Оперативное управление энергосистемами можно обеспечить только в том случае, если диспетчер располагает постоянной информацией о состоянии оборудования всех подчиненных ему объектов и может быстро принять действенные меры по устранению неполадок или изменению режима на любом из них. Для этого в энергосистемах организуется специальная сеть диспетчерской связи. Основным и наиболее важным назначением в. ч. каналов по линиям электропередачи и является обеспечение диспетчерской связи энергосистем, в которую входят телефонные переговоры диспетчера с дежурными энергообъектов, сигнализация об авариях или повреждениях на необслуживаемых подстанциях и передача различных сигналов телемеханики.
В силу своей высокой надежности в. ч. каналы используются для передачи сигналов, связанных с защитой высоковольтного оборудования, с автоматическим регулированием отдельных параметров электропередачи (частоты, мощности) и с внедрением автоматического управления энергосистемами. Особенно широко они используются для передачи сигналов релейной защиты линий электропередачи и сигналов телеотключения.
Кроме диспетчерских переговоров, для нормальной работы энергосистемы нужно обеспечить связь технического, административного и хозяйственного персонала энергообъектов с соответствующими службами энергоуправления, а также с предприятиями, учреждениями и организациями, ведающими вопросами снабжения, финансирования, ремонта, строительства и т. д. Как правило, такую связь стараются обеспечить по местным и междугородным телефонным сетям, однако часто это неосуществимо вследствие их большой загрузки. Поэтому на в. ч. каналы по линии электропередачи возлагается также задача обеспечения энергообъектов междугородными каналами для передачи различной производственной информации — так называемыми каналами технологической связи.
Наконец, в. ч. каналы используются для связи ремонтно-восстановительных бригад, работающих на трассе линии электропередачи или на подстанции, с районным диспетчером. Наличие такой связи позволяет свести к минимуму время вынужденного отключения линии электропередачи и обеспечить безопасность и оперативность выполнения работ. Особенностью этого вида связи является необходимость устройства временных каналов, длина и направление которых зависят в каждом случае от места нахождения ремонтной бригады. Это обстоятельство создает известные неудобства, поскольку подключение аппаратуры связи к линии электропередачи может быть выполнено только в тех точках, где для этой цели предусмотрены специальные устройства. Оперативность связи при этом снижается, но при большом удалении бригады от диспетчерского пункта, когда невозможно обеспечить связь по радио, с этим приходится мириться. Другая особенность каналов линейно-эксплуатационной связи заключается в том, что по ним в отличие от других служебных каналов не передается какая-либо дополнительная информация.
С целью сокращения количества оборудования и более эффективного использования частотного диапазона обычно стремятся использовать один и тот же в. ч. канал для передачи нескольких разных информаций одновременно, что во многих случаях не только возможно, но и целесообразно. По этому признаку все в. ч. каналы можно разделить на две большие группы — одноцелевые и комбинированные.
Как показывает само название, одноцелевые каналы предназначены для передачи только одного вида информации — сигналов релейной защиты, системной автоматики, данных для вычислительных машин и т. д. Обычно к этим каналам предъявляются настолько специфические требования, что использование их для других целей затруднительно, а часто просто невозможно. Передача же такой информации, как, например, телефонного разговора и сигналов телемеханики, легко и эффективно может быть выполнена по одному и тому же в. ч. каналу, который в этом случае называется комбинированным.
Классифицировать в. ч. каналы можно по различным признакам: по их принадлежности, назначению, территориальному признаку, протяженности, конфигурации, степени сложности канала, типу аппаратуры, способу подключения аппаратуры к проводам линий высокого напряжения, роду передаваемой информации и т. д. Для проектировщика в. ч. каналов некоторые из перечисленных признаков являются несущественными. Не столь уж важно знать, например, кому принадлежит канал — центральному или районному диспетчерскому пункту энергосистемы, чтобы правильно определить его параметры. Точно так же безразлично и то обстоятельство, находятся ли оконечные пункты канала на территории одной и той же энергосистемы или на территории смежных систем. Другие же признаки, наоборот, определяют индивидуальные особенности канала и предъявляемые к нему требования, без знания которых невозможно спроектировать канал с нужными характеристиками. В связи с этим, чтобы не загружать изложение описанием всех возможных разновидностей в. ч. каналов, целесообразно ограничиться их классификацией только по тем признакам, которые имеют значение для правильного проектирования.
Основным признаком, определяющим важнейшие характеристики в. ч. канала, является его назначение. По назначению все каналы можно разделить на четыре группы: каналы диспетчерской связи, технологические каналы, специальные каналы и каналы линейно-эксплуатационной связи.
При помощи диспетчерских каналов диспетчер энергосистемы осуществляет контроль за выработкой и распределением электроэнергии, за ликвидацией аварий и повреждений на энергообъектах, за своевременным ремонтом оборудования и линейных сооружений. Все эти операции являются жизненно важными для нормальной безаварийной работы любой энергосистемы. Следовательно, диспетчерские каналы должны удовлетворять весьма жестким требованиям надежности, быстроты соединения с нужным абонентом и постоянной готовности к использованию канала по прямому назначению. Только при этих условиях диспетчеру будет обеспечена немедленная связь с любым объектом, а следовательно, и возможность своевременного принятия наиболее действенных мер к устранению тех или иных неполадок в системе.
К технологическим каналам предъявляются те же требования, что и к обычным телефонным каналам общего назначения — хорошее качество, экономичность и удобство пользования. Но поскольку эти каналы в энергосистемах обычно используются для резервирования диспетчерской связи, они должны удовлетворять некоторым дополнительным требованиям. В частности, технологические каналы должны быть независимы от диспетчерских, а коммутация их выполнена так, чтобы обеспечить диспетчеру возможность преимущественного права пользования этими каналами.
Основная информация, передаваемая по диспетчерским и технологическим каналам, — это переговоры между персоналом энергообъектов, поэтому данные каналы в принципе являются телефонными каналами, хотя в ряде случаев они одновременно могут быть использованы и для передачи некоторой другой информации. Современная высокочастотная телефонная аппаратура конструируется с расчетом на передачу полосы тональных частот от 300 до 3 400 Гц, которая позволяет получить высокое качество передачи речи. Для служебной связи, например диспетчерской, получение такого качества не столь уж важно — значительно важнее обеспечить разборчивую и неискаженную передачу речи, чтобы исполнитель мог правильно, быстро, с наименьшим количеством переспросов и повторений принять распоряжение диспетчера. Как показывает опыт, для этого достаточно иметь верхнюю границу телефонного канала на частоте 2 400 Гц. Остальная (верхняя) часть спектра, так называемый надтональный спектр, может быть уплотнена несколькими узкополосными каналами для передачи сигналов телеизмерений, телесигнализации и т. д. Такое комбинированное использование диспетчерских и технологических каналов на практике встречается довольно часто.
Для каналов линейно-эксплуатационной связи, которыми пользуется малоквалифицированный персонал (монтеры, обходчики), главными требованиями являются простота обращения с аппаратурой, удобство пользования связью и экономичность. Последнее требование обеспечивается конструированием упрощенной аппаратуры с еще более узкой полосой телефонного канала (300—2 000 Гц), поскольку высокая надежность и оперативность связи в данном случае не имеют определяющего значения.
Большую группу составляют специальные каналы. Сюда относятся уже упоминавшиеся каналы телемеханики, каналы релейной защиты и телеотключения, каналы для передачи аварийных и предупредительных сигналов с необслуживаемых подстанций, каналы для сигнализации об образовании гололеда на проводах линии электропередачи, каналы для системной автоматики, регулирования частоты и мощности в энергосистемах и ряд других. За исключением каналов телемеханики, все эти каналы связи так или иначе обеспечивают безаварийность работы и сохранность высоковольтного оборудования при возникновении перенапряжений или отклонении от нормального режима. Отсюда основные требования к ним — максимальная надежность, отсутствие искажений сигналов и высокая помехозащищенность.
Рис. 1-3. Схемы простых в. ч. каналов.
1 — линия электропередачи; 2 — шины подстанции; 3 — в. ч. заградитель; 4 — конденсатор связи; 5 — фильтр присоединения; 6 — оконечный в. ч. пост.
По степени сложности в. ч. каналы разделяют на простые и сложные. Простыми принято считать каналы, состоящие только из двух оконечных в. ч. постов. Классическим примером простого канала является схема, изображенная на рис. 1-3,а. В настоящее время такая схема встречается довольно редко — главным образом на линиях электропередачи сверхвысоких напряжений или при устройстве каналов защиты. Гораздо чаще приходится иметь дело с простыми каналами по линиям электропередачи с ответвлениями (рис. 1-3,б) или с промежуточными подстанциями (рис. 1-3,в). Могут встречаться и более сложные случаи, когда на линии электропередачи имеется несколько ответвлений, промежуточных подстанций или тех и других вместе. Тем не менее, все такие в. ч. каналы объединяют в понятие «простой канал» по той причине, что методика их расчета и проектирования остается, по существу, одинаковой, так как наличие дополнительных элементов в линии электропередачи приводит только к различной величине дополнительного затухания в тракте распространения в. ч. сигналов и изменению количества необходимой аппаратуры обработки.
Рис. 1-4. Схемы сложных в. ч. каналов.
Обозначения 1—6 такие же, как и на рис. 1-3; 7 — промежуточный усилитель; 8 — главный пост; 9 — абонентский пост.
В сложных же каналах, имеющих в своем составе промежуточные усилители или несколько оконечных постов, возникают некоторые специфические явления (нарастание помех с увеличением количества усилительных участков, сужение ширины полосы телефонного канала, образование обратной связи в канале, влияние ответвлений и переходных затуханий на устойчивость работы канала и т. д.), которые требуют совершенно иного подхода к вопросам их проектирования и расчета. На рис. 1-4 приведено несколько примеров сложных в. ч. каналов. Этими схемами не исчерпывается, конечно, все многообразие встречающихся на практике вариантов. Могут быть, например, каналы с несколькими усилителями или переприемами, каналы, организованные по линиям электропередачи разных напряжений, каналы с усилителями на обходах и т. д. Перечислить все возможные варианты сложных каналов трудно, да в этом и нет необходимости, поскольку любой более сложный канал представляет собой ту или иную комбинацию приведенных на рис. 1-4 основных схем.
Из перечисленных выше классификационных признаков остановимся еще на способе подключения в. ч. аппаратуры к проводам линий электропередачи. Классификация каналов по этому признаку важна потому, что каждый из способов подключения имеет свои достоинства и недостатки и проектировщику нужно уметь сделать оптимальный выбор применительно к конкретным условиям.
Рис. 1-5. Способы присоединения в. ч. аппаратуры к проводам линии электропередачи.
1 — в. ч. заградитель; 2 — конденсатор связи; 3 — фильтр присоединения; 4 — в. ч. пост; 5 — согласовывающий трансформатор.
Имея в качестве тракта распространения сигналов три провода линии электропередачи и землю, присоединение аппаратуры можно осуществить пятью различными способами, показанными на рис. 1-5. Среди них различают случаи симметричного и несимметричного подключения. При несимметричной схеме в. ч. пост включается между одним или несколькими проводами линии электропередачи и землей, образуя три варианта несимметричных схем: «фаза — земля», «две фазы — земля» и «три фазы—земля» (рис. 1-5,а, б, в). Из них широко применяется только схема «фаза — земля» (или однофазная схема). Схема «две фазы — земля» обладает несколько лучшими характеристиками, чем «фаза— земля», но требует удвоенного количества аппаратуры обработки, а схема «три фазы — земля» имеет чрезмерно большое километрическое затухание. По этим причинам две последние схемы подключения на практике не применяются.
Симметричные схемы характеризуются подключением в. ч. аппаратуры между двумя или несколькими проводами линии. Для одной линии электропередачи возможны два варианта схем: «фаза — фаза» и «фаза— две фазы» (рис. 1-5, г, д). На практике встречается только первая из них, часто называемая также двухфазной или междуфазной схемой. Вторая не употребляется по той же причине, что и схема «две фазы — земля».
Особый случай составляют схемы включения в. ч. аппаратуры между проводами разных линий электропередачи. Из всех возможных вариантов таких схем на практике используют только схемы «две фазы разных линий — земля» и «фаза — фаза разных линий» (рис. 1-5,е, ж). Первый из этих способов применяется, например, при устройстве в. ч. каналов по двухцепным тяговым линиям электропередачи, так как в этом случае работоспособность канала не нарушается при частых коммутационных переключениях, имеющих место на тяговых линиях.
Таким образом, несмотря на довольно большое количество возможных вариантов подключения в. ч. аппаратуры к проводам линии электропередачи, на практике используются только три из них: «фаза — земля», «фаза — фаза» (одной или двух линий) и «две фазы разных линий — земля».
Каждый из указанных выше основных признаков, по которым произведена классификация в. ч. каналов,— назначение, степень сложности и способ присоединения аппаратуры — определяет собой специфику проектирования. В последующих главах будут даны рекомендации по выбору оптимальных решений с учетом особенностей в. ч. каналов и требований, предъявляемых к ним.
