DL T 790.14 2002 采用配电线载波的配电自动化 第14部分：总则 中低压配电线载波传输参数

 

采用配电线载波的配电自动化

第1-4部分：总则

中低压配电线载波传输参数

1范围

  本指导性技术文件总结了一些欧洲国家为评估在中压(MV)和低压(LV)配电线上传输配电自动化系统数据的能力而进行的测试研究的结果。

  测试研究工作是在数量不多但很典型的情况下进行的。可以认为本部分中的结果对于所有类似情况具有代表性。

  这些结果以传输参数形式表述，见第2章。这些参数对配电线载波系统的设计很重要。

2传输参数

    中压和低压配电线主要用于输送50 H或60 H大功率电力，用于载波通信有一定困难。

    电力负载和配电网结构变化会影响信号衰减和噪声电平，使传输质量随着载波频率、时间和所在位置而变化很大。

    此外，由于在电缆和架空线的连接点、线路分支点等地方阻抗失配严重，不能将配电线看作均匀的传输介质。线路的不均匀会使信号产生反射、附加衰减和相位失真。

    虽然通道特性随着时间和地点的改变难以预计，在配电网上进行的研究工作还是提供了足够信息，有利于经济地解决这些问题。

    首先，已经知道了信号通过配电网的单个元件（如电力变压器、电容器组、电缆、架空线、电压电流互感器等）的传输性能。

    元件的特性可以由以下参数确定：

    ——阻抗频率特性，Z(f)；

    ——传输频率特性，H(f)。

    注：传输频率特性的模数是接收信号和发送信号的幅值比，相位是接收信号和发送信号的相位差。

    其次，也知道了两个耦合点<例如信号的发送点和接收点）之间的配电线段的传输性能。

    从信号传输观点看，有两种情况要考虑：两个耦合点是连接的，还是不连接的。

    前者是两个耦合点之间通过导体连接，或通过适当的设施（例如旁路）保持传输的连续性。后者是两耦合点之间既不通过导体连接，也不能保持传输的连续性。

    两个连接的耦合点间的传输参数是：

    ——各耦合点的阻抗：频率和时间的函数

    Zc（f，t)

    ——两个耦合点间的传输传递函数：频率和时间的函数

    Hc(f，t)

    注：传输传递函数的模数是接收信号和发送信号的幅值比，相位是接收信号和发送信号的相位差。

    ——各耦合点的噪声：频率和时间的函数

    Nc(f，t)

    两个不连接的耦合点间韵最重要的传输参数是：

    ——两个不连接的耦合点间的串扰传递函数：频率和时间的函数

注：串扰传递函数的模数是接收信号和发送信号的幅值比，相位是接收信号和发送信号的相位差。可以通过模拟实际通道的数学模型用这些参数评价通道的性能。

3配电网主要元件的传输参数

3.1电窖器组

  为补偿无功功率，在高压／中压和中压i低压变电所的中压母线上常安装着电容器组。这些电容器在50 kHz附近具有非常尖锐的谐振频率特性，谐振阻抗很低，约0.01 Q（图1曲线a）。这表明，如传输信号的频率离开谐振点，阻抗会迅速增加。

    图1  中压／低压电容器组阻抗和频率关系典型示例

1.5 m）的典型特性。这时谐振点降到30 kHz左右，阻抗频率特性改善很多。

    事实上，电气外接线的长度一般大于1.5 m，频率谐振点会降到30 kHz以下，采用50 kHz以上的频率是可以工作的。因此，中压电容器组不致大量吸收传输信号。这表明，频率范围在50 kH以上时，无需为中压电容器组加装阻波器。

    低压电容器组的情况和中压电容器组相似，只是谐振频率点更低一些。图1中曲线c是带着很短的外接线的低压电容器组的典型特性，曲线d是带着约1.5 m外接线的低压电容器组的典型特性。

    外接线的长度实际上大于以上数值。而且，在任何情况下，只要在外接线外面加上磁性材料的环，电气长度就可以增加，使阻抗达到足够数值(20 Q～30 Q)，不会影响信号传输。

3,2变压器

    变压器在其中压线路连接点呈现为随频率变化的阻抗。图2a为中压/fK压变压器在次级空载和短路两种不同情况下的阻抗和传输频率的关系。在10 kHz~200 kHz范围内阻抗是电容性，随频率上升而降低。中压／低压变压器谐振频率点一般在10 kHz以下。虽然变压器型号和电压等级不同，数值也会不同，还是可以提出阻抗值参考范围，即1  kfl—50  kQ，远大于线路特性阻抗范围30 01—150 Q。因此，在20 kH以上，变压器对传输性能没有什么影响p

    在约10 kHz~20 kH范围以下，信号通过单相电力变压器不会衰减很多。这时，中压线路上的信号可以容易地传到低压侧。

    对于三相变压器，信号的传输决定于绕组的结构。图2b是变压器的传输传递函数随频率变化示例，中压侧发、低压侧收。图2c是低压侧发、中压侧收的变压器的传输传递函数。测试时以150 n为负载，这是架空线的典型阻抗值。

    这样看来，以一个单频信号覆盖中压和低压配电网是可能的：在高压／中压变电所的中压母线上注入信号，在连接在低压电网的设备（例如电子计量设备）上接收。

    但是，由于以下原因，这种显然有利的情况难以实现：

    ——变压器中压侧终接线路阻抗时介入损耗很大，难以用适当功率从低压侧向中压侧发送信号；

    ——频率在20 kHz以下时噪声电平很高；

    ——配电网上一般装有电容器组（见3.1）．在这频率范围内呈现低阻抗，需要装适当的阻波器以防止信号旁路。

    在约10 kHz—20 kHz范围以上，由于变压器两个方向的传输衰减都大，以及电容器组的存在，变压器实际上阻塞了信号。因此，需要装设旁路以保证信息可以在中压和低压电网之间传输。

    根据使用要求，旁路可以是无源式的或有源式的。前者指在中压和低压电网上进行同一个通信过程；后者指在中压和低压电网上各进行独立的通信过程再对两者加以处理。

3.3电缆

    中压电缆：  对于不同制造厂、不同介质材料、不同金属成分和导体截面35mm²～240mm²的中压电缆进行了大量试验。根据试验结果可以认为：中压电缆的特性阻抗为20 Ω—40Ω；终接特性阻抗时，在20 kHz—200 kHz范围内，衰减为1.5 dB/km—5 dB/km。

    低压电缆：  包括三相四芯电缆和架空电缆在内，特性阻抗为40Ω—120Ω。终接特性阻抗时，在20 kHz~200 kHz范围内，衰减为2 dB／km～lo dB/km。

图2a中压／低压变压器阻抗和频率关系典型示例

图2b中压／低压变压器转换函数典型示例——中压侧注入信号（相地耦合）．

    低压侧测量（相中性点耦合）

4中压电网

  终接特性阻抗的均匀线路的衰减等于线路损耗。中压电网一般由架空线和电缆组成，对于通信来说不是均匀线路，在架空线和电缆的连接点以及线路的分支点都会有严重的阻抗失配现象发生。

  在20 kHz—200 kHz范围内，由于中压／低压变压器对信号的介入损耗大(一般大于30 dB)，具有去耦作用，中压电网的传输性能不大受用户负载的影响，但受中压/ff9;压变压器和电容器组负载的影响。

  耦合点的阻抗Zc (f)主要决定于周围配电线的布置和线路的特性阻抗。

图3a为连接于长架空线中心附近的中压/低压变电所的相地特性阻抗典型模值。

    围3a连接于一段长架空线中心附近的中压朋￡压变电所

    辆合点阻抗和频率关系示例（相地耦合）

图3b为中压／低压变电所通过电缆连接架空线时相地特性阻抗典型模值。

    图3b中压／低压变电所通过电缆连接架空线

    的耦台点阻抗和频率关系示例（相地耦合）

    图4a为20 kHz—200 kHz范围内中压电缆的衰减值。

    图4b为衰减和距离的关系。

    图4c为在几个变电所测得的相地耦合方式的衰减曲线，包括结合设备衰减在内。

    图Sa为在中压电网上测得的噪声和频率的关系。噪声包括宽带骚扰（有衰减的暂态波和脉冲信号）和窄带骚扰（已调制或未调制的载波及其谐波）。在3 kHz频带内测得的噪声电平随频率升高而下降。在40 kHz—95 kHz范围内，平均噪声电压约为有效值2 mV。

图4a中压电网（地下电缆）的衰减和频率关系示例

图4b中压电网（地下电缆}的衰减和距离关系示例

圈4c连接于一根中压电绒的6个中压／低压变电所的衰减和距离关系示伪

    -—每个变电所注入信号，其他变电所测lt（相地耦合）

    圈5a中压电网（地下电线）的噪声电平和频率关系示例

    图5b为在不同变电所内测得的噪声。可以看出：在30 kHz以上，一般可认为噪声电平在可接受范围内a在阻抗75 n、频率70 kHz(带宽4.8 kHz)和90%的时间内，典型值小于有效值7mV。而在2%的时间内，夹杂有高功率的随机脉冲群。

    圈5b连接于一条中压架空线的6个中压／低压变电所

    的噪声电平示例I相地耦合）

    两段断开的线段之间的串扰衰减的范围为35 dB—40 dB。串扰对信号传输的影响不大，不需要对配电网进行任何改造。

    中压电网是一个带有阻抗失配的介质，线路上有驻波现象，衰减会因此而增加约10（11B—20 dB以上。为降低阻抗失配的影响，有的中压／低压变电所需要加装电阻性负载，使中压电网能适应通信介质的要求。

5低压电网

供电部门使用的配电线载波频率范围为3 kHZ—95 kHz。由于电力负载直接连接在低压电网上，没有任何去耦设备，低压电网t育号-传输受负载的影响很大。但低压电网一般不受驻波影响。否则，驻波会使耦合点阻抗在约2 Q一120 Q大范围内波动，使衰减增加很多，约5dB/100 m～10 dB/100 m。

  图6a和6b为典型的地下电缆网和架空线的耦合点阻抗随频率变化的情况。

  图7为地下电缆连接的两个相距500m的变电所之间的线路最大、最小衰减与频率的关系。

圈6a低压电网（地下电缆）的耦合点阻抗

    和频率关系示例（相中性点耦合l

图6b低压电网（架空线）的耦合点阻抗

  和频率关系示例（相中性点藕合l

    图7长度达500 m的低压地下电缆的衰减

    和频率关系示例f相中性点藕合

图8为这条线路在100 kHz频率点24 h内的衰减变化情况。

图9为一条架空线在信号注入点不同距离处测得的线路衰减和距离的关系。

图10为一个建筑物内部各楼层的线路衰减和层次的关系。

图lla和11b为以500 Hz带宽的接收机在低压电网裸架空线上测得的噪声分布。噪声包括宽带骚扰

图8长度达500 m的低压地下电缆的衰减

  和一天时间关系示例（相中性点耦合）

    圈9低压架空线衰减

和距离关系示例（相中性点藕合）

    图10一个建筑物内低压电缆在不同楼层的衰减示例

    （底层注入信号，相中性点耦合）

（有衰减的暂态波和脉冲群）和窄带骚扰（已调制和未调锶的载波及其谐波、电视的行频率）。图11a为噪声电平和频率的关系曲线。图11b为80 kHz点噪声电平概率的时间分布曲线。可以看出，在50 kHz以上，一般可认为噪声电平在可接受的范围内。在频率70 kHz(带宽500 Hz)点，在90%的时间内，噪声电平典型值低于有效值1 mV。

图lla低压电网（架空线）的噪声电平和频率关系示例(相中性点耦合）

图llb低压电网（架空线）的噪声电平概率分布示例（相中性点耦合）

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