Содержание материала

Глава восьмая
СИСТЕМА ПРИСОЕДИНЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ К ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ПРИСОЕДИНЕНИЯ

Быстрое отыскание подавляющего большинства мест повреждения воздушных линий электропередачи возможно лишь при измерении расстояния до них в период горения силовой электрической дуги. Присоединение в этих условиях генератора и приемника импульсов непосредственно к проводам линии не представляется возможным. Между находящейся под высоким напряжением (до нескольких сотен киловольт) линией и импульсным измерительным устройством должно находиться промежуточное звено—система присоединения. Эта система позволяет проводить импульсные измерения в любой момент времени, не требуя отключения линии.
Выбор оптимальной системы присоединения должен проводиться одновременно с выбором оптимальных характеристик передатчика и приемника импульсных сигналов. Однако решение задачи в такой общей постановке вопроса представляется сложным. Мы рассмотрим лишь одно звено цепи импульсных измерений — систему присоединения. При этом будем стараться накладывать минимальные ограничения на условия выбора параметров и структуры приемника и передатчика [Л. 69].

Система присоединения импульсного измерительного устройства к линии электропередачи должна удовлетворять следующим основным требованиям:

  1. Подавление не менее чем в заданной степени напряжения промышленной частоты и спектра частот, соответствующих собственным колебаниям сети при переходных процессах.
  2. Обеспечение погрешности импульсных измерений за счет системы присоединения, не превышающей допустимую.
  3. Обеспечение заданного энергетического к. п. д. прохождения импульсного сигнала


Рис. 8-1. Представление системы присоединения линейным четырехполюсником.
1 — импульсное измерительное устройство; 2 — линейный четырехполюсник (система присоединения); 3 — входное сопротивление линии.


Таким образом, изменение того или иного заданного входного сигнала при прохождении системы присоединения определяется комплексным коэффициентом передачи системы присоединения, т. е. ее частотными характеристиками. Задача, следовательно, заключается в выборе таких характеристик, чтобы наилучшим образом удовлетворялись перечисленные выше требования.

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ

Таким образом, требования по точности импульсных измерений ограничивают минимальную ширину полосы пропускания системы присоединения. В то же время расширение полосы приводит к увеличению помех импульсным измерениям от высокочастотных каналов релейной защиты, телемеханики и связи и линейных шумов.

Высокий уровень помех от высокочастотных каналой заставляет поднимать уровень импульсных сигналов, что удорожает импульсные устройства. Поэтому ширина полосы пропускания системы присоединения должна быть минимально возможной в соответствии с условием (8-16).
Для выбора параметров системы присоединения, кроме ширины полосы, необходимо задать среднее или граничные значения частот, характеризующие размещение этой полосы на оси частот.
Ограничение размещения этой полосы снизу связано с требованием подавления промышленной частоты и спектра частот, действующих в линии при переходных процессах в сети. Этот спектр зависит от различных условий, но во всяком случае захватывает область от одного до нескольких килогерц, считая от ω = 0. Напряжение промышленной частоты и порядок величины напряжения низкочастотных переходных процессов определяются рабочим напряжением воздушных линий 35— 500 кВ. Поэтому требуется подавление соответствующего спектра частот во много тысяч раз. В реальных фильтрах этого можно достигнуть лишь за счет значительного удаления полосы пропускания от указанной выше зоны (единицы килогерц).
В этой части требования к системам присоединения импульсных устройств к ЛЭП одинаковы с требованиями, предъявляемыми к фильтрам присоединения высокочастотных каналов связи, телемеханики и релейной защиты. Последние используют нижнюю граничную частоту— 40 кГц [Л. 11]. Эта величина и должна быть принята в основу для импульсных измерений. Во всяком случае снижение нижней границы до 30—20 кГц связано со значительными практическими трудностями осуществления каналов.
В то же время затухание импульсов в линии с понижением частоты уменьшается. Условие для нижней граничной частоты fгр.н больше или равно десяткам килогерц практически -исключает целесообразность применения для импульсных измерений на включенных ЛЭП видеоимпульсов. Это можно показать с помощью рассмотрения энергетических спектров импульсов.


δ)
Рис. 8-5. Амплитудные спектры сигналов. а — прямоугольного видеоимпульса; б — прямоугольного радиоимпульса.
На рис. 8-5 видно, что та часть энергии видеоимпульса, которая сосредоточена в области низких частот (в районе ω=0), у радиоимпульса сосредоточена в области возле несущей частоты ω=ω0.
Чем длиннее видеоимпульс, тем большая часть его энергии сосредоточена в низкочастотной части спектра. У радиоимпульса выбором несущей частоты ω0 можно перемещать основную часть энергии импульса по оси частот.
Согласно теоремы Релея [Л. 70] энергетический спектр импульса находится из его амплитудного спектра путем возведения в квадрат всех его ординат, при этом площадь, ограниченная графиком функции [S(f)]2 и осью абсцисс, пропорциональна полной энергии импульса:

где т — коэффициент пропорциональности (активное сопротивление цепи для импульса тока или активная проводимость для импульса напряжения).


Последнее неприемлемо из-за соответствующего возрастания помех импульсным измерениям.
Таким образом, система присоединения должна быть приспособлена к передаче радиоимпульсов с несущей частотой ω0, размещенной в полосе пропускания ΔF. Выбор частоты ω0 с точки зрения системы присоединения зависит от частот соседних высокочастотных или импульсных каналов.
Как и для высокочастотных каналов связи, телемеханики и релейной защиты, несущая частота для импульсной системы f0=ω0/2π может располагаться в диапазоне 50—500 кГц (иногда до 1 Мгц).
Поскольку полоса частот импульсного канала значительно шире, чем высокочастотного (25—50 кГц против 1,5—3 кГц), то нижнее значение частоты для него fон=50 кГц против 35—40 кГц для высокочастотных каналов. С учетом изложенного требование обеспечения заданного энергетического к. п. д. передачи радиоимпульса


Поэтому какие-либо общие требования к широкополосной системе присоединения импульсных устройств с точки зрения минимальных помех высокочастотным каналам выдвинуть нельзя. Обеспечить же такую же полосу импульсного канала, как и высокочастотного, за счет системы присоединения невозможно из-за условия (8-16). При выборе величины ω0 для конкретных импульсных каналов необходимо учитывать частотное размещение высокочастотных каналов. Практически короткие (несколько десятков микросекунд) импульсы не нарушают работу высокочастотных каналов релейной защиты, телемеханики и связи.
При конструировании системы присоединения необходимо учитывать дополнительные требования по уровню изоляции отдельных элементов. Эти требования сводятся к следующему. Элемент системы присоединения, на который ложится рабочее напряжение линии (например, конденсатор связи), по условиям изоляции приравнивается к высоковольтному оборудованию подстанций.

Изоляция элементов системы присоединения, на которые ложится напряжение от импульсного генератора, должна иметь электрическую прочность не менее 2— 3 кВ. Последнее становится очевидным, если иметь в виду, что импульсный сигнал после затухания в 30— 100 раз должен еще превышать уровень сигналов от высокочастотных каналов, имеющих напряжение десятки вольт.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ

На рис. 8-6 показана структурная схема системы присоединения импульсного измерительного устройства к ЛЭП, к которой также подключены высокочастотные каналы.
На этом рисунке Л — линия, КС — конденсатор связи, ФП — фильтр присоединения, применяемый для высокочастотных каналов связи телемеханики и релейной защиты; УПк УП2, ..., УПк— узкополосные фильтры для приемопередатчиков высокочастотных каналов; ΠΠ1, ПП2, ППк — приемопередатчики высокочастотных каналов; ФИП — фильтр импульсного приемника; ГИ — генератор импульсов; ПИ — приемник импульсов.

Рис. 8-6. Структурная схема системы присоединения импульсного измерительного устройства к ЛЭП.
Основой связи системы с линией являются конденсатор связи и фильтр присоединения, применяемые для высокочастотных каналов связи, телемеханики и релейной защиты.
Основой связи системы с линией являются конденсатор связи и фильтр присоединения, применяемые для высокочастотных каналов связи, телемеханики и релейной защиты.
Выпускаемые отечественной промышленностью фильтры присоединения [Л. 73] ОФП-4, ФП-400 и ФП-500, применяемые совместно с конденсаторами связи для высокочастотных каналов, удовлетворяют основным рассмотренным выше требованиям для импульсных устройств, за исключением ширины полосы пропускания. На рис. 8-7 показаны частотные характеристики фильтра ОФП-4 [Л. 73], из которых видно, что полоса пропускания его диапазонов (как и для ФП-400 и ФП- 500) не менее 100—200 кГц. Такая широкая полоса неприемлема для приемника импульсных сигналов. Поэтому на его входе устанавливается отдельный фильтр ФИП с полосой ∆F=25-50 кГц.
Сигнал генератора импульсов проходит в линию непосредственно через ФП, что ввиду его широкой полосы незначительно снижает крутизну фронта импульса, уходящего в линию. Приходящий из линии импульсный сигнал проходит сначала конденсатор связи и фильтр присоединения, а затем — через ФИП — попадает в приемник импульсных сигналов (ПИ).

Требования к электрической прочности изоляции ФИП такие же, как и для фильтров высокочастотных

Таким образом, структурная схема, изображенная па рис. 8-6, позволяет обеспечить присоединение импульсного измерительного устройства к линии электропередачи, имеющей действующие высокочастотные каналы, включенные к серийно выпускаемым промышленностью фильтрам путем добавления лишь одного фильтра импульсного приемника с полосой пропускания 25— 50 кГц.