【正文】 電力線通信系統(tǒng)初探南京培西克電子科技有限公司2008/01/16電力線通信系統(tǒng)初探1． 概述電力行業(yè)的通信系統(tǒng)是為本行業(yè)行政管理、調(diào)度指揮、繼電保護(hù)、自動化實施指令、信息正確不間斷傳輸?shù)谋Ｕ舷到y(tǒng)。電力行業(yè)的主要通信系統(tǒng)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已從傳統(tǒng)電力線載波通信，跨越式的發(fā)展為數(shù)字微波通信，光通信。但電力線載波通信由于不需要重建傳輸媒體，并能對電力線本身實施復(fù)用遠(yuǎn)方保護(hù)，故仍在電力行業(yè)得到應(yīng)用。電力線載波通信本身也已由模擬實現(xiàn)了向數(shù)字的轉(zhuǎn)移。當(dāng)然，電力行業(yè)的通信系統(tǒng)，還包含有：數(shù)字行政交換機(jī)、數(shù)字調(diào)度交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)…等等。隨著配電網(wǎng)自動化的發(fā)展，低壓數(shù)字電力線載波機(jī)、光貓、電力貓等設(shè)備在行業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用。本文所要講述的是電力線載波通信，以及與之緊密相關(guān)的戶外設(shè)備：線路阻波器、耦合電容器、結(jié)合濾波器、高頻電纜、分頻濾波器、高頻差接網(wǎng)絡(luò)等。2． 主要理論依據(jù)2．1 GB/T14430—1993 （IEC663）單邊帶電力線載波系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)則2．2 GB/T7255—1998 （IEC495）單邊帶電力線載波機(jī)2．3 GB/T7330 （IEC353） 交流電力系統(tǒng)線路阻波器2．4 GB/T4705 （IEC358） 耦合電容器及電容分壓器2．5 GB/T7329 （IEC481） 電力線載波結(jié)合設(shè)備2．6 國際大電網(wǎng)會議 （CIGRE） 電力線載波系統(tǒng)導(dǎo)則2．7 電氣及電子工程師學(xué)會 （IEEE） 電力線載波應(yīng)用導(dǎo)則2．8 美國通用電氣公司 （GE） 電力線載波通信應(yīng)用導(dǎo)則 第1卷 電力線載波系統(tǒng)及音頻通道 第2卷 繼電保護(hù)通道2．7 國際電話電報咨詢委員會 （CCITT） 有關(guān)建議2．8 電力線載波通信系統(tǒng)指南 趙偉 編著3． 電力線載波通信系統(tǒng)的構(gòu)成圖1 給出了電力線載波系統(tǒng)組成示意圖（單端）。下表是具體的分列：但未包含終端設(shè)備。 電 架空線路 力 電 高 傳輸線路 電力線 電纜線路電 線 路 頻 絕緣架空地線力 載 通 線路阻波器線 波 道 耦合裝置 耦合電容器、電容分壓器載 電力線載波結(jié)合設(shè)備波 高頻電纜系 相 傳輸設(shè)備 電力線載波機(jī)統(tǒng) 關(guān) 遠(yuǎn)方保護(hù)設(shè)備 系 交換系統(tǒng) 統(tǒng) 電源系統(tǒng) 圖1 電力線載波系統(tǒng)示意圖（單端）3．1 基本概念1）電力線和電力設(shè)備在運行和操作中存在電暈、電弧和火花放電等現(xiàn)象，使電力線載波通道的噪聲較高。為保證傳輸信號的信噪比，電力線載波機(jī)的發(fā)信功率較大。一般來說，電力線載波機(jī)的發(fā)信功率為：5W/+37dbm、10W/+40dbm、20W/+43dbm、40W/+46dbm、80W/+49dbm. 2）電力線路故障時，載波通道的衰減可能會發(fā)生較大的變化，為保證電力系統(tǒng)通信不中斷，電力線載波機(jī)應(yīng)具有較好的自動電平調(diào)節(jié)特性。一般來說，電力線載波機(jī)的自動電平調(diào)節(jié)范圍為40db,有一些好的設(shè)備能做到60db. 3）由于電力線載波信號的傳輸通過電力線，所以電力線載波通道的組織與電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。電力線載波機(jī)一般安裝在發(fā)電廠、變電所或開關(guān)站內(nèi)。 4）電力線載波通信是電力部門特有的一種通信方式，特別適用于以電力系統(tǒng)各發(fā)電廠、變電所和開關(guān)站為對象的電力系統(tǒng)調(diào)度電話、遠(yuǎn)動，及在被保護(hù)的電力線路兩端間傳送保護(hù)信號的遠(yuǎn)方保護(hù)系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中的電力線在發(fā)電廠和變電所內(nèi)是連接在公共母線上的，在電力線上開設(shè)的電力線載波通道之間有較大的相互干擾。這種通道間的串?dāng)_，限制了電力線載波通道開設(shè)的數(shù)量，對電力線載波通信的質(zhì)量也很不利?？梢圆捎煤侠淼陌才烹娏€載波通道的頻率和安裝阻塞效果較好的阻波器或頻率分隔裝置等方法解決。 5）電力系統(tǒng)調(diào)度通信要求迅速、正確、可靠。電力線載波機(jī)一般設(shè)有自動交換系統(tǒng)(自動盤)與用戶直接連接，或二線、四線接口，與系統(tǒng)中的交換設(shè)備連接。 6）電力線載波傳輸頻率范圍，最低頻率由結(jié)合設(shè)備的傳輸性能及其費用確定，最高頻率由傳輸衰減確定，并考慮無線電信號干擾等因素。我國規(guī)定為40～500kHz。 7）電力線載波機(jī)除傳輸電話信號外，還需傳輸遠(yuǎn)動、數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)方保護(hù)等非電話信號，因此有專用機(jī)和復(fù)用機(jī)之分。電話信號與非電話信號的復(fù)用有交替復(fù)用和同時復(fù)用兩種方式。 對復(fù)用機(jī)而言，一般將電話的上限頻率降低到2000Hz 或2400Hz，而將上音頻頻帶供非電話信號傳輸復(fù)用，也有將有效傳輸頻帶擴(kuò)展到3400Hz 以上的方式，以便安排更多的非電話信號通路。（如：3480Hz,3850Hz等） 非電話信號：電報、傳真、遠(yuǎn)動、遠(yuǎn)方保護(hù)、數(shù)據(jù)等模擬或數(shù)字信息，采用移頻鍵控(FSK)或移相鍵控(PSK)調(diào)制以音頻方式傳送。在數(shù)字電力線載波機(jī)中可通過RS—232口直接傳輸數(shù)字信息。電話、電報和傳真通路的性能應(yīng)符合國際電報電話咨詢委員會(CCITT)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。遠(yuǎn)動信號一般采用檢錯校驗編碼方式，以達(dá)到高度的安全性，避免錯誤動作或丟失信號。其傳輸速率從50bit/s 到2400bit/s 或以上，目前多數(shù)采用300、600、1200bit/s。遠(yuǎn)方保護(hù)：為保護(hù)電力設(shè)備安全，防止事故擴(kuò)大，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行和連續(xù)供電，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，需通過遠(yuǎn)方保護(hù)系統(tǒng)在線路兩端間高速度地傳送繼電保護(hù)信息，控制兩端保護(hù)裝置有選擇性地快速動作，切除故障。根據(jù)傳送信息形式和對保護(hù)裝置作用的不同，遠(yuǎn)方保護(hù)系統(tǒng)有模擬系統(tǒng)與命令系統(tǒng)兩種。模擬遠(yuǎn)方保護(hù)在線路兩端間傳送工頻電量的幅值、相位信息。接收端將收到的模擬信息與本端相應(yīng)值比較，判定故障發(fā)生在被保護(hù)線段區(qū)內(nèi)還是區(qū)外。命令遠(yuǎn)方保護(hù)在線路兩端間傳送改變開關(guān)狀態(tài)的命令：斷開或投入，這類命令可分為跳閘式和閉鎖式兩種。跳閘命令又可分為直接跳閘和允許跳閘兩種方式。在直接跳閘方式中，不論本端保護(hù)的動作情況如何，接收端收到命令信號后就可以跳閘；而允許跳閘方式，只在接收端收到命令而且本端保護(hù)也動作時才能實現(xiàn)跳閘。 在閉鎖方式中，接收端收到命令信號后，禁止本端保護(hù)裝置動作。遠(yuǎn)方保護(hù)系統(tǒng)的特點是：允許傳送和判別的時間很短，發(fā)送信號的次數(shù)極少(每年僅數(shù)次)沒有預(yù)定的發(fā)送時間，而且要求保護(hù)裝置正確動作的概率很高(安全性很高)和丟失命令的概很低(可依靠性很高)。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，線路的干擾和衰減會增加。這時，仍應(yīng)可靠地接收遠(yuǎn)方保護(hù)信號。對于直接跳閘式和允許跳閘式保護(hù)裝置，這點尤為重要。在電力線載波系統(tǒng)中，遠(yuǎn)方保護(hù)可以專用一條載波通路，也可以和電話信號等復(fù)用一條通路。根據(jù)對安全性、可依靠性、需要的操作時間、是否經(jīng)濟(jì)以及可用的頻帶寬度等方面的要求作出適當(dāng)選擇。 對于傳送遠(yuǎn)方保護(hù)信號的復(fù)用電力線載波機(jī)，通常采用發(fā)送保護(hù)信號時中斷電話及全部或部分非電話信號，并相應(yīng)提高保護(hù)信號電平的方式(交替復(fù)用)。有些保護(hù)專用的電力線載波設(shè)備平時不發(fā)送載波信號，只在需要時發(fā)送很短時間。這種設(shè)備應(yīng)裝設(shè)定時測試電路，每隔一定時間，例如24 小時，發(fā)一次測試信號，以證實系統(tǒng)是否工作正常。進(jìn)行電力線載波系統(tǒng)設(shè)計時，對這種平時不發(fā)信號的載波設(shè)備，在可能發(fā)生的干擾影響等方面，與連續(xù)發(fā)送電話或其他信號的一般載波機(jī)相比，顯然應(yīng)有不同考慮。3．2 高頻通道3．2．1 傳輸線路1） 電力線路及輸電方式（1）架空線路：導(dǎo)線—單導(dǎo)線 LGJＸＸＸ 導(dǎo)線排列—垂直排列、水平排列、三角排列 分裂導(dǎo)線：減少電暈損耗 （ 用于220KV及以上線路） 架空地線（避雷線）：為了減少電能損耗，一般裝設(shè)放電間隙（2）電纜線路：用于室內(nèi)、市區(qū)、過江及污染嚴(yán)重地區(qū)（3）輸電方式： 交流輸電（相） A相 黃 B相 綠 C相 紅 線路換位：消除不對稱線路三相電壓的不平衡；消除對鄰近通信線路的危險感應(yīng)電壓 直流輸電（極） 有：；單極線路；同極線路；雙極線路。常用負(fù)極。以減少地電流對地下金屬管道的腐蝕；減少對通信線路及航海羅盤的影響2） 使用絕緣架空地線組織電力線載波電路優(yōu)點：可靠性高，不受系統(tǒng)運行方式改變的影響 噪聲電平比相導(dǎo)線低6—8db 不需要線路阻波器，且耦合電容器工頻耐壓要求降低 阻抗特性穩(wěn)定。地線—地方式為400Ω，地線地線方式為800Ω缺點：為減小信號衰減，必需采用良導(dǎo)體導(dǎo)線，增加了線路投資 通道受放電間隙和覆冰的影響較大3） 使用絕緣分列導(dǎo)線組織電力線載波電路在絕緣分列導(dǎo)線上組織電力線載波電路時，必須首先在工程設(shè)計時提出分列導(dǎo)線絕緣要求。使用絕緣分列導(dǎo)線組織電力線載波電路有以下優(yōu)點：線路衰減小，傳輸距離長相間跨越衰減要比相地通道高20—30db，有利于頻率的重復(fù)使用使用頻帶寬（可達(dá)2MHz），