Основным средством связи в энергетике являются высокочастотные (ВЧ) каналы по линиям электропередачи, на долю которых приходится более половины протяженности канало-километров сети передачи информации в энергетике.
Столь широкое распространение этого вида связи объясняется низкими капитальными вложениями на сооружение, малым временем монтажа, высокой надежностью линейного тракта и низкими эксплуатационными затратами.
Проектирование и строительство магистральных линий электропередачи сверхвысокого напряжения (330 кВ и выше) требуют решения ряда технических задач по созданию сети ВЧ каналов передачи большого объема информации для систем релейных защит, линейной и противоаварийной автоматики, диспетчерского и технологического управления.
Устройства для частотного секционирования сети сверхвысокого напряжения
Как показывает опыт проектирования ВЧ каналов по протяженным линиям электропередачи сверхвысокого напряжения (особенно для релейной защиты и противоаварийной автоматики), зачастую не удается обеспечить требуемую надежность передачи сигналов из-за необходимости применения более высоких частот по условиям взаимных влияний через шины подстанций.
Для решения этой задачи разработаны и внедрены два типа устройств частотного секционирования электросети — разделительные фильтры, повышающие переходное затухание через шины подстанции до 65 дБ в полосе заграждения.
Разделительный фильтр монтируется из стандартных заградителей и конденсаторов связи.
Для заграждения широкого диапазона в средней и верхней частях спектра (80—600 кГц) устанавливаются разделительные фильтры, собираемые, как правило, по Т-образной схеме фильтра низкой частоты, а для заграждения полосы частот в нижней части спектра — по схеме полосного устройства.
Разделительные фильтры включаются в каждый фазный провод в ячейке отходящей линии при отсутствии между разделяемыми линиями электромагнитной связи или за пределами подстанции в месте, где разделяемые линии расходятся по разным трассам.
Высокочастотные тракты многоканальных телефонных систем передачи
Для многоканальных систем передачи информации в 1980-х годах были предложены и внедрены в эксплуатацию новые виды ВЧ трактов, которые используются на магистральных линиях электропередачи сверхвысокого напряжения для многокональных систем связи:
- междутросовый тракт (на линии подвешиваются проводящие грозозащитные тросы, изолированные от опор),
- внутритросовый тракт (подвешиваются расщепленные надвое проводящие грозозащитные тросы, изолированные между собой и от опор),
- внутрифазный тракт (два провода расщепленной фазы изолируются один от другого).
Связь по грозозащитным тросам
Для организации ВЧ каналов связи по междутросовому тракту на линии электропередачи подвешиваются проводящие грозозащитные тросы из проводов АС 70/72 или АЖС 70/39, которые изолируются от опор на всем протяжении усилительного участка.
На каждой опоре трос подвешивается на гирлянде изоляторов, шунтированной воздушным искровым разрядником, а по концам усилительного участка тросы заземляются через ВЧ дроссели (заградители).
При такой схеме подвески тросов грозоупорность линии не снижается, однако тросы приходится часто транспонировать, что необходимо для гашения дуги сопровождающего тока, возникающей при грозовых перенапряжениях, а также для ограничения потерь мощности промышленной частоты в тросах.
Наиболее экономично выполнять транспозицию тросов в пролете между опорами с применением врезных изоляторов.
Междутросовый тракт обладает рядом положительных свойств, благодаря которым обеспечиваются высокие параметры многоканальной системы связи:
- уровень ВЧ помех ниже, чем на фазных проводах;
- технически просто и экономично выполняются широкополосные устройства присоединения, хорошо согласующие входные сопротивления ВЧ тракта и аппаратуры уплотнения;
- возможно сооружение промежуточных усилительных пунктов на трассе линии для создания систем связи большой протяженности.
При наличии на ВЛ двух грозозащитных тросов аппаратура уплотнения может присоединяться к ним по схемам трос — трос, два троса — земля и трос — земля.
Схема присоединения выбирается при проектировании в зависимости от конкретных условий. Например, ВЧ тракт со схемой присоединения трос — трос имеет большую симметрию и меньшее излучение в окружающее пространство, чем, при других схемах, поэтому он используется в случаях, когда электромагнитная ситуация в зоне прохождения ВЛ является определяющей экономическую эффективность системы связи.
Высокочастотный тракт со схемой присоединения два троса — земля обладает наименьшим затуханием и применяется при необходимости получения наибольшей протяженности усилительного участка.
Длина усилительного участка для системы связи по тросам зависит в основном от рабочего диапазона частот, числа промежуточных усилителей и уровня передачи аппаратуры уплотнения.
Связь по изолированным проводам расщепленных тросов
Для осуществления внутритросового тракта требуется некоторое усложнение конструкции линии электропередачи, связанное с подвеской проводов расщепленных тросов на опорах и их изоляцией в пролетах с помощью изолирующих дистанционных распорок.
Для ограничения потерь мощности промышленной частоты в тросах и обеспечения самопогасания дуги сопровождающего тока расщепленные тросы транспонируются.
Для выполнения транспозиции расщепленных тросов в пролете между опорами используется специальная врезная гирлянда изоляторов.
Вследствие небольшого расстояния между проводами расщепленного троса (0,4 м) внутритросовый тракт обладает высокой степенью симметрии, благодаря чему обеспечивается сравнительно большое переходное затухание на другие тракты по той же или соседним линиям электропередачи, а также очень низкий уровень ВЧ помех, примерно на 35 дБ ниже, чем на фазных проводах.
Эти свойства позволяют организовать многоканальные системы ВЧ связи по расщеплённым тросам сравнительно большой протяженности, системы связи по обоим тросам одной линии могут работать на одинаковых частотах, а также можно повторять частоты с ВЧ каналами по другим ВЛ прилегающей электросети.
Применение внутритросовых трактов наиболее эффективно для ВЛ 750 и 1150 кВ, поскольку они сооружаются, как правило, в районах с весьма развитой сетью ВЛ более низкого напряжения с высокой степенью загруженности частотного спектра ВЧ каналами, а подвеска дополнительных проводов для тросов сопровождается только незначительным усилением тросостоек опор.
Устройства присоединения к внутритросовому тракту выполняются из тех же элементов, которые применяются для междутросового тракта на линиях с нерасщепленными (одиночными) тросами.
Затухание внутритросового тракта зависит не только от частоты, но и от конструкции провода.
В одноповивных проводах типа АС 70/72 и АЖС 70/39 активные потери ВЧ энергии примерно вдвое больше, чем в проводах многоповивных или свитых из биметаллических проволок (в технической литературе их часто называют алюмовельд).
Например, провод из биметаллических проволок ПБСА-120 позволяет на ВЛ 1150 кВ увеличить длину усилительного участка 12-канальной системы до 320 вместо 210 км с одноповивными проводами АС 70/72.
Это в свою очередь позволяет сократить число усилительных пунктов на трассе ВЛ и уменьшить число эксплуатационного персонала. Следует отметить, что применение расщепленного троса связано с увеличением расхода провода, а также с усложнением монтажа и эксплуатации троса.
Связь по изолированным проводом расщепленных фаз
Высокочастотная связь по изолированным один от другого проводам расщепленных фаз по внутрифазному тракту широко применяется на ВЛ 330 кВ с двумя проводами в фазе вследствие простоты выполнения изоляции проводов между собой.
Устройство присоединения аппаратуры уплотнения к внутрифазному тракту сложнее и дороже, чем устройства присоединения к тросовым трактам, поскольку приходится применять конденсаторы связи, рассчитанные на фазное напряжение.
Кроме устройства присоединения, необходимо врезать в каждый провод ВЧ заградитель, рассчитанный на протекание по нему рабочего тока линии и не разрушающийся при максимальном токе к. з.
Уровень ВЧ помех в таком тракте сравнительно высок, поэтому внутрифазные тракты используются на коротких ВЛ (не длиннее 150 км).
Сооружение промежуточных усилительных пунктов на трассе линии для этих трактов не практикуется по технико-экономическим соображениям.
Внутрифазный тракт с малым расстоянием между проводами (0,4 м) подобно внутритросовому тракту обладает весьма высокой степенью симметрии.
Это свойство позволяет экономично решать проблему электромагнитной совместимости ВЧ каналов прилегающей электросети без применения дорогостоящих устройств частотного секционирования.
При организации ВЧ каналов по внутритросовым и внутрифазным трактам нельзя использовать на одной и той же линии электропередачи одинаковые частоты.