Телеконтроль и телеуправление в энергосистемах - Аппаратура тонального канала связи АТКС-10 Телеконтроль и телеуправление в энергосистемах

Страница 42 из 46

Аппаратура тонального канала связи АТКС-10*

* Разработана ЭНИН имени Кржижановского при участии института ”Сельэнергопроект” и ВНИИЭ.

Аппаратура АТКС-10 предназначена для образования двустороннего канала связи по ВЛ 10 кВ на тональной частоте для передачи контрольной информации (ТС) от КП, расположенных в различных пунктах распределительной сети 10 кВ, и передачи команд ТУ в обратном направлении — от ПУ к КП. В качестве несущей тональной частоты в обоих направлениях используется частота 1003 Гц. Разделение направлений сигналов тональной частоты в каналах — временное. Алгоритм работы аппаратуры АТКС-10 задается телекомплексом ТРС-1. В состав АТКС-10 входит следующая аппаратура:

пункт управления (ПУ) : приемо-передающая аппаратура тонального канала связи АТКС-10 ПУ; устройство присоединения передатчика на опорной подстанции (ОП) — УП ОП; устройство присоединения приемника на ОП -УП ТВС;

контролируемые пункты (КП): приемо-передающая 'аппаратура тонального канала связи при конденсаторном присоединении АТКС-10 КП—К; то же при трансформаторном присоединении АТКС-10 КП—Т; устройство присоединения конденсаторное УП КП—К; трансформатор связи ТСВ; фильтр несущей частоты ФН.

Схема организации канала на тональной частоте и назначение аппаратуры канала связи приведены на рис. 6.4.

Ввод сигналов тональной частоты со стороны ОП (ПУ) и со стороны КП в распределительную сеть 10 кВ осуществляется по схеме ’’фаза- фаза”. Эта схема обеспечивает работоспособность системы ТМРС-10 при однофазных КЗ на землю, что является обязательным требованием к каналам передачи информации по ВЛ 10 кВ. Со стороны ОП тональные сигналы вводятся по параллельной схеме на шины ПС 10 кВ (на рис. 6.4 фазы А и С) через конденсаторное устройство присоединения передатчика УП ОП. Устройство УП ОП состоит из конденсаторов (СА, Св, Сс) и согласующего трансформатора Т1. Согласующий трансформатор выполнен из трех воздушных дисковых катушек, центры которых расположены на одной оси. Крайние катушки подключаются к фазам А и С сети, и их индуктивности образуют с емкостями СА и Сс фильтры, настроенные на частоту 1003 Гц. Центральная катушка (генераторная) подключается к усилителю мощности УМ передатчика ПД модема. Конструкция Т1 обеспечивает слабую связь между сетевыми и генераторной обмотками и циркуляцию тока несущей частоты на фазах А и С при полном отсутствии отсоса в фазу В. Конденсатор С подключен к фазе В для симметрирования емкостного тока 50 Гц, обмотки Т1 имеют отпайки, обеспечивающие настройку линейных контуров в резонанс на частоте 1003 Гц.

Прием тональных сигналов на ОП от устройств КП, подключенных к линиям 10 кВ, производится по схеме последовательного съема сигналов по току через измерительные трансформаторы тока ТТА и ТТС.

Токовый ввод сигналов тональной частоты на ОП обеспечивает более высокое отношение сигнал/помеха, чем при съеме сигнала по напряжению (во столько раз, во сколько входное сопротивление одной линии больше входного сопротивления опорной подстанции — см., например, [34]).

Рис. 6.4. Структура системы ТМРС-10:

ОП - опорная подстанция; КП 1, . . , КП N - контролируемые пункты распределительной сети 10 кВ; ТРС-1 ПУ - устройство телемеханики пункта управления; ТРС-1 КП - устройство телемеханики КП; АТКС-10 ПУ - приемо-передающая аппаратура тонального канала связи ПУ; УП ОП - устройство присоединения передатчика на ОП; УП ТВС - устройство присоединения приемника на ОП; М - модем; ПР - приемник; ПД - передатчик; УМ - усилитель мощности сигналов передатчика; АТКС-10 КП-К - приемо-передающая аппаратура тонального канала связи на КП при конденсаторном присоединении; АТКС-10 КП-Т - то же при трансформаторном присоединении; УП КП-К - устройство присоединения на КП конденсаторное; КП-Т - присоединение на КП трансформаторное; Т1 - согласующие трансформаторы; ВР - вилитовый разрядник; ТТА, ТТС - трансформаторы тока в фазах А и С на ОП; Т - сетевой трансформатор 10/0,4 кВ; ОМ-1,2 - трансформатор контрольный 10/0,23 кВ; ДЩ - щит - пульт управления; ФН - фильтр нагрузки; TH - трансформатор напряжения

Для независимости уровня помех от числа отходящих от шин подстанции линий 10 кВ сигналы с каждой линии вводятся независимо друг от друга через индивидуальные устройства присоединения с токовым вводом сигнала (УП ТВС), которые подключаются к входу приемника АТКС-10 ПУ через коммутатор КЛ, установленный в устройстве телемеханики ТРС-1.

Устройство УП ТВС представляет собой трансформатор, преобразующий ток сигнала в напряжение и обеспечивающий также сохранность вторичных цепей трансформаторов тока при повреждениях в цепях приемника ОП. Обмотки трансформатора имеют отпайки для подключения к различным трансформаторам тока (50/5; 75/6; 100/5; 150/5; 200/5; 300/5; 400/5).

Способы ввода и съема тональных сигналов на КП зависят от наличия того или иного оборудования на энергообъектах. Присоединение аппаратуры к ВЛ 10 кВ на КП может осуществляться тремя способами:

через отдельный однофазный трансформатор напряжения TH, например ОМ-1,2 10/0,23 (КП1 на рис. 6.4);

через конденсаторы С1.С2 (КП2 на рис. 6.4);

через силовые трансформаторы нагрузки Т 10/0,4 кВ (КП N на рис. 6.4).

Устройства присоединения через силовой трансформатор нагрузки включают в себя два трансформатора связи ТСВ, первичные обмотки которых включены в рабочие фазы последовательно с нагрузкой. Вторичные обмотки ТСВ включены последовательно — встречно. ТСВ выполняются в нескольких модификациях для подключения к сетевым трансформаторам мощности от 25 до 620 кВ · А.

Нагрузка потребителя 0,4 кВ шунтируется фильтром несущей частоты ФН, настроенным в резонанс на частоту 1003 Гц (для защиты нагрузки от напряжения тональной частоты).

При наличии на КП отдельного трансформатора напряжения, например ОМ-1,2 (10/0,23), ввод и съем сигналов тональной частоты можно организовать через него с использованием аппаратуры АТКС-10, КП-Т (на рис. 6.4 КП1).

Трансформаторные присоединения обладают низким КПД, поскольку примерно 95% мощности передатчика теряется в трансформаторе.

Устройство присоединения конденсаторное (УП КП—К) содержит согласующий трансформатор Т1 и две катушки индуктивности L1 и L2, которые совместно с конденсаторами связи С1 и С2 образуют двухфазный фильтр для компенсации реактивного сопротивления конденсаторов связи. Трансформатор Т1 позволяет согласовать входное сопротивление линии с аппаратурой АТКС-10 КП—К. Защита УП КП—К от перенапряжения обеспечивается вилитовыми разрядниками на напряжение 2,0 кВ. В качестве конденсаторов связи С1 и С2 используются конденсаторы типа СММ-20/3-З5. Конденсаторное присоединение имеет малое затухание на тональной частоте, что позволяет снизить мощность вводимого тонального сигнала в 10—20 раз по сравнению с трансформаторным присоединением [34].

Помехоустойчивость сигналов и достоверность сообщений в системе ТМРС-10

Помехоустойчивость передачи сигналов в системе ТМРС-10 обеспечивается прежде всего высоким соотношением энергии передаваемых сигналов и энергии помех в канале в заданной полосе пропускания фильтров приемных устройств.

Основные помехи при передаче сигналов тональной частоты по электрическим распределительным сетям 10 кВ — это высшие гармонические составляющие промышленной частоты. Источниками помех высших гармоник являются нелинейность сети электроснабжения и нагрузки. Уровни этих помех зависят от конфигурации и параметров элементов сети, режимов и протяженности линий электропередачи, нагрузок и места их подключения и т. п.

В процессе эксплуатации распределительных сетей уровни помех могут существенно изменяться, что может привести к ухудшению соотношению сигнал/помеха, т. е. к ухудшению помехоустойчивости передачи сигналов. Поэтому уровень сигнала следует рассчитывать на наиболее неблагоприятный случай и брать с достаточным запасом, чтобы обеспечить уверенную передачу и прием сигналов в любой точке сети.

Полоса пропускания приемного фильтра тонального канала выбирается, как правило, в диапазоне частот между гармониками промышленной частоты. С учетом того, что расстояние между соседними гармониками составляет 50 Гц, ширина пропускания приемного фильтра должна составлять не более 20—30 Гц.

• С ростом частоты несущей уровень гармонических помех как в напряжении, так и в токе снижается и в диапазоне 20-й гармоники (и выше) становится соизмеримым с уровнем флуктуационных помех, равномерно распределенных в широком диапазоне частот, в том числе и в диапазонах между гармониками. Флуктуационные помехи представляют собой последовательность коротких импульсов, имеющих случайную амплитуду. Частота следования этих импульсов такова, что переходные процессы от их воздействия не успевают затухнуть, образуя непрерывный случайный процесс в широком диапазоне частот (белый шум). При передаче сигналов по распределительным сетям следует учитывать также влияние импульсных помех, источником которых являются ударные нагрузки (сварка, дуговые электропечи, электротяга и т. п.), а также перенапряжения при коммутации в электрических цепях, короткие замыкания и т. п.

По данным экспериментальных исследований, проведенных в конкретных распределительных сетях 6 и 10 кВ [35,36], расчетный уровень флуктуационных помех при работе между гармониками следует принимать равным 0,1% Uном в диапазоне частот 725—1275 Гц (при приеме по напряжению) и 40 мА (при приеме по току). Приняв за исходные эти данные и требования ГОСТ 26205—84 об обеспечении отношения сигнал/помеха не менее 7, получим необходимые уровни принимаемого сигнала (при Uном =6 кВ): Uс ~ 16 В; IС ~ 106 мА.

Наибольшие импульсные помехи по данным института ’’Сельэнергопроект” возникают при перемежающихся замыканиях фазы ВЛ 10 кВ на землю. Уровень помех при этом достигал 120 В на частотах гармоник и 45 В между гармониками. При таких уровнях помех невозможно обеспечить требуемое соотношение сигнал/помеха при приемлемых уровнях передаваемого сигнала. При всех других видах замыканий на землю, кроме перемежающихся дуговых замыканий, уровни помех практически такие же, как и в нормальном режиме.

Как показывает статистика, перемежающиеся дуговые замыкания на землю составляют не более 3% всех видов замыканий на землю. При отсутствии информации с КП телекомплекс ТРС-1 производит многократный опрос КП. Поэтому допустимы относительно редкие сбои в работе телекомплекса, чтобы не завышать уровни передаваемого сигнала. Ложные сообщения при этом практически исключаются примененными защитами.

* Измерения помех и их анализ проводились в распределительных сетях 10 кВ под руководством инж. Г. С. Чиркова.