Funktionsprinzip und Zweck von HF-Kommunikationskanälen von Hochspannungsleitungen

Link – eine Reihe von Geräten und physischen Medien, die Signale übertragen. Mithilfe von Kanälen werden Signale von einem Ort zum anderen übertragen und auch zeitlich übertragen (beim Speichern von Informationen).

Die häufigsten Geräte, aus denen ein Kanal besteht, sind Verstärker, Antennensysteme, Schalter und Filter. Als physikalisches Medium werden häufig ein Paar Drähte, ein Koaxialkabel, ein Wellenleiter oder ein Medium verwendet, in dem sich elektromagnetische Wellen ausbreiten.

Koaxialkabel — ein Hochfrequenzkabel, bei dem einer der Leiter ein Hohlrohr ist, das den zweiten Leiter vollständig umschließt. Der Innendraht liegt genau entlang der Rohrachse, weshalb das Kabel als koaxial oder konzentrisch bezeichnet wird. Um den Innendraht in dieser Position zu halten, wird entweder der Raum zwischen Außen- und Innendraht vollständig mit Isoliermaterial ausgefüllt oder es werden einzelne Isolatoren über den Innendraht gelegt.

Da bei einem Koaxialkabel alle elektrischen und magnetischen Felder im Raum zwischen Außen- und Innenleiter konzentriert sind, also keine äußeren Felder vorhanden sind, sind Strahlungsverluste vernachlässigbar. Um Verluste beim Erhitzen des Metalls zu reduzieren, kann der Innendraht mit einem großen Durchmesser hergestellt werden (die Oberfläche des Außendrahtes ist in jedem Fall groß genug).

Soll das Koaxialkabel flexibel sein, wird sein Außenleiter in Form eines flexiblen Metallgeflechts gefertigt und das Kabel mit Kunststoff-Isoliermaterial gefüllt.

In Bezug auf Kommunikationstechnologie Die wichtigsten Merkmale von Kommunikationskanälen sind die Verzerrungen, denen die über sie übertragenen Signale ausgesetzt sind. Unterscheiden Sie zwischen linearen und nichtlinearen Verzerrungen. Lineare Verzerrung bestehen aus Frequenz- und Phasenverzerrungen und werden durch das Einschwingverhalten oder äquivalent durch die komplexe Verstärkung des Kanals beschrieben. Nichtlineare Verzerrung werden durch nichtlineare Abhängigkeiten gegeben, die zeigen, wie sich das Signal ändert, während es durch den Kommunikationskanal wandert.

Ein Kommunikationskanal ist durch eine Sammlung von Signalen gekennzeichnet, die auf der Sendeseite gesendet werden, und Signalen, die auf der Empfangsseite empfangen werden. Falls die Eingangs- und Ausgangssignale des Kanals Funktionen sind, die auf einer diskreten Menge von Argumentwerten definiert sind, wird der Kanal aufgerufen getrennt… Solche Kommunikationskanäle werden beispielsweise in gepulsten Betriebsarten von Sendern, in der Telegrafie, Telemetrie und Radar eingesetzt.

Ständig wird ein Kanal genannt, dessen Ausgangs- und Eingangssignale stetige Funktionen sind. Solche Kanäle werden häufig in der Telefonie, im Rundfunk und im Fernsehen verwendet.Auch diskrete und kontinuierliche Kommunikationskanäle sind weit verbreitet in Automatisierung und Telemechanik.

Mehrere unterschiedliche Kanäle können sich die gleiche technische Verbindung teilen. In diesen Fällen (z. B. bei Mehrkanal-Kommunikationsleitungen mit Frequenz- oder Zeitteilungssignalen) werden die Kanäle über spezielle Schalter oder Filter zusammengefasst und getrennt. Im Gegenteil, manchmal nutzt ein Kanal mehrere technische Kommunikationsleitungen.

Hochfrequenzkommunikation (HF-Kommunikation) ist eine Art der Kommunikation in elektrischen Netzen, die die Nutzung von Hochspannungsleitungen als Kommunikationskanäle vorsieht. Durch die Leitungen der Stromleitung fließt ein Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz die elektrischen Netze. Der Kern der Organisation der HF-Kommunikation besteht darin, dass für die Signalübertragung auf der Leitung dieselben Leitungen verwendet werden, jedoch mit einer anderen Frequenz.

Der Frequenzbereich von HF-Kommunikationskanälen reicht von mehreren zehn bis Hunderten von kHz. Die Hochfrequenzkommunikation wird zwischen zwei benachbarten Umspannwerken organisiert, die durch eine Stromleitung mit einer Spannung von 35 kV und mehr verbunden sind. Zu Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz erreicht die Sammelschienen der Schaltanlage des Umspannwerks, und die Kommunikationssignale zu den jeweiligen Kommunikationssätzen verwenden Hochfrequenzentstörer und Kommunikationskondensatoren.

Eine HF-Falle hat einen kleinen Stromwiderstand bei der Industriefrequenz und einen hohen Widerstand bei der Frequenz von Hochfrequenz-Kommunikationskanälen. Ein Koppelkondensator – im Gegenteil: Er hat einen hohen Widerstand bei einer Frequenz von 50 Hz und einen niedrigen Widerstand bei der Frequenz des Kommunikationskanals.Dadurch wird sichergestellt, dass nur 50-Hz-Strom zu den Umspannwerksbussen und nur hochfrequente Signale zum HF-Kommunikationsgerät fließt.

Zum Empfang und zur Verarbeitung von HF-Kommunikationssignalen sind in beiden Umspannwerken spezielle Filter, Signaltransceiver und Gerätesätze zur Ausführung bestimmter Funktionen installiert, zwischen denen die HF-Kommunikation organisiert ist. Im Folgenden betrachten wir, welche Funktionen mithilfe der HF-Kommunikation realisiert werden können.

Die wichtigste Funktion ist die Verwendung des HF-Kanals in Geräten zum Relaisschutz und zur Automatisierung von Umspannwerksgeräten. Der HF-Kommunikationskanal wird zum Schutz von 110- und 220-kV-Leitungen – Phasendifferentialschutz und gerichteter Hochfrequenzschutz – verwendet. An beiden Enden der Übertragungsleitung sind Schutzsätze installiert, die über einen HF-Kommunikationskanal miteinander verbunden sind. Aufgrund ihrer Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit und Selektivität wird der Schutz über einen HF-Kommunikationskanal als Hauptschutz für jede 110-220-kV-Freileitung verwendet.

Ein Signalübertragungskanal zum Relaisschutz von Stromleitungen (PTL) wird als Relaisschutzkanal bezeichnet... In der Relaisschutztechnik werden am häufigsten drei Arten von HF-Schutz eingesetzt:

• Richtungsfilter,

• Fernbedienung mit HF-Blockierung,

• Differentialphase.

Bei den ersten beiden Schutzarten wird ein kontinuierliches HF-Sperrsignal über den HF-Kanal mit externem Kurzschluss übertragen, beim Phasendifferentialschutz werden die HF-Spannungsimpulse über den Relaisschutzkanal übertragen. Die Dauer von Impulsen und Pausen ist ungefähr gleich und entspricht der halben Periode der Versorgungsfrequenz.Im Falle eines externen Kurzschlusses arbeiten die an beiden Enden der Leitung befindlichen Sender in unterschiedlichen Halbwellen der Versorgungsfrequenz. Jeder der Empfänger empfängt Signale von beiden Sendern. Dadurch erhalten beide Empfänger im Falle eines externen Kurzschlusses ein kontinuierliches Sperrsignal.

Bei einem Kurzschluss auf der geschützten Leitung kommt es zu einer Phasenverschiebung der Manipulationsspannungen und es kommt zu Zeitintervallen, in denen beide Sender gestoppt werden. In diesem Fall entsteht im Empfänger ein Unterbrechungsstrom, der zur Erzeugung eines Signals verwendet wird, das zum Öffnen des Leistungsschalters an diesem Ende der geschützten Leitung führt.

Normalerweise arbeiten die Sender an beiden Enden der Leitung auf derselben Frequenz. Auf Fernleitungen gibt es jedoch manchmal Relaisschutzkanäle mit Sendern, die auf unterschiedlichen HF- oder eng beieinander liegenden Frequenzen (1500–1700 Hz) arbeiten. Durch die Arbeit mit zwei Frequenzen ist es möglich, die schädlichen Auswirkungen von Signalen zu beseitigen, die vom anderen Ende der Leitung reflektiert werden. Schutzrelaiskanäle verwenden einen speziellen (dedizierten) HF-Kanal.

Es gibt auch Geräte, die einen Hochfrequenz-Kommunikationskanal nutzen, um den Ort von Schäden an Stromleitungen zu ermitteln. Darüber hinaus kann der HF-Kommunikationskanal zur Signalübertragung genutzt werden telemechanische Ausrüstung, SCADA, ACS und andere APCS-Gerätesysteme. Somit ist es über den Hochfrequenz-Kommunikationskanal möglich, den Betriebsmodus der Umspannwerksausrüstung zu steuern sowie Befehle an Steuerschalter und verschiedene Funktionen zu übertragen. Relaisschutzgeräte.

Eine weitere Funktion ist eine Telefonfunktion. Der HF-Kanal kann für Betriebsverhandlungen zwischen benachbarten Unterstationen verwendet werden. Unter modernen Bedingungen ist diese Funktion nicht relevant, da es bequemere Möglichkeiten der Kommunikation zwischen dem Servicepersonal der Einrichtungen gibt, der HF-Kanal jedoch im Notfall als Backup-Kommunikationskanal dienen kann, wenn kein Mobiltelefon verfügbar ist oder Festnetz-Telefonkommunikation.

Stromleitungs-Kommunikationskanal – ein Kanal zur Übertragung von Signalen im Bereich von 300 bis 500 kHz. Zum Einschalten der Ausrüstung des Kommunikationskanals werden verschiedene Schemata verwendet. Neben der aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit am häufigsten verwendeten Phase-Erde-Schaltung (Abb. 1) werden folgende Schaltungen verwendet: Phase-Phase, Phase-Zweiphasen, Zweiphasen-Erde, Dreiphasen-Erde , Phase-Phase verschiedener Leitungen. Die in diesen Schaltkreisen verwendete Hochfrequenzfalle, der Kopplungskondensator und der Kopplungsfilter sind Powerline-Verarbeitungsgeräte zum Organisieren von Hochfrequenz-Kommunikationskanälen entlang ihrer Leitungen.

Reis. 1. Blockdiagramm eines einfachen Kommunikationskanals durch eine Stromübertragungsleitung zwischen zwei benachbarten Umspannwerken: 1 – HF-Falle; 2 – Koppelkondensator; 3 – Verbindungsfilter; 4 — HF-Kabel; 5 — Gerät TU — TS; c – Telemetriesensoren; 7 – Telemetrieempfänger; 8 – Geräte für Relaisschutz und/oder Teleautomatisierung; 9 – automatische Telefonzentrale; 10 – ATS-Abonnent; 11 – Direktabonnenten.

Um einen stabilen Kommunikationskanal zu erhalten, ist eine lineare Verarbeitung erforderlich. Die Dämpfung des HF-Kanals durch die neu gestalteten Stromleitungen ist nahezu unabhängig vom Leitungsumschaltschema.Ohne Verarbeitung wird die Kommunikation unterbrochen, wenn die Enden der Übertragungsleitung getrennt oder geerdet werden. Eines der größten Probleme der Kommunikation auf Stromleitungen ist der Mangel an Frequenzen aufgrund der niedrigen Spannung zwischen den Leitungen, die über die Sammelschienen der Umspannwerke verbunden sind.

Über HF-Kanäle kann mit den Teams vor Ort kommuniziert werden, die beschädigte Stromleitungen reparieren und Fehler in elektrischen Anlagen beheben. Zu diesem Zweck werden spezielle tragbare Sender verwendet.

Zum Einsatz kommen folgende an die umgewandelte Stromleitung angeschlossene HF-Geräte:

• kombinierte Ausrüstung für Telemechanik, Automatisierung, Relaisschutz und Telefonkanäle;

• Spezialausrüstung für eine der aufgeführten Funktionen;

• Fernkommunikationsgeräte, die über das Anschlussgerät direkt oder mit Hilfe zusätzlicher Einheiten an die Stromleitung angeschlossen sind, um die Frequenz zu verschieben und den Übertragungspegel zu erhöhen;

• Geräte zur Leitungsimpulssteuerung.