4-4. АППАРАТУРА КАНАЛОВ ТЕЛЕМЕХАНИКИ, РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ, СИСТЕМНОЙ АВТОМАТИКИ И СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Общие сведения.
Каналы связи по ВЛ широко используются не только в производственных телефонных сетях энергосистем, но и для передачи сигналов телемеханики, релейной защиты, системной автоматики, обнаружения и телесигнализации повреждений в распределительных электрических сетях, оповещения об образовании гололеда на проводах ВЛ.
Каналы связи по ВЛ для перечисленных целей образуются с применением каналообразующей аппаратуры, в которой используются различные принципы формирования линейного спектра н помехозащищенности. Каналы телемеханики могут образовываться путем вторичного уплотнения тонального канала.
Каналы ВЧ защит используются для направленной, дистанционной и дифференциально-фазной релейных защит на ВЛ 110 кВ и выше и образуются с помощью специальной аппаратуры для передачи импульсов высокой частоты по ВЛ. Для ускорения действия резервных защит и систем противоаварийной автоматики используются ВЧ каналы с аппаратурой телеотключения. Высокочастотные каналы на специальной аппаратуре используются для регулировки частоты и мощности, а также обнаружения и телесигнализации повреждений в распределительных электрических сетях.
Рис. 4-16. Структурная схема аппаратуры ТАТ-65.
а — передатчик; б — приемник.
К каналообразующей аппаратуре для передачи сигналов телемеханики, релейной защиты, системной автоматики предъявляются специальные требования в отношении допустимых искажений импульсов сигналов, полосы частот линейного спектра и других характеристик, рассматриваемых ниже применительно к аппаратуре каждого типа.
ТАТ-65
Тональная аппаратура телемеханики типа ТАТ-65 предназначена для вторичного уплотнения тонального спектра либо верхней (надтональной) части его (см. рис. 4-6) каналов связи по ВЛ или цепям связи. Передача сигналов осуществляется методом частотной модуляции или манипуляции несущей частоты. В тональном спектре 0,3—3,2 кГц размещается 16 симплексных каналов с рабочей полосой 0,14 кГц каждый.
Передача сигналов телемеханики в аппаратуре ТАТ-65 осуществляется для частотных систем с изменением частоты от 27 до 50 Гц, а для импульсных систем со скоростью до 70 Бод. Требуемое напряжение модулирующего сигнала, подаваемое от датчиков телемеханики частотных систем, не более 2,4 В, а импульсных систем однополярных — не более 4,8 В и двухполярных — ±2,4 В. Девиация частоты для первых шести каналов составляет 40—50 Гц, а для каналов с седьмого по шестнадцатый — 45—55 Гц. Нормальная работа аппаратуры обеспечивается при отношении сигнал/помеха на входе приемника в передаваемой полосе частот не менее 17,5 дБ.
Аппаратура ТАТ-65 допускает подключение нескольких передатчиков или приемников к общему тракту через согласующий трансформатор, который позволяет согласовывать аппаратуру с различными нагрузками (100, 200, 600, 1000, 2000 и 5000 Ом). При этом аппаратура включается в разные плечи согласующего трансформатора по дифференциальной схеме, чем исключается влияние передатчиков (приемников). работающих На соседних частотах. Этим же целям служит и фильтр ПФ (рис. 4-16,а).
Передатчик и приемник, настроенные на общую фиксированную частоту, образуют телемеханический канал. Для образования дуплексного канала по физической цепи необходимо применять дифференциальную систему, а частоты передачи и приема должны быть разнесенье не менее чем на 0,54 кГц.
При работе в надтональном спектре тракты телефонного и телемеханического каналов разделяются фильтрами ДК2,3.
Для осуществления частотной модуляции в передатчике ТАТ-65 имеются генератор синусоидальных колебаний Г и частотный модулятор М. Стабильность генератора при изменении окружающей температуры не хуже +3,5 Гц. Частотно-модулированные колебания поступают на усилитель УС, нагруженный на фильтр ПФ, который подавляет паразитные гармоники. Затухание ПФ на частотах соседних каналов не менее- 30 дБ, а в полосе пропускания на средней частоте — не более 7 дБ.
Выходной уровень передатчика может регулироваться потенциометром в пределах от —47,5 до —7 дБ, а снижение выходного уровня до —30-35 дБ осуществляется с помощью удлинителя. Потенциометр и удлинитель находятся на панели ПФ.
Модулятор М в передатчике выполнен по уравновешенной схеме, что позволяет применять датчики телемеханики с заземлением любого полюса.
Приемник допускает прохождение сигнала постоянного тока, соответствующего длительному нажатию, и работу с бесконтактными приемными устройствами.
Полосовой фильтр приемника ПФ (аналогичный ПФ передатчика) выделяет рабочую полосу данного канала. С выхода 17Ф сигнал поступает на усилитель УС1, амплитудная характеристика которого линейна при увеличении уровня сигнала на 29 дБ от уровня порота чувствительности. Усилитель УС/ обеспечивает чувствительность приемника —43,0±4,3 дБ. Для установки уровня на входе УС1 в соответствии с диаграммой уровней между ПФ и УС1 включен набор удлинителей. Между усилителями УС1 и УС2 включен пассивный ограничитель ОА. Усилитель УС2 нагружен на дискриминатор Д, который выделяет низкочастотный сигнал.
При работе с импульсным контактным устройством общей нагрузкой являются обмотки поляризованного реле К1. Контакты К1 рассчитаны на подключение активной нагрузки при токе 0,25 А и напряжении 30 В. При работе частотных и бесконтактных систем к выходу дискриминатора подключается фильтр ФПЧ с частотой среза 60 Гц.
В приемнике имеется сигнализация пропадания несущей частоты (для контроля состояния канала телемеханики), которая осуществляется с помощью реле КС. При отсутствии несущей частоты на входе приемника или уменьшении ее уровня на 13 дБ КС замыкает цепь внешней сигнализации. Выход приемника выполнен по уравновешенной схеме, поэтому возможно заземление одного из полюсов приемника телемеханики. Электропитание аппаратуры осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В
частотой 48—52 Гц либо от резервной аккумуляторной батареи напряжением 24 В
.
Потребляемая мощность от источника переменного тока не более 30 Вт, а от батареи 24 В — не более 8 Вт.
Функциональные блоки аппаратуры ТАТ-65 (передатчик, приемник, блок питания и измерений) размещаются в базовой конструкции размерами 178X648X278 мм и могут содержать блоки в различном сочетании: один или два передатчика, один передатчик и один приемник, один или два приемника.
Аппаратура АПТ
Аппаратура передачи телемеханической информации АПТ предназначена для передачи дискретных сигналов со скоростями 100, 200 и 300 Бод в верхней части частотного диапазона стандартного телефонного канала. Система передачи — частотная манипуляция с разрывом фазы. Для уплотнения верхней части спектра тональных частот аппаратурой АПТ необходимо разделить тракты телефонного и телемеханического каналов фильтрами ДК2, 3. Краевые искажения в телемеханическом канале на аппаратуре АПТ без переприемов и при отсутствий линейных помех при нормальном уровне приема, равном —26 дБ, составляют 5—7%.
Аппаратура АПТ рассчитана на работу с бесконтактными устройствами телемеханики. На вход передатчика может быть включено также релейное передающее устройство. Для подключения релейного приемного устройства к приемнику АПТ необходимо переходное поляризованное реле, обмотки которого подключаются к выходу приемника, а контактная система — к линейной цепи устройства телемеханики с питанием со стороны этого устройства.
Рис. 4-17. Структурная схема аппаратуры АПТ.
а — передатчик, б — приемник.
Аппаратура АПТ имеет ряд преимуществ перед аппаратурой ТАТ-65: повышенная скорость передачи информации; улучшенные частотно-фазовые характеристики каналов благодаря применению фильтров передачи и приема с цепочечными схемами; примененные в передатчике и приемнике устройства формирования импульсов улучшают качество каналов при длинных соединительных линиях между передатчиком АПТ и устройством телемеханики и снижают искажения сигналов. В аппаратуре АПТ имеются контрольно-измерительные устройства: в передатчике — датчик испытательных сигналов, а в приемнике — индикатор значения преобладаний импульсов.
Структурная схема передатчика и приемника АПТ приведена на рис. 4-17. Передатчик с входным сопротивлением не менее 1000 Ом управляется прямоугольными однополярными и двухполярными импульсами с амплитудой от 3 до 6 В и замыкающим контактом, работающим от передатчика.
Сигналы телеинформации поступают на вход формирователя сигнала передатчика, состоящего из входного усилителя УСВ и порогового устройства ПУ. Формирователь сигнала подает на манипулятор прямоугольные импульсы, повторяющие форму входных сигналов, но с одинаковыми амплитудами и улучшенными фронтами. Манипулятор в соответствии с поступающими на него импульсами изменяет частоту генератора Г, при этом положительной посылке соответствует верхняя частота генератора, а отрицательной — нижняя. Например, передаче на скорости 200 Бод положительной посылки соответствует верхняя характеристическая частота 2880 Гц, отсутствию или передаче отрицательной посылки — нижняя характеристическая частота 3120 Гц (на скорости 300 Бод соответственно 2700 и 3060 Гц).
Вырабатываемые генератором частотно-модулированные колебания поступают на усилитель УС. На выходе УС включен полосовой фильтр ПФ, ограничивающий спектр частот передаваемого сигнала. Далее сигнал через согласующий трансформатор СТ поступает в линию. Согласующий трансформатор обеспечивает также возможность параллельной работы передатчиков АПТ-400. В передатчике имеется переключатель, которым можно установить три режима работы: основной, настройка и проверка канала. Максимальный уровень сигнала на выходе передатчика 0±0,9 дБ при разности уровней сигналов верхней и нижней характеристических частот не более 1,8 дБ. Выходной уровень может регулироваться от 0 до —21,7 дБ ступенями через 4,3±0,9 дБ.
Нелинейные искажения сигнала при уровне 0 дБ не превышают 0,5%.
С выхода канала сигнал поступает в приемник, проходит согласующий трансформатор СТ1, полосовой фильтр ПФ, усилитель УС] и подается на вход ограничителя максимальных амплитуд ОА. Ограниченный по амплитуде сигнал усиливается промежуточным усилителем УС2 и преобразуется в первичный сигнал амплитудно-частотным дискриминатором Д. Фильтр низкой частоты ФНЧ на выходе дискриминатора выделяет первичный сигнал, а выходное устройство ВУ обеспечивает прямоугольную форму сигнала. Приемник АПТ может использоваться в качестве промежуточного усилителя, в пункте переприема. В этом случае частотно-модулированный сигнал тональной частоты с выхода УС1 поступает на промежуточный усилитель ПУ и с его выхода через согласующий трансформатор СТ2 в линию.
Сигнал с выхода СТ2 поступает также в схему внешней сигнализации ВС. Контактами реле ВС включается лампочка, сигнализирующая о наличии сигнала. При понижении уровня сигнала более чем на 13 дБ или пропадании его реле ВС отключает лампочку, замыкает цепь внешней сигнализации и размыкает выходную цепь приемника.
Амплитуда сигнала на выходе приемника на нагрузке 1000 Ом составляет от 3 до 6 В. Разность уровней сигнала при максимальной скорости передачи и эффективном значении собственных шумов приемника на выходе ФНЧ не менее 40 дБ.
Краевые искажения при номинальном уровне приема и соотношении уровней сигнал/помеха 17,4 дБ не превышают 25%. В приемнике имеется возможность регулировки искажений длительности импульсов (преобладаний) в пределах ±25%.
Аппаратура АПТ рассчитана на работу по каналам с входными сопротивлениями 100, 200, 600, 1500 Ом. Электропитание осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В % и частотой 45—62 Гц или от источника постоянного тока напряжением 24 %.
Рис. 4-18. Структурная схема высокочастотной защиты ВЛ.
Потребляемая мощность от источника переменного тока передатчиком или приемником не более 25 Вт, а от батареи 24 В — не более 15 Вт.
Передатчик (приемник) размещается в базовой конструкции размерами 200X225X600 мм.
Принципы построения аппаратуры ВЧ каналов релейной защиты. Аппаратура ВЧ защиты предназначена для обмена информацией между устройствами релейной защиты, установленными по концам защищаемой. ВЛ. На рис. 4-18 показана структурная схема ВЧ защиты ВЛ. Устройства ВЧ защиты, установленные по концам, состоят из трех основных органов: пускового ПО, реагирующего РО и исполнительного ИО и, кроме того, ВЧ приемопередатчика ПЕР и ПР, показанные на схеме элементы обработки и присоединения — высокочастотный заградитель ВЗ; конденсатор связи КС и фильтр присоединения ФП могут быть общими с другими каналами связи.
Когда в электрической сети происходят к. з., пусковые органы ПО релейной защиты их фиксируют, запускают передатчики и подготавливают реагирующие органы РО. Назначение РО - отличить к. з. на защищаемой ВЛ от замыканий на других линиях электрической сети путем сопоставления токов и напряжений по концам этой линии. При повреждении защищаемой ВЛ работает исполнительный орган ИО и подает сигнал на отключение ВЛ выключателями В. Современные быстродействующие защиты обеспечивают отключение поврежденной ВЛ, включая время работы выключателей, в течение 0,12—0,2 с. Недостатком описываемой ВЧ защиты является необходимость передачи отключающего сигнала по ВЧ тракту поврежденной ВЛ, характеристики которого могут в этот момент существенно ухудшиться. В связи с этим более широкое применение получил другой способ — передача блокирующих сигналов по каналу связи защищаемой ВЛ при к. з. на других линиях электрической сети. В этом случае релейная защита, реагируя на внешние к. з., запрещает отключение защищаемой ВЛ.
Для надежной работы ВЧ защиты приемопередатчики должны удовлетворять требованиям к полосе входных фильтров, скорости передачи, помехозащищенности, длительности импульсов. По условиям работы релейной защиты обмен сигналами между приемопередатчиками производится на одной частоте. Ввиду большой скорости обмена сигналами ширина полосы канала ВЧ защиты выбирается таким образом, чтобы не вносились искажения в форму сигнала [29].
При небольшой длине защищаемой ВЛ уровень принимаемого сигнала на входе приемника может быть сравним с уровнем сигнала своего передатчика. В этом случае между двумя сигналами могут возникнуть биения, из-за чего результирующий сигнал может упасть почти до нуля. Такое явление приводит к исчезновению блокирующего или отключающего сигнала и, следовательно, неправильной работе релейной защиты. Условием надежной работы релейной защиты в таких случаях является увеличение разности уровней на входе приемника путем включения удлинителей на выходах приемопередатчиков с таким расчетом, чтобы отношение напряжений своего и дальнего передатчиков на входе приемника было не менее 3/2. Для повышения помехозащищенности приемника полоса приемного фильтра выбирается равной ∆f — 1200- 1400 Гц.
Аппаратура каналов системной автоматики. При автоматизации энергосистем все более широкое применение получают устройства телемеханики в сочетании с автоматическими устройствами. Совокупность таких устройств образует телеавтоматическую систему, в которой устройства телемеханики, используются для передачи информации от оборудования к устройствам автоматики и от устройств автоматики к оборудованию. Связующим элементом в телеавтоматических системах являются каналы связи.
К телеавтоматическим системам относятся телеотключение и телерегулирование. Телеотключение предназначено для передачи по каналу связи отключающего сигнала от устройств релейной защиты. Примером может служить защита трансформатора подстанции без выключателей на стороне высшего напряжения, при которой отключающий сигнал передается к выключателям, установленным на противоположных концах питающих линий (рис. 4-19, а,б). Телеотключение применяется также для автоматической разгрузки транзитных ВЛ. В этом случае устройство телеотключения предназначено для передачи по каналу связи на питающий конец линии информации об отключении любого участка (рис. 4-19,в). При этом на питающем конце осуществляются изменения режима работы в зависимости от характера сигнала, передаваемого устройством телеотключения.
Система обнаружения телесигнализации повреждений «Сигнал» является комплексом устройств, предназначенных для автоматического обнаружения и телесигнализации повреждений на контролируемых участках распределительных электрических сетей 6—35 кВ с изолированной нейтралью, а также отдельных объектах электрической сети. Система «Сигнал» позволяет обнаружить участок сети, на котором произошло устойчивое повреждение в виде междуфазного или однофазного замыкания на землю, и передать на диспетчерский пункт информацию о виде, повреждения и местонахождении поврежденного участка или объекта.
Рис. 4-22. Размещение устройств системы «Сигнал» в распределительной электрической сети 6—35 кВ.
1 — секционирующий аппарат; 2 — датчик УПУ-1; 3 — антенное устройство датчика ДОЗ-70; 4 — датчик ДОЗ-70; 5 — фильтр присоединения ФП-ФФ-73; 6 — передатчик АТ-70-КП.
Система «Сигнал» состоит из первичных датчиков обнаружения повреждений: датчика однофазного замыкания на землю ДОЗ-70 и указателя повреждений участков при междуфазных к. з. УПУ-1; аппаратуры телесигнализации АТ-70.
Присоединение ВЧ аппаратуры АТ-70 к ВЛ производится по схеме фаза—фаза с помощью конденсаторов связи типа СММ-20/√3 и фильтра присоединения ФП-ФФ-73. Для обработки ВЛ применяются заградители ВЧЗС на токи 100—300 А.
В составе аппаратуры «Сигнал» могут применяться датчики гололеда, переносные приборы для обнаружения места однофазного замыкания на землю и другие устройства, предназначенные для уточнения места повреждения на контролируемом участке сети.
Блок реле состоит из магнитного датчика с Т-образным магнитопроводом с двумя рабочими и двумя вспомогательными обмотками, выпрямителей, выходного поляризованного реле и узла возврата. К контрольному блоку подключается контрольный индикатор.
При к. з. на ВЛ за местом установки УПУ-1 (см. рис. 4-22) в сердечнике магнитного датчика возрастает магнитный поток, а в рабочих обмотках реле возрастает э. д. с. При этом срабатывает реле и загорается лампа контрольного индикатора, сигнализирующая о срабатывании УПУ-1. При нормальном режиме ВЛ с помощью емкостного отбора от ВЛ работает блок возврата и реле возвращается в исходное положение, а лампа контрольного индикатора гаснет.
Электропитание аппаратуры АТ-70 осуществляется переменным током напряжением 220 В либо постоянным током напряжением 24 В. Потребляемая мощность АТ-70-КП в режиме паузы 12 Вт, в режиме передачи—24 Вт. Потребление АТ-70-ВЧ составляет 10 Вт, АТ-70-ВЧ-30 Вт.
Электропитание ДОЗ-70 производится постоянным током напряжением 12 или 24 В, потребляемая мощность 1 или 3 Вт соответственно.
