Разработка методов использования ЛЭП

ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВЯЗИ

Объект исследования: возможности использования линий электропередачи для информационной высокочастотной связи.

Результаты, полученные лично авторами: проанализированы возможности ВЧ связи по ЛЭП, сопоставлены подходы, применяемые для ВЧ связи, оценено влияние помех, возникающих при ВЧ связи по ЛЭП.

 

Привлекательность технологии ВЧ связи для операторов сетей электроснабжения состоит в том, что для передачи информационных сигналов используется собственная инфраструктура электросети. Таким образом, технология является не только очень экономичной – отсутствуют текущие расходы на содержание каналов связи, но и позволяет предприятиям энергоснабжения быть независимыми от провайдеров услуг связи, что особенно важно в аварийных случаях, и даже предписывается на законодательном уровне многих стран. ВЧ связь является универсальным технологическим решением как для предприятий занимающиеся передачей и распределением электроэнергии, так и компаний ориентированных на предоставлении услуг населению.

Высокочастотная связь – это вид связи в электрических сетях, который предусматривает использование высоковольтных линий электропередач в качестве каналов связи. Для передачи сигнала по линии высокочастотной связи используются те же провода, но на другой частоте.

Диапазон частоты ВЧ каналов связи варьируется от десятков до сотен кГц. Высокочастотная связь организуется между двумя смежными подстанциями, которые соединены линией электропередач напряжением 35кВ и выше.

Любой канал связи можно условно разделить на две части: приемопередающую аппаратуру уплотнения и линию связи между этой аппаратурой – ВЧ тракт по фазным проводам или грозозащитным тросам.

Условия передачи сигнала по ВЧ-тракту описываются системой рабочих параметров из рабочего затухания и входного сопротивления.

Рабочее затухание определяет ослабление синусоидального сигнала при передаче его от передатчика к приемнику. Входное сопротивление ВЧ-тракта определяется для его обоих концов. Соответствие его внутреннему сопротивлению передатчика показывает степень согласования передатчика с трактом.

Все схемы присоединения к проводам ЛЭП делятся на две группы:

1) присоединение между проводами и землей;

2) присоединение между проводами.

Наиболее распространенными являются схемы присоединения фаза-земля и фаза-фаза.

Для облегчения анализа условий изменения напряжения на фазах используют модальный метод. Условия распространения системы напряжений и токов каждой из мод описывается следующими параметрами:

· системой волновых сопротивлений, связывающих модальные напряжение и ток каждого из проводов линии в любой точке

· коэффициентом затухания и коэффициентом фазы, с помощью которых можно описать, как изменяется модуль и на какой угол поворачивается вектор напряжения, тока каждого из проводов.

Появление на проводах ВЛ гололедно-изморозиевых отложений вызывает существенное увеличение коэффициентов затухания модальных составляющих и уменьшение скоростей распространения из-за потерь энергии в слое гололеда или изморози. Эти потери одинаковы для каждой из модальных составляющих, что приводит к уменьшению различия между коэффициентами затухания и скоростями распространения различных мод. Изменение параметров зависит от толщины ГИО, диаметра провода линии и от степени расщепления фазы линии.

При выборе схем присоединения к линии предпочтение должно быть отдано оптимальным схемам присоединения – это такие схемы, при которых затухание ВЧ тракта и нестабильность затухания оказываются минимально возможными. Нестабильность затухания может вызываться:

ü изменением коммутационного состояния линии, когда изменяется нагрузка фаз на ее концах и условия распределения напряжения сигнала между модами, коэффициент отражения волн от конца линии;

ü изменением температуры воздуха, что приводит к изменению стрелы провеса фаз и тросов;

ü гололедно-изморозиевыми образованиями на фазах и тросах линии, которые значительно увеличивают потери.

Сама ВЛ является источником электрических помех и воздействует на приемники каналов связи наряду с обычными видами помех, например, от грозовых разрядов. Помехи можно разделить на:

а) генерируемые ЛЭП при нормальном режиме: коронирование проводов и частичные электрические разряды в изоляции линии;

б) дополнительные помехи: кратковременные помехи, обусловленные горением электрической дуги, например, возникающей в месте КЗ, пробое искровых промежутков, защищающих изоляцию стального грозозащитного троса.

Помехи при нормальном режиме ЛЭП должны учитываться для определения работоспособности каналов ВЧ связи. Дополнительные виды помех из-за кратковременности действия необходимо учитывать при определении работоспособности ВЧ каналов релейной защиты и аварийной автоматики. Помехи от пробоя искровых промежутков могут длиться достаточно долго, обеспечить работу ВЧ каналов в этот период практически невозможно и восстановить их работу можно только ликвидацией источника помех.

В энергетических сетях следующего поколения ВЧ связь займет прочное место и станет дополнением для оптических и беспроводных систем связи.

Материал поступил в редколлегию 25.04.2017

УДК 62-83

М. Г. Хлопяник

Научный руководитель: доцент кафедры «Промышленная электроника и электротехника», к.т.н., В.Ф. Зотин

[email protected]