基本介紹
- 中文名：電力線載波保護復用載波機
- 外文名：Power Line carrier protection multiplex carrier
- 公司：北京供電公司
- 類型：通信手段
- 投用時間 ：1998年
電力線載波通信是電力系統特有的一種通信手段，世界上幾乎所有國家都在採用。
電力線載波通信可靠性高、具有復用功能，利用電網資源、經濟實用，因此世界各國普遍採用。北京供電公司於1998年開始在大房雙回線上使用的ETL81型電力載波設備,具有一定的技術代表性，為此介紹其技術特性，並分析其調製方式、同步方式，以及AGC自動增益控制、環回測試的實現方法，保護音頻接口裝置NSD50的特點等。
它與一次電網同步施工，不需要單獨架設傳輸線路，充分利用電網資源，經濟實用；電力線載波以電力線為載體，不易受自然災害和外力破壞，即使信號傳輸相發生短路或斷路等故障，高頻信號仍可通過其他相的耦合信號進行傳輸，可靠性極高；電力線載波通過電力線路連線各發電廠和變電站，且具有復用功能，在傳送話音的通道上，還可交替復用或同時復用繼電保護和遠動信號，在實際套用中，電力線載波機復用繼電保護信號是最為典型的一種套用方式。
目前北京供電公司共有500kV輸電線路14條，線路主保護全部採用了復用載波、復用微波和復用光纖通道。北京供電公司500kV線路復用載波設備及復用保護信號類型見表1。北京供電公司從1998年開始，在大房雙回線路上使用ETL81型電力載波設備，筆者負責調試開通該類型設備共9台，經過幾年的運行維護，逐漸掌握了設備的技術特性，下面作一分析，供參考。
1ETL81型載波機的調製方式
電力線載波一般採用兩次調製和三次調製方式，基本不採用一次調製方式。ETL81型載波機採用三次調製方式，下面以萬順線順義側載波設備為例(其發信頻率為112－4kHz)，就三次調製方式的頻譜搬移、傳輸頻譜表示方法和優點逐一進行分析。
電力線載波保護復用載波機
電力線載波保護復用載波機
1.1頻譜搬移
ETL81載波機的發信部分採用抑制載波三級調製，而收信部分則採用四級解調。這種方案大大減少了發信機與收信機中射頻濾波器的複雜性，並在維持收信機高選擇性的同時，簡化了射頻通道的調諧。第一級調製利用中頻IF將0～4kHz頻譜搬移到16～20kHz；第二級調製利用640kHz的高頻載頻HF，將頻譜搬移到620～624kHz；第三級調製，利用發信射頻載頻RF(TxFC)，進一步將頻譜搬移到射頻發信載波範圍，即訂貨所要求的線路頻譜。三次調製頻譜搬移示意圖見圖1。值得注意的是，最後調製結果只能取下邊帶,將頻譜限制在500kHz以下。
電力線載波保護復用載波機
電力線載波保護復用載波機
收信機以類似的工作方式進行解調。採用收信射頻振盪器頻率RF(RxFC)，第1級解調將線路高頻信號轉換到620～624kHz；第2級解調藉助於高頻載頻480kHz，將信號搬移到140～144kHz；第3級解調利用載頻160kHz，將信號搬移到16～20kHz；第4級解調將信號最終還原到0～4kHz。
1.2傳輸頻譜表示方法
傳輸頻譜有兩種表示方法：加減號表示法(如108－4kHz)和頻譜表示法(如104～108kHz)，ETL81載波機採用減號表示法，它比頻譜表示法包含的信息更為豐富。
傳輸頻譜的減號表示法對應著倒置頻譜。例如，108－4kHz表示的3層含義為：
(1)傳輸頻譜為10kHz～108kHz；
(2)第3次調製的高頻載頻RF：RF=108+(HF－IF)=108+(640－20)=728(kHz)
(3)各信號線上路上的傳輸頻率為108－fc，其中fc為導頻、話音、保護等信號的音頻頻率。如導頻頻率為3.75kHz，則其線上路上的傳輸頻率f為：
f=108－fc=108－3.75=104.25(kHz)
1.3三次調製方式的優點
由以上分析可知，第一、二次調製在電路實現上是固定不變的，只有第三次調製才與線路頻譜的具體要求有關，所以三次調製方式的優點在於既降低了濾波器的複雜程度，又便於用戶進行現場改頻。
2同步方式
電力載波機發信機與收信機之間收發頻率若不同步，存在微小的頻率差異，會引起被解調信號的同步失真，收端將不能正確還原信號頻率，導致遠動誤碼、保護誤動或拒動、電話轉接困難等問題。這可以通過收信的同步解調來避免。
載波機之間的同步方式主要有3種：晶振同步、最終同步和鎖相環同步。晶振同步法是最簡單的一種同步方法，不需設計同步電路，只需提高收發兩端石英晶體振盪器的頻率穩定度。最終同步法是利用中頻載頻進行音頻同步的方法，收信支路將對端送來的中頻載頻信號作為中頻解調載頻，從而消除收信高頻載頻引入的偏差，實現音頻信號的最終同步。鎖相環同步法是利用對方發來的一個固定頻率信號進行中頻同步的方法，這個固定頻率可以是中頻載頻，也可以是導頻。收信端利用收到的固定頻率與本端中頻載頻進行相位比較，從而輸出一個控制電壓來調節晶振的頻率偏差，即改變頻率合成器的參考頻率，減小高頻載頻誤差，實現中頻同步。
ETL81採用鎖相環同步法。一個ETL終端通過在載頻合成單元P4LG中適當插入跳線MA與MB，或SA與SB，則可程式為主站或從站。主站ETL設備中的石英晶振是自由振盪的，由它產生所有內部載頻及所需時鐘頻率，它的導頻被傳送到對端的從站設備，用作同步的參考頻率。收信端的同步功能通過導頻的處理來完成，這些工作發生在RXSYNC模組中，本端導頻信號與接收到的導頻信號通過相位比較器進行比較，產生一個控制電壓VCXO，以便控制從站設備的頻率合成單元P4LG中的本地石英晶振的頻率。因為在穩態條件下，遠端主振盪器與本地從振盪器同步在相同頻率，不管是否有數據由主站到從站，或由從站到主站傳送，這種同步都是存在的。作為兩個主站進行異步運行是可能的，然而，兩站均以從站模式運行是不可能的。
3環回測試實現方法
環回測試是進行設備自身檢查和電路檢查的一種較為方便的手段。主要有以下兩種方式：
(1)本端機高頻自環測試。這項測試在開通線路和查找故障時很有幫助。在ETL81差接網路P3LB的位置上插入假負載P3LK，可以將發信機終端接入額定負載。這時，發信機和收信機形成環路，機內的頻率變換器和相應的控制電路會自動地將發信頻率變換為收信頻率，發信信號經過衰耗進入收信機，從而可以進行自環測試。
(2)遠端音頻環回測試。它可以線上路的一端完成全通道音頻幅頻特性的測試，並對接收機進行頻率失真均衡。在遠端環回模式中，本端發信機中發出一個音頻信號，被遠端的鎖相環跟蹤濾波器電路檢測到，並以正確的電平轉發給它的發信機，再由本地設備的接收機接收。遠端環回的建立、保持和啟動都是由P4LA完成的，它通過控制遠端機音頻收發形成環路，實現整個電路的檢查。
4保護音頻接口裝置的特點
NSD50是嵌入式的保護接口，可插於ETL81機層的預留位置中。它以ETL81的導頻信號作為監頻，在話音頻帶內傳送命令信號，適宜於傳輸直接跳閘、允許跳閘和閉鎖跳閘信號。命令信號的傳送電平要提升到最大可用的全部功率，並在發命令時短時切斷話音和可中斷的遠動信號。當保護命令到來時，保護接口將它變換為適於通信傳輸的頻率信號，並控制發信機將話音通路切斷，提升功率傳送命令信號。線上路的另一端，收信機判斷監頻信號已消失，並檢測到一個有效的跳頻信號，相應的輸出端就動作。如同時接收到監頻信號和跳頻信號，或同時接收不到監頻信號和跳頻信號，接收端就發出告警。
遠方保護接口設備最重要的性能指標是安全性、可依靠性和傳輸時間。安全性指系統在未傳命令狀態下抗禦干擾的能力，主要指不產生虛假命令。可依靠性指命令在傳輸過程中抗禦干擾正確傳輸的能力，主要指不丟失命令。傳輸時間指從傳送端輸入命令到接收端輸出命令所經過的時間。
安全性測量按IEC60834—1推薦的方法進行：將白噪聲脈衝注入到通道中，記錄注入的脈衝數和在收信機輸出端產生的虛假命令數。安全性的量化指標用產生虛假命令的機率表示：
式中Puc——虛假命令的機率；
Nuc——接收端的虛假命令數；
NB——注入的噪聲脈衝數。
可依靠性測量按IEC60834—1推薦的方法進行：從一端向另一端發出大量的命令信號，記錄在規定時間內發信機發出的命令數和收信機收到的命令數。接收端的信噪比愈低，在規定時間內接收到的命令信號就愈少，即丟失的命令信號就愈多。可依靠性的量化指標用丟失真正命令的機率表示：
式中Pmc——丟失命令的機率；
NT——傳送的命令數；
NR——接收的命令數。
在工程實踐中，這個問題轉化為考察在規定傳輸時間內，要達到某種可依靠性標準，如Pmc<1%所需要的信噪比指標SNR。在同等條件下，需要的信噪比SNR愈低，說明設備的可依靠性愈高。
傳輸時間在工程實踐中用最大實際傳輸時間Tac表示，按如下方法測試：在有噪聲的通道中，在規定的信噪比和可依靠性條件下，從一端載波機保護接口的命令輸入端信號狀態改變時刻起，到另一端載波機保護接口的命令輸出端信號狀態相應改變時刻止所經歷的時間。如一端發出命令信號，另一端在Tac時間內沒有收到，這個命令信號就認為被丟失，影響可依靠性指標。
直接跳閘式、允許跳閘式和閉鎖跳閘式保護對這3種指標的要求各不相同。對於直接跳閘方式，極高的安全性和高度的可依靠性比傳輸時間更為重要；對於允許式跳閘方式，高度的可依靠性和短的傳輸時間比安全性更為重要；對於閉鎖式跳閘方式，短的傳輸時間和高的可依靠性比安全性更為重要。從上述分析中可以知道，這3種指標相互制約，不可能同時達到最佳值，只能根據具體情況進行最佳化。
NSD50採用了微處理器進行數位訊號處理。NSD50的4個命令可抑臥藩編碼和非編碼兩種。非編碼信號用於閉鎖式和允許式，編碼信號可以優先傳送，用於直接跳閘。兩種信號可以獨立設定安全性、可依靠性和傳輸時間。在載波機的話音頻帶里，有8個預定的頻率可以用作各種命令信號及其組合。非編碼的命令信號使用單一頻率，可以獲得最佳信噪比和較短的傳輸時間。編碼信號在2個頻率間變換，可以增加抗干擾能力，提高安全性。信號完全由數字處理器DSP按數字方式處理。保護接口功能方框圖見圖2。
電力線載波保護復用載波機
電力線載波保護復用載波機
5結束語
在目前電網中大量使用復用保護電力線載波設備，如何提高運行和維護水平，使保護通道完好率達到100%，是每一位通信人員的職責。隨著計算機技術的發展，載波機也將實現由模擬到數字的轉變。新一代載波機將適應電網對通信快速、寬頻、數位化的要求，確保復用保護、遠動信號通道的暢通，為提高供電可靠性和保障電網的安全運行作出貢獻。
