два направления можно организовать по схемам рис. 7-40 и 7-41. Схемы составлены в предположении, что связь объектов линии 2 с объектами линии 3 и связь промежуточного пункта с объектами линии 2 и линии 3 не осуществляются. Величины сопротивлений Г-образных удлинителей выбираются таким образом, чтобы сопротивление нарузкb фильтров присоединения со стороны в. ч. фидеров равнялось 100 Ом. Для выполнения этого условия для схемы на рис. 7-40 принято R1 = 200 Ом, R2=430 Ом, а для схемы на рис. 7-41 R1=150 Ом, R2 = 240 Ом, R3= 200 Ом.

Рис. 7-39. Упрощенная схема обхода.
33 — заземляющий заградитель (например, типа ПЗ-6).
При расчете в. ч. трактов каналов с обходом на два направления по схемам рис. 7-40 и 7-41 следует учитывать дополнительное затухание, вносимое в сквозной канал Г-образным удлинителем и ответвлением в. ч. энергии в другие фидеры. Это затухание определяется по формуле
(7-39)

Рис. 7-40. Схема высокочастотного обхода на два направления.

Рис. 7-41. Схема высокочастотного обхода на два направления с аппаратурой уплотнения на обходе.
При rвх.к=100 Ом и величинах сопротивлений указанных для рис. 7-40 и 7-41, расчетная величина адоп будет равной соответственно 1,1 и 1,6 неп.
Дополнительное затухание, вносимое в канал объектов линии 1 с промежуточным пунктом сопротивлением 

При расчете атр не учитывается концевое затухание и затухание, вносимое заградителем в месте обхода со стороны смежной линии, так как уровень рпом в расчетах определяется в точке подключения аппаратуры присоединения.
При подключении аппаратуры к линии через антенные устройства присоединения следует учитывать особенности расчета затухания в. ч. тракта, приведенные в начале настоящего раздела.

Каналы с ответвлениями.

Затухание высокочастотного тракта с ответвлениями рассчитывается по формуле

Выбор фильтров присоединения с Ζф.п>Ζвх.л нежелателен, кроме случаев, указанных в § 7-3, так как при этом возрастает затухание, вносимое ответвлением, по которому организуется связь и увеличивается неравномерность затухания в полосе канала.
В случаях, когда ни одно ответвление в высокочастотном тракте не используется для организации связи, допускается применение фильтров присоединения с Ζф.п, определяемым по рис. 7-34.
Если ответвление, неиспользуемое для организации связи, должно быть обработано заградителями, то число обрабатываемых фаз ответвления, запирающее сопротивление заградителей и допустимое расстояние от места их включения до точки разветвления определяются в зависимости от назначения канала и величины допустимого затухания в. ч. тракта. Для каналов релейной защиты и телеотключения, а также каналов аварийно-предупредительной сигнализации, оборудованных аппаратурой с частотной модуляцией по типу ТС-2 и СГ-62, на эти величины накладывается условие обеспечения в канале необходимого запаса по перекрываемому затуханию.
Для каналов телефонной связи и телемеханики, оборудованных аппаратурой ОБП, затухание, вносимое ответвлением, не должно превышать 0,4 неп. При этом неравномерность затухания, обусловленная интерференцией междуфазовых волн, не будет превышать 0,25 неп, а максимальная суммарная величина неравномерности затухания в. ч. тракта канала с ответвлениями от одного до четырех не будет превышать соответственно 0,56; 0,6; 0,66 и 0,7 неп. Эти значения приведены для полосы частот 3 кГц и рассчитаны в предположении, что неравномерности затухания в тракте складываются геометрически.
Дополнительное затухание, обусловленное взаимодействием отражений междуфазных волн от концов линий, определяется следующим образом.
Если ответвления расположены одно от другого на расстоянии l≥2 900/f (км) (здесь f в килогерцах)

Рис. 7-44. Схема подключения в. ч. аппаратуры уплотнения на опорной подстанции через Г-образные согласующие удлинители. R1, R2 — безындукционные сопротивления.

Каналы, организуемые по радиально-лучевой схеме.

Радиально-лучевая схема организации в. ч. каналов чаще всего применяется в распределительных сетях. Высокочастотная аппаратура на главном пункте (диспетчерском или опорной подстанции) подключается параллельно к нескольким линиям. Согласование входных сопротивлений приемопередатчика и нагрузки (в. ч. фидеров) можно осуществить при помощи трансформатора или Г-образных удлинителей из активных сопротивлений, как показано на рис. 7-44.
В случае согласования входных сопротивлений Г-образными удлинителями дополнительное затухание, вносимое в канал за счет разветвления в. ч. энергии, может оказаться больше, чем при трансформаторном согласовании, из-за потерь в сопротивлениях удлинителей. Однако трансформаторное согласование при небольшой длине в. ч. фидеров значительно снижает нагрузку каждого фильтра присоединения со стороны кабеля по сравнению с номинальной. Это в свою очередь приводит к увеличению Ζф.п и неравномерности затухания электрически короткого тракта, что может вывести из строя в. ч. канал, оборудованный аппаратурой ОБП. Поэтому в электрически коротких трактах согласование Г-образными удлинителями может дать лучшие результаты.
Окончательный выбор схемы согласования может быть сделан при наладке канала.
Величины сопротивлений удлинителей должны выбираться так, чтобы обеспечивалась оптимальная нагрузка в. ч. аппаратуры уплотнения главного пункта и фильтра присоединения со стороны в. ч. кабельного фидера.
Затухание в. ч. тракта канала между главным и каждым контролируемым пунктами рассчитывается в обоих направлениях передачи, если рабочие частоты передачи аппаратуры главного пункта ниже частот приема.
Для направления передачи от главного пункта затухание в. ч. тракта канала определяется по формуле

В табл. 7-2 приведены величины адоп, рассчитанные по (7-49) и (7-50) при количестве линий до шести, и рекомендуемые величины сопротивлений удлинителей.

Таблица 7-2

Каналы с промежуточными усилителями и переприемами.

Расчет затухания в. ч. тракта каждого усилительного или переприемного участка канала производится так же, как и для простого канала, но с учетом сложности тракта. Для каналов с промежуточными усилителями и переприемами со сдвигом частот расчет затухания в. ч. тракта производится только для того участка, на котором ожидается наибольшее затухание.
Если канал организован по линиям электропередачи с различными уровнями распределенных помех или если уровни передачи оконечной и промежуточной аппаратуры не равны, расчет затухания производится для участка, на котором ожидается меньшее отношение сигнала к помехе. Если по каким-либо соображениям для таких каналов необходимо построение диаграммы уровней передачи, то расчет затухания в. ч. тракта необходимо производить для каждого усилительного участка канала в обоих направлениях.
Для каналов, оборудованных промежуточными усилителями с прямым усилением и с инверсией частот, расчет затухания в. ч. трактов производится для каждого усилительного участка в обоих направлениях. По результатам расчета строится диаграмма уровней передачи. Если такой расчет производится с целью выяснения причин ненормальной работы уже существующих в. ч. каналов, то в таких случаях необходимо также произвести проверку условий возможности применения указанного типа усилителей. Проверка осуществляется по формулам (6-19) — (6-21) § 6-6.

Построение диаграмм уровней передачи каналов.

Диаграмма уровней передачи строится по результатам расчета затуханий в. ч. трактов усилительных участков канала для нормальных атмосферных условий. При этом учитываются затухания, вносимые всеми элементами в. ч. тракта канала на приемном конце.
Минимальный уровень приема сигнала определяется на входе приемника для каждого усилительного участка. Для этого значения рпр.мин, определенное по формуле (6-15), уменьшается на величину затухания сигнала в элементах в. ч. тракта на приемном конце (в фильтре присоединения, в. ч. фидеров, параллельно подключенной аппаратуре и разделительных фильтрах).
Диаграмма уровней передачи каналов, оборудованных промежуточными усилителями и переприемами с инверсией частот, строится таким образом, чтобы разность уровней передачи сигнала промежуточного усилителя в обоих направлениях и разность уровней приема сигнала на входе промежуточного усилителя со смежных участков не превышала величин, указанных в § 6-6. С этой целью при построении диаграммы уровней максимально возможным выбирается уровень передачи сигнала для аппаратуры, работающей на усилительном участке с наибольшим затуханием.
Пример построения диаграммы уровней передачи в. ч. канала телефонной связи показан на рис. 7-45, а расчет в. ч. тракта этого канала приведен ниже.

Рис. 7-45. Диаграмма уровней передачи в. ч. канала по ВЛ 500 кВ с усилителями прямого усиления и инверсией частот.

Таблица 7-3