设备,它由接地刀闸Q、避雷器FB、排流线圈L1、调谐网络L2、C1和匹配变压器T组 图2-2 结合滤波器的组成 成,如图2-2所示。
在发送端,载有信息的载波信号经耦合滤波器和结合滤波器注人电力线传往接收端;在接收端,通过耦合滤波器和结合滤波器将调制信号从电力线上分离出来,并经解凋装置将信息提取出来。为了阻止高频电流流向变电站而损失掉,还必须加装阻波器。配电线载波通信系统的典型构成如图2-3所示。
图中,在主变电站安装多路配电线载波机(称主站设备)并与区域工作站相连,在10kV馈线的分段开关处安放的馈线 RTU(FTU),采用配电线载波机(称从站设备),经耦合滤波器C耦合至馈线,并通过馈线与相应的区域工作站相联系,这样就可把分散的FTU上报的信息集中至主变电站的区域工作站处,区域工作站再通过高速数据通道将收集到的信息转发给配电自动化中心。为了
图3-2 典型配电线载波通信系统的组成
避免线路开关分断时切断载波通道,可在开关处通过耦合电容器构造载波桥路;为了防止在发生单相接地时影响载波通信,可采取两线对地耦合方式,即通过四台耦合电容器将载波信号分别耦合至开关两侧的两相线上。对于低压用户的抄表信息,可采用低压配电线载波方式将各用户的信息传至公共配变的抄表交换机,再通过配电线载波方式传至区域工作站。
电力线载波通信在电力系统中应用效果很好,因为它不仅简单而且很少间断。对于配电网来说,由于其结构复杂,变压器、分支线、电容器等对高频信号会产生较大的衰耗和失真,因此配电线载波通信使用较低的载波频率,即 5~40kHZ,尽管如此,载波信号在配电线上的传输仍会受到比配电线载波通信显著得多的衰减。此外,配电线载波通信中信号盲区的存在也是一个十分严重的问题。信号盲区发生在配电线上的反射信号,抵消了或大大削弱了入射
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信号的区域。反射往往发生在线路不连续点,如变压器和线路终端设备等处。因此在建设配电线载波通信系统时,必须仔细分析,尽量减小盲区的影响。
目前对于配电线载波通信系统能否可靠地传送故障信息,并在停电区域内正常工作还有较大的争议。在输电线载波通信系统中,单相故障区是可以跨过的,因为没发生故障的另外两相可给载波通信提供辅助通道,载波信号可以通过相邻相的传输线在离故障点较远处重新耦合到故障相的传输线上。但是对于配电线载波通信系统,由于存在许多只有单相的区段,因此上述过程是行不通的。此外,在某些故障情况下,如传输线断线时,配电线载波通信不能正常进行。虽然通过旁路调谐设备构造桥路,使配电线载波信号绕过重合器和开关,使信息得以传送到停电
区域,但对于配电网来说,旁路调谐设备的用量较输电网要大得多。此外,由于配电线载波采用的频率较低,因此采用的耦合滤波器、调谐设备和阻波器的体积也较大。
综合上述,配电线载波通信有如下优点,可以完全为电力公司所控制,因而便于管理;可以沟通电力公司所关心的任何测控点;不需要得到无线电管理委员会(FCC)的许可等。但是配电线载波通信系统的数据传输速率较低,容易受到于扰、非线性失真和信道间交叉调制的影响,并且配电线载波通信系统采用的电容器和电感器的体积较大、价格也较高,此外安放于户外开关处的配电线载波设备的接地刀闸不便于处理。配电线载波通信方式在配电自动化中起到较大作用,但是单独依靠这一种通信方式难以全面满足各种要求。 2、工频控制技术
工频控制技术是一种双向通信方式,它也是利用电力传输线作为信号传输途径,并利用电压过零的时机进行信号调制。由变电站向外传送信号的工频控制技术是在50Hz工频电压过零点附近(250左右)的很窄的区间内(如图3-3所示的r区间)根据需要(如传输“1”码时),通过调制电路,产生一个轻微的电压波形畸变,位于远方控制点的检测设备
能够检测出这个电压波形畸变,并还原出所代表的码元。向变电站传送 图 3-3 工频控制的原理信息的工频制技术是建立在电流调制的基础上的,在电压过零点附近的很窄的区间内根据需要(如传输“ l”码时), 通过如图3-3上侧所示的调制电路,即在远方控制点准确地控制一个开 关产生,通过一个电感从电力线上吸取一定的电流,在变电站检测出这个电流变化,并还原出所代表 的码元。曾经有报道,同时传输12个通道的工频控制技术,对于60HZ系统每相的理论数据传输速率为 180bit/s,三相的理论数据传输速率为
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540bit/s,因此数据传输速率较高。 工频控制技术的特点是:
(1) 信号发生原理是在工频电源电压过零点附近用晶闸管控制电容放电或通过电感吸收电流产生脉冲波。
(2) 传送速度是通过在过零点同时传送多个通道脉冲,来实现很高的传送速度。 (3) 传送可靠性受负荷阻抗变化的影响,并要注意利用控制相位原理的其他设备所发出的脉冲的干扰。
工频控制技术与配电线载波系统相比,工频控制技术不存在由于驻波而带来的盲点问题。目前这种技术在美国和加拿大已广泛应用于远方自动抄表和零散负荷控制(如热水器、游泳池水泵、路灯和空调器)等领域,美国Alberta电力公司从1994年起,采用工频控制技术,已对2.6万用户实现了自动抄表。
工频控制技术存在的突出问题是当停电时通信将中断,这妨碍了其应用于配电自动化系统的其他功能中,但是对于自动抄表和负荷控制却不会受到影响。 3、电话线
由于电话网在城镇的迅速普及,利用现有的电话网进行数据通信也是一个经济有效的方案。单从技术角度看,利用电话线通信是很适合于配电自动化系统的,利用电话线通信可以达到较高的波特率,而且容易实现双向通信。但是电话专线的租用费用往往较高,并且电力公司无法完全掌握电话线通信的维护以确保其可靠运行。这些缺点降低了在配电自动化中使用电话线通信的积极性。此外,还有许多电话线未能覆盖到的区域,为这些区域额外架设专线的费用也是较高的。
利用电话线传输数据可分为租用电话专线和公用电话网拨号电话两种方式。 为了利用电话线传输数据,就必须将数字脉冲信号转换为300~3400HZ的话带信号,通常可采取两个方法达到这个目的,一种是通过Modem(一般时方式),另一种方式是采用数字音频转换芯片(如Motorola公司的MT8880)将数字脉冲信号转换位双音多频(DTMF)。
采用Modem的方式可以达到更高的速率,但是其设备的造价较高;采用双音多频信号(DTMF)方式时,0~9十个BCD码分别可采用两个音频频率的组合代表,井规定每51ms 或 102ms发送一个 BCD码,这样传输速率大致为 50bit/s或 100bit/s,显然较 Modem方式慢,但是其设备的造价很低。采用专线电话线能传输高达 2400bit/s的数据,但必须支付较高的租金。这种方式适用于对通信速率有较高要求的场合,如 FTU、TTU与区域工作站之间以及区域工作站或RTU与配电自动化主站间的通信等。
采用公用电话网的拨号方式代替租用专线可以大大降低使用费用,并且在接通后也能形成
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达到 2400bit/s的传输速率,但是联通的时间(包括拨号、振铃检测和摘机)较长,尤其是遇上通道忙,一时接不通的情形,因此这种方式仅适用于对通信速率要求不高的场合,如远程自动抄表等。值得一提的是,采用拨号电话方式后,由于联通时间构成了一次通信的主要部分,所以采用Modem方式并不比采用双音多频信号方式具有明显快的传输速率。
采用电话线传输数据利用了电话网的现有资源,因此具有简单、投资少和使用方便等优点 但是这种方式存在以下不足:
(1)传输速率受限,一般在2400bit/s以内。
(2)有的街区从市容角度考虑不允许架线横跨马路,这使得架设电话线困难重重。 (3)电力公司无法完全掌握电话线的维护以确保其可靠运行。 (4)电话线难以覆盖到许多区域。
(5)传输差错率高,误码率往往高达10-3~10-5。
(6)传输距离受限制,因为对于长距离传输,由于经多段转接,群延时大,信号畸变严重,为此必须对线路采取均衡措施。
(7)拨号电话的接续时间长且有时接不通。 4、光纤通信
自激光器和低损耗光纤问世以来,光纤通信系统以其技术、经济上无可比拟的优越性而迅速崛起,并风靡全球。它是以光导纤维为传输介质,以光为载波信号传递信息的一种通信手段。目前,光纤通信技术已经成熟,并且已在电力系统中广泛应用。与其他通信技术相比光纤通信有以下的优点:
(1)传输频带很宽,通信容量大,传输衰耗小,适合于长距离传输。 (2)输人与输出间电隔离,不怕电磁干扰,且无漏信号和串音干扰 (3)体积小,重量轻,耐酸碱腐蚀,可绕性强,敷设方便。 (4)组网方便灵活,能够组建各种复杂的光纤网络。 (5)运行维护成本低。 但是,光纤通信仍存在以下的缺点:
(1)机械强度不如金属线。
(2)连接、分路和耦合比较困难,一旦故障后修复工艺要求较高。 (3)弯曲半径不宜太小。 1)、光纤通信的原理
光纤通信系统的组成如图3-5所示。图中仅表示了一个方向的传输,反方向的传输也是
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