Высокочастотная связь по лэп. Системы ВЧ связи по ЛЭП. Коммуникационные решения для электрических сетей. Ниже приводятся уникальные особенности этой системы

Технологические комплекс предназначен для организации цифровых высокочастотных каналов: связи, ТМ, передачи данных АСКУЭ, АСУ ТП и Ethernet по высоковольтным линиям электропередач (6 – 10) кВ.

Система защиты и согласования предназначена для присоединения всех типов каналообразующего оборудования связи, РЗ и ПА к ВЧ тракту ВЛ

Технологический комплекс EPW9 предназначен для организации цифровых и аналоговых высокочастотных каналов: связи, ТМ, РЗА, ПА, передачи данных АСКУЭ, АСУ ТП и Ethernet по высоковольтным линиям электропередач.

ET9 | DZ9 | CCP-4 | CSP-9 Организация высокочастотной связи по линиям электропередачи

Технологический комплекс ЕТТ9 предназначен для организации высокочастотных каналов связи, ТМ, РЗА, ПА, передачи данных АСКУЭ и АСУ ТП по высоковольтным линиям электропередач.

Аппаратура высокочастотной связи

ESV6 фильтр присоединения

Фильтры присоединения предназначены для присоединения аппаратуры ВЧ связи к воздушным и кабельным ВЛ по схемам фаза-земля или фаза-фаза.

ET8 аппаратура ВЧ связи по ЛЭП

Аппаратура ВЧ связи по ВЛ типа ЕТ8 дает возможность организации от одного до шести надежных аналоговых и цифровых каналов связи в диапазоне частот от 20 до 1000 кГц.

ECS8 система параметрирования и диагностики

Система контроля ECS8 предназначена для местного и удаленного управления (параметрирование и диагностика) оборудованием ВЧ связи семейства PLC2000.

TG8 узкополосный FSK модем

G8 это узкополосной модем с бинарной FSK модуляцией. Его использование является отличным решением для надежной передачи данных по речевым каналам связи даже при плохих условиях передачи. Тип применяемой модуляции (бинарная FSK) обеспечивает высокую устойчивость при воздействии помех и других влияющих факторов.

NF8 терминал НЧ доступа

Терминал НЧ доступа NF8 обеспечивает одновременную передачу речи, сигналов вызова и данных телемеханики, а также сигналов-команд телезащиты в диапазоне тональных частот от 300 Гц до 3720 Гц. Терминал NF8 обеспечивает самое еффективное (как с техничекой так и экономической точки зрения) использование полосы тональных частот.

DZ9 Устройство передачи сигналов команд РЗ

Устройство DZ9 позволяет передачу до 8 независимых команд РЗ по различным цифровым каналам связи и до 4 независимых команд РЗ по аналоговому каналу связи. Кодирование каналов и адаптивные алгоритмы обнаружения команд гарантируют оптимальные комбинации времени передачи, безопасности и надежности передачи команд в реальных условиях передачи.

DPA8 Устройство для передачи команд РЗ и ПА

DPA8 предназначено для передачи сигналов РЗ и ПА по любым аналоговым речевым каналам, но максимальная надежность и безопасность при минимальном времени передачи сигналов достигается при работе по каналам связи, организованным по ВЛ с помощью аппаратуры ЕТ8. DPA8 - это цифровое программируемое устройство, параметры которого позволяют оптимально приспособить утройства и характеристики команд РЗ и ПА в соответствии с требованиями систем защиты и пожеланиями потребителей.

Оптическая передача

SparkLight NG SDH STM 1/4/16/xWDM
ADM-16 | ADM-4/1 | HSP

SparkLight является компактным, мощным, высокоплотным и удобным для пользования SDH мультисервисным узлом нового поколения для предоставления услуг PCM (речи, данных), PDH (E1, E3), SDH (STM-1, STM-4, STM-16) и Ethernet (FE, ГбE) по SDH.

Радиорелейное оборудование

SparkWave
SDR HSP | SDR ADM | SDR STM | SDR GE | SDR AR

Многоскоростной многофункциональный радиорелейный узел для сетей нового поколения, работающий в диапазоне частот от 5 до 38 ГГц.

Оборудование SparkWave SDR HSP предназначено для радиорелейной передачи PDH и Ethernet сигналов, работающих в 5, 6, 7, 8, 11, 13, 15, 18, 23 и 26 ГГц частотных диапазонах.

Оборудование SparkWave SDR ADM

Оборудование SparkWave SDR STM-1 предназначено для радиорелейной передачи STM-1 трафика, работающего в 5, 6, 7, 8, 11, 13, 15, 18, 23 и 26 ГГц частотных диапазонах.

Оборудование SparkWave SDR GE является высокоэффективной, удобной для использования split-mount, точка-точка беспроводной радиорелейной линией радиосвязи, предназначенной для применений Gigabit Ethernet большой емкости.

SparkWave AR-18/23G активный ретранслятор обеспечивает весьма привлекательным решением радиотрассы на 18/23 ГГц.

Телекоммуникации в энергетике

PowerLink

Система ВЧ связи PowerLink позволяет передавать по высоковольтным линиям электропередачи сигналы РЗ и ПА, голос и данные. Технологии, использованные при разработке оборудования, полностью соответствуют последним стандартам и требованиям телекоммуникационных систем...

SWT 3000

Скомбинировав возможности цифровой и аналоговой перед ачи в одном устройстве, SWT 3000 образовало собой новый класс оборудования. Основными существенными характеристиками эффективной системы являются безопасность, надежность и время передачи команд. Система SWT 3000 в полной мере удовлетворяет этим требованиям...

Страница 16 из 21

Конструкция линии электропередачи, определяемая ее главным назначением - передачей электрической энергии на расстояние, позволяет использовать ее для передачи информации. Высокий уровень эксплуатации и большая механическая прочность линий обеспечивают надежность каналов связи, близкую к надежности каналов по кабельным линиям связи. Вместе с тем при осуществлении по ВЛ каналов связи для передачи информации приходится учитывать особенности линий, затрудняющие их использование для целей связи. Такой особенностью является, например, наличие на концах линий оборудования подстанций, которое можно представить как цепь изменяющихся в широких пределах последовательно соединенных реактивного и активного сопротивления. Этими сопротивлениями через шины подстанций образуется связь между ВЛ, что приводит к увеличению тракта связи. Поэтому для снижения влияния между каналами и затухания с помощью специальных заградителей преграждают пути токам высокой частоты в сторону подстанций.
Значительно увеличивают затухание также ответвления от ВЛ. Эти и другие особенности линий требуют осуществления ряда мероприятий по созданию условий передачи информации.
Устройство ВЧ каналов по распределительным сетям 6-10 кВ сопряжено со значительными -трудностями из-за специфики построения сетей этих напряжений. На участках магистральных линий 6-10 к В между соседними коммутационными пунктами имеется большое число отпаек, линии секционируются разъединителями и выключателями, схемы первичной коммутации сетей нередко меняются, в том числе автоматически, из-за большей повреждаемости линий этих напряжений их надежность ниже, чем В71 35 кВ и выше. Передача сигналов в распределительных сетях зависит от многих факторов, влияющих на затухание сигнала: от длины и числа отпаек, материала проводов линии, нагрузки и др. Нагрузка может изменяться в широких пределах. При этом отключение отдельных отпаек, Как показывают исследования, иногда не только не уменьшает затухания, но, наоборот, из-за нарушения взаимной компенсации затуханий между соседними отпайками увеличивает ее. Поэтому каналы даже небольшой протяженности имеют значительное затухание и работают нестабильно. На работе каналов отрицательно сказываются также повреждения изоляторов, некачественное соединение проводов и неудовлетворительное состояние контактов коммутационной аппаратуры, Эти дефекты являются источниками помех, соизмеримых с уровнем передаваемого сигнала, что может вызывать прекращение работы канала и повреждение аппаратуры. Наличие на линиях секционирующих аппаратов приводит к полному прекращению работы ВЧ канала в случае их отключения и заземления одного из участков линии. Отмеченные недостатки существенно ограничивают, хотя и не исключают , использование линий 6-10 кВ для организации ВЧ каналов. И все-таки следует отметить, что широкого распространения ВЧ связь по распределительным сетям в настоящее время не получила.
По назначению ВЧ каналы связи по линиям электропередачи делятся на четыре группы: каналы диспетчерской связи, технологические, специальные и каналы линейно-эксплуатационной связи.
Не останавливаясь подробно на использовании и назначении каждой группы каналов, отметим, что для диспетчерских и технологические каналов телефонной связи используется в основном полоса тональных частот 300-3400 Гц <300-2300). Верхняя часть тонального спектра (2400-3400 Гц) не пользуется для передачи сигналов телеинформации. Современная комбинированная аппаратура позволяет организовать в этом спектре до четырех независимых узкополосных каналов телеииформации.
Каналы линейно-эксплуатационной связи служат для организации связи диспетчера с работающими на трассе протяженной линии электропередачи или подстанциях ремонтными бригадами, когда постоянной связи с ними нет. Для этих каналов применяется упрощенная перевозная и переносная телефонная аппаратура.
По степени сложности ВЧ каналы делятся на простые и сложные. Каналы, состоящие только из двух комплектов оконечной ВЧ аппаратуры, называют простыми. Сложные каналы имеют в своем составе промежуточные усилители или несколько комплектов оконечной аппаратуры (на одинаковых частотах).

Оборудование высокочастотных каналов связи по ВЛ.

Присоединение аппаратуры связи к проводам линии электропередачи осуществляется с помощью специальных устройств так называемой аппаратуры присоединения и обработки линии, состоящей из конденсатора связи, заградителя и элементов защиты.

Рис. 21. Схема высокочастотного канала связи по ВЛ
На рис. 21 изображена схема образования канала связи по ВЛ. Передача сигналов токами высокой частоты Осуществляется передатчиками аппаратуры уплотнения J, размещенными на обоих концах ВЛ на подстанциях А и В.
Здесь же в составе аппаратуры уплотнения 1 имеются приемники, осуществляющие прием модулированных токов ВЧ и их преобразование. Для обеспечения передачи энергии сигнала токами ВЧ по проводам достаточно обработать на каждом конце линии один провод с помощью заградителя 5, конденсатора связи 4 и фильтра присоединения 3, который соединяется с аппаратурой уплотнения 1 при помощи ВЧ кабеля 2. Для обеспечения безопасности работы персонала на фильтре присоединения при работающем ВЧ канале служит заземляющий нож 6.
Присоединение высокочастотной аппаратуры по схеме рис. 21 носит название фаза-земля. Такая схема может использоваться для образования одноканальных и многоканальных систем передачи информации. Применяются также другие схемы присоединения.
При необходимости подключения к линии электропередачи аппаратуры, установленной на трассе линии (телефонная передвижная аппаратура ремонтных бригад, аппаратура дистанционно управляемой УКВ радиостанции и т. п.), используются, как правило, антенные устройства присоединения. В качестве антенны применяются отрезки изолированного провода определенной длины или участки грозозащитного троса.
Высокочастотный (линейный) заградитель обладает высоким сопротивлением для рабочей частоты канала и служит для заграждения пути этим токам, уменьшая их утечку в сторону подстанции. При отсутствии заградителя затухание канала может увеличиться, так как небольшое входное сопротивление подстанции шунтирует ВЧ канал. Заградитель состоит из силовой катушки (реактора), элемента настройки и устройства защиты. Силовая катушка является основным элементом заградителя. Она должна выдерживать максимальные рабочие токи линии и токи КЗ. Силовая катушка изготовляется из свитых в спираль медных или алюминиевых проводов соответствующего сечения, намотанных на рейки из древесно-слоистого пластика (дельта-древесина) или стеклотекстолита. Концы реек закрепляются на металлических крестовинах. На верхней крестовине крепится элемент настройки с защитными разрядниками. Элемент настройки служит для получения относительно высокого сопротивления заградителя на одной или нескольких частотах или полосах частот.
Элемент настройки состоит из конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов и включается параллельно
силовой катушке. Силовая катушка и элемент настройки заградителя подвергаются воздействиям при атмосферных и коммутационных перенапряжениях и КЗ. Роль защиты от перенапряжений, как правило, выполняет вентильный разрядник, состоящий из искрового промежутка и нелинейного вилитового резистора.
В электрических сетях 6-220 кВ нашли применение заградители ВЗ-600-0,25 и КЗ-500, а также заградители со стальным сердечником типов ВЧЗС-100 и ВЧЗС-100В, отличающиеся друг от друга номинальным током и индуктивностью, устойчивостью и геометрическими параметрами силовой катушки, а также типом элемента настройки и его защиты.
Заградители врезаются в фазный провод линии электропередачи между линейным разъединителем и конденсатором связи. Высокочастотные заградители могут монтироваться в подвесном виде, на опорных конструкциях, в том числе и на конденсаторах связи.
Конденсаторы связи служат для подключения ВЧ аппаратуры к воздушной линии, при этом токи утечки промышленной частоты отводятся через конденсатор связи на землю, минуя аппаратуру высокой частоты. Конденсаторы связи рассчитаны на фазное напряжение (в сети с заземленной нейтралью) и на линейное напряжение (в сети с изолированной нейтралью). В нашей стране выпускаются конденсаторы связи двух типов: СМР (связи, маслонаполненный, с расширителем) и СММ (связи, маслонаполненный, в металлическом корпусе). Для различных напряжений конденсаторы комплектуют из отдельных элементов, соединенных последовательно. Конденсаторы связи могут устанавливаться на железобетонные или металлические опоры высотой около 3 м. Для изоляции нижнего элемента конденсатора типа СМР от тела опоры используют специальные фарфоровые подставки круглого сечения.

Фильтр присоединения служит связующим звеном между конденсатором связи и ВЧ аппаратурой, разделяя линию высокого напряжения и установку слабого тока, каковой является аппаратура уплотнения. Фильтр присоединения обеспечивает тем самым безопасность персонала и защиту аппаратуры от высокого напряжения, так как при заземлении нижней обкладки конденсатора связи образуется путь для токов утечки промышленной частоты. С помощью фильтра присоединения осуществляется согласование волновых сопротивлений линии и высокочастотного кабеля, а также компенсации реактивного сопротивления конденсатора связи в заданной полосе частот. Фильтры присоединения выполняются по трансформаторной и автотрансформаторной схемам и вместе с конденсаторами связи образуют полосовые фильтры.
Наибольшее распространение в организации ВЧ каналов связи по линиям электропередачи предприятия получил фильтр присоединения типа ОФП-4 (см. рис. 19). Фильтр заключен в стальном сварном корпусе с проходным изолятором для присоединения конденсатора связи и кабельной воронкой для ввода ВЧ кабеля. На стенке корпуса крепится разрядник, имеющий удлиненную шпильку для подключения шинки заземления и предназначенный для защиты элементов фильтра присоединения от перенапряжений. Фильтр рассчитан для присоединения ВЧ аппаратуры по схеме фаза-земля в комплекте с конденсаторами связи емкостью 1100 и 2200 пФ. Фильтр устанавливается, как правило, на опоре конденсатора связи и крепится к опоре болтами на высоте 1,6-1,8 м от уровня земли.
Как отмечалось, все переключения в цепях фильтра присоединения производятся при включенном заземляющем ноже, который служит для заземления нижней обкладки конденсатора связи при работе персонала. В качестве заземляющего ножа применяется однополюсный разъединитель для напряжения 6-10 кВ. Операции с заземляющим ножом производятся с помощью изолирующей штанги. Некоторые типы фильтров присоединения имеют смонтированный внутри корпуса заземляющий нож. Для обеспечения безопасности в этом случае должен устанавливаться отдельно стоящий заземляющий нож.
Высокочастотный кабель служит для электрического соединения фильтра присоединения (см. рис. 21) с приемопередающей аппаратурой. При подключении аппаратуры к линии по схеме фаза - земля применяются коаксиальные кабели. Наиболее распространенным является высокочастотный коаксиальный кабель марки РК-75, внутренний проводник (одножильный или многожильный) которого отделен от внешней оплетки изоляцией из высокочастотного диэлектрика. Внешняя экранная оплетка служит обратным проводом. Внешний проводник заключен в защитную изолирующую оболочку.
Высокочастотные характеристики кабеля РК-75, как и обычных кабелей связи, определяются теми же параметрами: волновым сопротивлением, километрическим затуханием и скоростью распространения электромагнитных волн.
Надежную работу ВЧ каналов по ВЛ обеспечивают качественное и регулярное выполнение планово-профилактических работ, предусматривающих целый комплекс работ на оборудовании ВЧ каналов связи по ВЛ. Для выполнения профилактических измерений каналы выводятся из работы. В состав профилактического обслуживания входят плановые проверки аппаратуры и каналов, периодичность которых определяется состоянием аппаратуры, качеством эксплуатационного обслуживания с учетом профилактических работ и устанавливается не реже 1 раза в 3 года. Внеплановые проверки каналов выполняются при изменении ВЧ тракта, повреждений оборудования и при ненадежной работе канала из-за нарушения регламентированных параметров.

Разделение вертикально интегрированной структуры постсоветской электроэнергетики, усложнение системы управления, увеличение доли выработки электроэнергии малой генерации, новые правила подключения потребителей (сокращение сроков и стоимости подключения) при этом повышение требований к надежности энергоснабжения влечет за собой приоритетное отношение к развитию систем телекоммуникаций.

В энергетике применяется множество типов связи (порядка 20-ти) различающиеся по:

• назначению,
• среде передачи,
• физическим принципам работы,
• типу передаваемых данных,
• технологии передачи.

Среди всего этого многообразия выделяется ВЧ связь по высоковольтным линиям (ВЛ) электропередачи, которая в отличие от остальных видов создавалась специалистами-энергетиками для нужд самой электроэнергетики. Оборудование прочих видов связи, изначально созданное для систем связи общего пользования, в той или иной степени, адаптируется к потребностям энергокомпаний.

Сама идея использования ВЛ для распространения информационных сигналов возникла при проектировании и строительстве первых высоковольтным линий (так как строительство параллельной инфраструктуры для систем связи влекло существенное удорожание), соответственно, уже в начале 20-х годов прошлого века вводятся в работу первые коммерческие системы ВЧ связи.

Первое поколение ВЧ связи было больше похоже на радиосвязь. Присоединение передатчика и приемника высокочастотных сигналов выполнялось с помощью антенны длинною до 100 м, подвешиваемой на опоры параллельно силовому проводу. Сама же ВЛ, являлась направляющей для ВЧ сигнала - в то время, для передачи речи. Антенное присоединение еще долго применялось для организации связи аварийных бригад и на железнодорожном транспорте.

Дальнейшая эволюция ВЧ связи привела к созданию оборудования ВЧ присоединения:

• конденсаторов связи и фильтров присоединения, что позволило расширить полосу передаваемых и принимаемых частот,
• ВЧ заградителей (заградительные фильтры), что позволило снизить влияние устройств подстанции и неоднородностей ВЛ на характеристики ВЧ сигнала до приемлемого уровня, и соответственно, улучшить параметры ВЧ тракта.

Следующие поколения каналообразующей аппаратуры стали передавать не только речь, но и сигналы телеуправления, защитные команды релейной защиты, противоаварийной автоматики, позволили организовать передачу данных.

Как отдельный вид ВЧ связь сформировалась в 40-ые, 50-ые годы прошлого столетия. Были разработаны международные стандарты (МЭК), руководящие указания для проектирования, разработки и производства оборудования. В 70-ые годы в СССР силами таких специалистов как Шкарин Ю.П., Скитальцев В.С. были разработан математические методики и рекомендации расчета параметров ВЧ трактов, что существенно упростило работу проектных организаций при проектировании ВЧ каналов и выборе частот, повысило технические характеристики вводимых ВЧ каналов.

До 2014 года ВЧ связь официально была основным видом связи электроэнергетики в Российской Федерации.

Появление и внедрение волоконно-оптических каналов связи, в условиях широкого распространения ВЧ связи, стало взаимодополняющим фактором в современной концепции развития сетей связи электроэнергетики. В настоящее время актуальность ВЧ связи остается на прежнем уровне, а интенсивное развитие и существенные инвестиции именно в оптическую инфраструктуру способствуют развитию и образованию новых сфер применения ВЧ связи.

Неоспоримые преимущества и наличие огромного положительного опыта применения ВЧ связи (почти 100 лет) дают основания полагать, что направление ВЧ будет актуально как в ближайшей так и в отдаленной перспективе, развитие же данного вида связи позволит решать как текущие задачи, так и способствовать развитию всей электроэнергетической отрасли.

Связь по линиям электропередач снова стала активно обсуждаемой темой, на различных научных уровнях и прессе. В последние несколько лет эта технология пережила много взлетов и падений. В специальных периодических изданиях опубликовано множество статей с противоречивыми взглядами (выводами). Одни специалисты называет передачу данных по электрическим сетям технологией, умирающей, другие предсказывают блестящее будущее в сетях среднего и низкого напряжения, например, в офисах и жилых домах.

Технология, которая сегодня называется ВЧ связь по ЛЭП, на самом деле охватывает несколько различных и независящих друг от друга направлений и приложений. Это с одной стороны узкополосная передача точка-точка по ВЛ высокого напряжения (35-750 кВ), а с другой стороны широкополосная общесетевая передача данных, (BPL — Broadband Power Line), в сетях среднего и низкого напряжения (0,4-35 кВ).

Фирма Siemens является пионером в обоих направлениях. Первые ВЧ системы на высоковольтных линиях, фирмы Siemens были реализованы еще в 1926 году в Ирландии.

Привлекательность этой технологии для операторов сетей электроснабжения состоит в том, что для передачи информационных сигналов используется собственная инфраструктура электросети. Таким образом технология является не только очень экономичной — отсутствуют текущие расходы на содержание каналов связи, но и позволяет быть предприятиям энергоснабжения быть независимыми от провайдеров услуг связи, что особенно важно в аварийных случаях, и даже предписывается на законодательном уровне многих стран. ВЧ связь является универсальным технологическим решением как для предприятий занимающиеся передачей и распределением электроэнергии, так и компаний ориентированных на предоставлении услуг населению.

ВЧ связь в сетях высокого напряжения (35-750 кВ)

Во время бурного развития информационных технологий (90-е гг.) предприятия электроснабжения в промышленно развитых странах делали значительные инвестиции в прокладку линий оптической связи (ВОЛС) по ВЛ высокого напряжения в надежде обеспечить себе прибыльную долю перегретого рынка телекоммуникаций. В это время добрую старую технологию ВЧ похоронили заново. Затем раздутый информационно-технический пузырь лопнул, и во многих регионах наступило протрезвление. И именно в энергетических сетях установка оптических линий была приостановлена по экономическим соображениям, а технология ВЧ связи по ВЛ приобрела новое значение.

В результате применения цифровых технологий на высоковольтных сетях, сформировались новые требования к ВЧ системам.

В настоящее время, передача данных, речи осуществляется по быстрым цифровым каналам, а сигналы и данные систем защиты передаются одновременно (параллельно) по ВЧ линиям, и цифровым каналам (ВОЛС), образуя надежное резервирование (см. следующий раздел).

На ответвлениях сети и длинных участках линий электропередач использование ВОЛС экономически не целесообразно. Здесь технология ВЧ предлагает экономичную альтернативу для передачи речи, данных и сигналов-команд РЗ и ПА (РЗ — релейные защиты, ПА — противоаварийная автоматика) Рисунок1.

В связи c быстрым развитием систем автоматизации электроэнергетики и цифровых широкополосных сетей на магистральных линиях, изменились требования к современным системам ВЧ связи.

Сегодня на отводах сети ВЧ связь рассматривается как система, которая надежно передает данные систем защиты и обеспечивают прозрачный удобный интерфейс для данных и речи от широкополосных цифровых сетей до конечного потребителя при значительно большей пропускной способностью, по сравнению с обычными аналоговыми системами. С современной точки зрения высокая пропускная способность может быть достигнута только путем увеличения полосы частот. То, что в прошлом было невозможно из-за недостатка свободных частот, сегодня реализуется благодаря повсеместному применению оптических линий. Поэтому ВЧ системы усиленно используются только на ответвлениях сети. Также существуют варианты, когда отдельные участки сетей объединены между собой ВОЛС, что позволяет использовать одинаковые рабочие частоты гораздо чаще, чем в случае объединенных систем ВЧ связи.

В современных цифровых ВЧ системах плотность информации при использовании быстрых сигнальных процессоров и цифровых способов модуляции может быть увеличена по сравнению с аналоговыми системами с 0,3 до 8 бит/сек/Гц. Таким образом, для полосы частот 8 кГц в каждом направлении (прием и передача) может быть достигнута скорость 64 кбит/с.

В 2005 году фирма Siemens представила новую цифровую аппаратуру ВЧ связи «PowerLink», подтвердив лидирующее положение в данной области. Аппаратура PowerLink сертифицирована и для использования в России. Создавая PowerLink фирма Siemens создала мультисервисную платформу, пригодную как для аналогового, так и для цифрового применения Рисунок 2.

Ниже приводятся уникальные особенности этой системы

Оптимальное использование выделенной частоты: лучшая аппаратура ВЧ связи позволяют передавать данные со скоростью 64 кбит/с и менее, в то время как у PowerLink данный показатель составляет 76,8 кбит в секунду, занимая полосу 8 кГц.

Больше речевых каналов: еще одной инновацией фирмы Siemens, реализованной в системе PowerLink, является возможность передачи 3-х аналоговых речевых каналов при полосе 8 кГц вместо 2-х каналов в обычной аппаратуре.

Видеонаблюдение: PowerLink — первая система ВЧ связи позволяющая передавать сигнал видеонаблюдения.

AXC (Automatic Crasstalk Canceller) Автоматическое подавление перекрестных помех: раньше сближенные полосы приема-передачи требовали сложную ВЧ настройку для минимизации влияния передатчика на свой приемник. Запатентованный AXC блок заменил сложную гибридную настройку и соответствующий модуль, а качество приема-передачи улучшилось.

OSA (Optimized Sub channel Allocation) Оптимальное распределение подканалов: еще одно запатентованное решение компании Siemens гарантирует оптимальное распределение ресурсов при конфигурировании услуг (Речь, данные, защитная сигнализация) в выделенной частотной полосе. В результате итоговая передающая емкость увеличивается до 50%.

Повышенная гибкость: для обеспечения надежности инвестиций и возможности будущего использования фирма Siemens реализовала функцию «ease-up!» для простого и надежного обновления.

Многофункциональное оборудование: выполняя проект на базе комбинированной аппаратуры PowerLink вы можете забыть об ограничениях которые были в обычных терминалах при планировании частот. С PowerLink Вы сможете спроектировать систему ВЧ связи со всем набором услуг (передача речи, данных, сигналов РЗ и ПА) в доступной полосе. Один комплект PowerLink может заменить три (3) обычных аналоговые системы Рисунок 3.

Передача данных систем защиты

Технология ВЧ связи сейчас, как и раньше, играет важную роль в области передачи данных систем защиты. На магистральных и высоковольтных линиях с напряжением свыше 330 кВ, как правило, используются двойные системы защиты с разными способами измерения (например, дифференциальная защита и дистанционная защита). Для передачи данных систем защиты также используются различные способы передачи для обеспечения полной избыточности, включая коммуникационные каналы. Типичными каналами связи в этом случае является комбинация цифровых каналов по оптическим линиям для данных дифференциальной защиты и аналоговых ВЧ каналов для передачи сигналов-команд дистанционных защит. Для передачи сигналов защиты, технология ВЧ является самым надежным каналом. ВЧ связь является более надежным каналом передачи данных, чем другие, даже оптические линии не могут обеспечить такое качество по прошествии длительного времени. За пределами магистральных линий и на окончаниях сети, ВЧ связь часто становится единственным каналом для передачи данных систем защит.

Проверенная система SWT 3000 фирмы Siemens (Рисунок 4) является инновационным решением для передачи команд РЗ ПА с требуемой максимальной надежностью и одновременно с минимальным временем передачи команд в аналоговых и цифровых коммуникационных сетях.

Многолетний опыт в области передачи защитных сигналов позволил создать уникальную систему. Благодаря сложной комбинации цифровых фильтров и систем цифровой обработки сигналов удалось настолько подавить влияние импульсных помех — самых сильных помех в аналоговых каналах связи, что даже в сложных реальных условиях достигается надежная передача команд РЗ и ПА. Поддерживаются все известные режимы работы прямого отключения или разрешающего срабатывания с индивидуальными таймерами и скоординированной или нескоординированной передачей. Выбор режимов работы осуществляется с помощью программного обеспечения. Специфичные для российских электросетей функции про-тивоаварийной автоматики могут быть реализованы на той же аппаратной платформе SWT 3000.

При использовании цифровых интерфейсов идентификация устройства осуществляется по адресу. Таким образом возможно предотвращение случайного подключения других устройств по цифровым сетям.

Гибкая концепция два в одном позволяет использовать SWT 3000 во всех имеющихся каналах связи — медных кабелях, высоковольтных линиях, оптических линиях или цифровых в любых комбинациях Рисунок 5:

• цифровая + аналоговая на одной платформе;
• 2 избыточных канала в 1 системе;
• дублированный блок питания в 1 системе;
• 2 системы в 1 среде.

Являясь очень экономичным решением SWT 3000 может интегрироваться в ВЧ систему PowerLink. В этой конфигурации обеспечивается возможность дублированной передачи — аналоговая по технологии ВЧ и цифровая, например, по SDH.

ВЧ связь в сетях среднего и низкого напряжения (распределительные сети)

В отличие от ВЧ связи по ЛЭП высокого напряжения, в сетях среднего и низкого напряжения системы ВЧ разработаны для режимов работы точка — много точек. Также эти системы различаются по скорости передачи данных.

Узкополосные системы (цифровые каналы связи DLC) давно используются в электросетях для определения места сбоев, дистанционной автоматики и передачи измерительных данных. Скорость передачи в зависимости от применения от 1,2 кбит/с до < 100 кбит/с. Передача сигналов в линиях среднего напряжения осуществляется емкостным способом по экрану кабеля среднего напряжения.

На рынке коммуникационных систем фирма Siemens с 2000-го года успешно предлагает цифровую систему связи DCS3000. Постоянные изменения состояния электросети, вызванные частыми переключениями или подключением различных потребляющих устройств требуют реализации сложной технологической задачи — интегрированной производительной системы обработки сигналов, реализация, которой стала возможно только сегодня.

DCS3000 использует качественную технологию передачи данных OFDM — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов. Надежная технология обеспечивает автоматическую адаптацию к изменениям в сети передачи. При этом передаваемая информация в определенном диапазоне оптимально модулируется на нескольких отдельных несущих и передается в стандартизированном для электросетей диапазоне CENELEC (от 9 до 148 кГц). При соблюдении разрешенного диапазона частот и мощности передачи необходимо преодолеть изменения в конфигурации электросети, а также типичные для электросети помехи, например, широкополосный шум, импульсные помехи и узкополосные помехи. Дополнительно обеспечивается надежная поддержка функции передачи данных с использованием стандартных протоколов путем повторения пакетов данных в случае неисправности. Система DCS3000 была разработана для низкоскоростной передачи данных относящихся к службам электроснабжения в диапазоне от 4 кГц до 24 кГц.

Сети среднего напряжения обычно эксплуатируются с открытой схемой, обеспечивающий двусторонний доступ к каждой трансформаторной станции.

Система DCS3000 состоит из модема, базового блока (BU) и индуктивных или емкостных модулей связи. Связь осуществляется по принципу главный-подчиненный (master — slave). Главный базовый блок DCS3000 в трансформаторной подстанции через подчиненные базовые блоки DCS3000 периодически опрашивает с них данные подключенных телеметрических приборов и передает их дальше на пульт управления Рисунок 6. Передача пакетов данных на пульт управления и на телеметрические приборы может осуществляться по стандарту IEC61870-5-101 или DNP3.

Ввод и вывод информационного сигнала реализуется перед или после распределительных устройств, так как экран кабеля, заземлен только на концах ввода, с помощью простых индуктивных соединений (CDI). Разделяемые ферритовые сердечники могут монтироваться на экране кабеля или на кабеле. В зависимости от конкретных условий. При монтаже отключение линии среднего напряжения не является обязательным.

Для других кабелей или воздушных линий ввод осуществляется по фазным проводам с помощью емкостных соединений (CDC). Для различных уровней напряжений фирма Siemens предлагает разные соединения для кабельных, воздушных распределительных систем и систем с газовой изоляцией.

Распределительная сеть может создваться и с другой топологией. Система DCS3000 прекрасно подходит для сетей среднего напряжения с линейной или древовидной топологией или топологией звезда. Если между двумя трансформаторными станциями имеется экранированная линия с защитным трансформатором, то она может напрямую подключаться к DCS3000. Для обеспечения постоянного доступа к каналу желательно создать логическое кольцо. Если это невозможно из-за топологии сети, то две линии могут быть объединены в логическое кольцо с помощью встроенного модема.

Созданная фирмой Siemens система DCS3000 является единственной успешно реализованной на практике системой связи в распределительной сети. Среди прочих заказов фирма Siemens создала системы связи в Сингапуре для Singapore Power Grid и в Макао для CEM Macao. Аргументом для реализации этих проектов послужила возможность избежать крупных затрат в строительство новой инфраструктуры линии связи. Фирма Siemens в течение 25 лет поставляет Singapur PG оборудованием для коммуникационных решений для передачи данных по экранированным кабелям. В 2000 году фирма Siemens получила заказ на поставку 1100 систем DCS3000, которые используются Singapore PG в распределительной электросети с напряжением 6 кВ для автоматизации и локализации повреждений. Распределительная сеть в основном построена по кольцевой схеме.

CEM Macao эксплуатирует свою распределительную электросеть только на одном уровне напряжения. Поэтому предъявляемые здесь требования похожи на требования к сети высокого напряжения. Особые требования предъявляются к надежности создаваемой системы связи. Поэтому система DCS3000 была расширена избыточными базовыми блоками и избыточными входами на пульт управления. Сеть среднего напряжения построена в виде кольца и обеспечивает передачу данных в двух направлениях. Более 1000 систем DCS3000 на протяжении многих лет обеспечивают надежную работу созданной сети связи и служат подтверждением ее эффективности.

В Египте трансформаторные станции не были оснащены входными каналами удаленного обслуживания. Создание новых соединений требовало больших затрат. Существовала принципиальная возможность использования радиомодемов, однако количество доступных частот для отдельных трансформаторных станций было ограничено и невозможно было избежать значительных дополнительных эксплуатационных затрат. Альтернативным решением стала система DCS3000. Данные удаленных терминалов телемеханики передавались на трансформаторную подстанцию. Система телемеханики высшего уровня собирала данные и передавала их по радиосвязи в концентраторы данных, откуда они в свою очередь передавались по существующим линиям удаленного контроля в центр управления. Для двух проектов фирма Siemens поставила более 850 систем DCS3000 в MEEDCO (10 кВ) и DELTA (6 кВ).

Широкополосные системы (Broadband Power Line BPL) После многолетних экспериментальных инсталляций в разных странах мира и многочисленных коммерческих проектов второе поколение технологии BPL развилось настолько, что стало привлекательной альтернативой для других широкополосных сетях доступа.

В сетях низкого напряжения BPL дает провайдеру возможность реализовывать на «последней миле» широкополосный доступ к услугам «трипл-плей»:

• скоростной доступ в интернет;
• IP-телефония;
• видео.

Пользователи могут пользоваться этими предлагаемыми услугами, подключившись к любой электророзетке. Также возможна организация в доме локальной сети для соединения компьютеров и периферийных устройств без прокладки дополнительных кабелей.

Для коммунальных предприятий BPL сегодня не рассматривается. Для единственной используемой сегодня службы — дистанционного считывания показаний счетчиков — используются экономичные решения, например, GSM или медленные системы DLC. Однако в сочетании с широкополосными службами BPL становится привлекательной и для считывания показаний счетчиков. Таким образом «трипл-плей» превращается в «квадро-плей» (Рисунок 8).

В сети среднего напряжения BPL используется для широкополосных услуг как транспортный канал до ближайшей точки доступа провайдера. Для коммунальных служб — в настоящее время дистанционного считывания показаний счетчиков приборов АСКУЭ — достаточно узкополосных систем, работающих в отведенном CENELEC для коммунальных служб диапазоне от 9 до 148 кГц. Разумеется, системы BPL среднего напряжения со смешанными службами («совместный канал») могут использоваться и для провайдера и для коммунальных служб.

Значение BPL растет, чему свидетельствует увеличение инвестиций в данный вид связи коммунальных служб, провайдеров и промышленности. В прошлом основными действующими игроками рынка BPL были преимущественно небольшие предприятия, специализирующиеся исключительно на этой технологии, однако сегодня на этот рынок выходят крупные концерны, например, Schneider Electric, Misubishi Electric, Motorola и Siemens. Это еще один признак растущего значения данной технологии. Однако значительного прорыва пока не произошло по двум ключевым причинам:

1. Отсутствии стандартизации

BPL использует диапазон частот от 2 до 40 МГц (в США до 80 МГц), в котором работают различные коротковолновые службы, государственные органы и радиолюбители. Именно радиолюбители развернули в некоторых европейских странах компанию против BPL — и эта тема активно обсуждается. Международные институты стандартизации, например, ETSI, CENELEC, IEEE в специальных рабочих группах разрабатывают стандарт, регулирующий применение BPL в сетях среднего и низкого напряжения и распределительных сетях
в зданиях и гарантирующий сосуществование с другими службами.

2. Стоимость и бизнес-модель

Стоимость инфраструктуры Powerline с модемами, оборудованием присоединения и повторителями по прежнему высока по сравнению, например, технологией DSL. Высокая стоимость, с одной стороны объясняется небольшими объемами производства, а с другой стороны ранней стадией развития этой технологии. При использовании широкополосных услуг технология BPL должна быть конкурентоспособна по отношению к DSL как по производительности, так и по стоимости.

В отношении бизнес-модели роль коммунальных служб в создании стоимости может сильно варьироваться — от продажи права использования до полного предоставления провайдерских услуг. Главное отличие между различными моделями состоит в доле участия коммунальных служб.

Тенденции развития коммуникационных технологий

В телекоммуникационных сетях общего пользования сегодня более 90% трафика данных проходит через SDH/SONET. Такие каналы с фиксированной коммутацией сегодня становяться неэкономичными, так как они находятся в рабочем состоянии, даже когда не используются. Кроме того, рост рынка заметно переместился от речевых приложений (TDM) к передаче данных (пакетная ориентация). Переход от раздельных сетей мобильной и проводной связи, LAN и WAN к единой интегрированной IP-сети осуществляется в несколько этапов с учетом существующей сети. На первом этапе пакетно-ориентированный трафик данных передается в виртуальных пакетах существующей сети SDH. Это называется PoS («Пакетная передача через SDH») или EoS («Ethernet через SDH») с пониженной модульностью и, следовательно, более низкой эффективностью использования выделенной полосы. Следующий переход от TDM к IP предлагают сегодняшние системы NG SDH (SDH следующего поколения) с мультисервисной платформой, которая уже оптимизирована для пакетно-ориентированных приложений GFP (общая процедура синхронизации), LCAS (схема регулировки пропускной способности линии), RPR (гибкие пакетные кольца) и других приложений в среде SDH.

Эта эволюция в коммуникационных технологиях повлияла и на структуру управления энергосетями. Традиционно связь между управляющими центрами и подстанциями для систем диспетчерского управления и сбора данных базировалась на последовательных протоколах и выделенных каналах, обеспечивающих малое время прохождения сигнала и находящихся в состоянии постоянной готовности. Разумеется, выделенные каналы не обеспечивают гибкости, необходимой для эксплуатации современной электросети. Поэтому тенденция перехода на использование протокола TCP/IP (протокол управления передачей/межсетевой протокол) пришлась кстати. Основными стимулами перехода с последовательного протокола на протокол IP в системах диспетчерского управления и сбора данных являются:

• распространение оптических систем обеспечивает увеличение пропускной полосы и устойчивость к электрическим помехам;
• протокол TCP/IP и соответствующие технологии фактически стали стандартом для сетей передачи данных;
• возникновение стандартизированных технологий, обеспечивающих требуемое качество функционирования сетей с протоколом TCP/IP (QoS качество обслуживания).

Эти технологии способные развеять технические опасения в надежности и возможности обеспечения быстрого времени реакции для приложений диспетчерского управления и сбора данных.

Этот переход к сети TCP/IP делает возможным интеграцию управления сетями диспетчерского управления и сбора данных в общее сетевое управление.

Изменение конфигурации в этом случае можно осуществлять загрузкой из центрального блока управления вместо требующего значительных затрат времени обновления микропрограмм соответствующих подстанций. Стандарты для основанных на IP протоколов телемеханических систем разрабатываются мировым сообществом и уже выпущены для связи на подстанциях (IEC61850) Рисунок 10.

Стандарты для связи между подстанциями и центром управления и между самими подстанциями пока находятся в стадии разработки. Параллельно перевод речевых приложений с TDM на VoIP, что позволит значительно упростить кабельные соединения на подстанциях, так как все устройства и IP-телефония используют одну локальную сеть.

В старых распределительных электросетях коммуникационные соединения устанавливались редко, так как уровень автоматизации был низким, а сбор данных счетчиков производился редко. Эволюция энергетических сетей в будущем будет требовать каналов связи именно на этом уровне. Постоянно растущее потребление в мегаполисах, дефицит сырьевых ресурсов, увеличение доли возобновляемых источников энергии, выработка электроэнергии в непосредственной близости от потребителя («распределенная генерация») и надежное распределение электроэнергии с малыми потерями — вот основные факторы, определяющие управление сетями завтрашнего дня. Связь в АСКУЭ в будущем будет использоваться не только для считывания данных потребления, но и как двусторонний коммуникационный канал для гибкого формирования тарифов, подключения систем подачи газа, воды и тепла, передачи счетов и предоставления дополнительных услуг, например, охранной сигнализации. Повсеместное предоставление возможности Ethernet-соединений и достаточная пропускная способность на участке от системы управления до потребителя необходимы для управления эксплуатацией будущих сетей.

Заключение

Интеграция телекоммуникационных служб в энергосетях потребует тесной интеграции различных технологий. В одной энергосети, в зависимости от топологии и требований, будут применяются несколько типов связи.

Системы ВЧ связи по ЛЭП могут стать решением данных задач. Развитие поддержки протокола IP, в особенности для ВЧ по ЛЭП высокого напряжения, обеспечивает значительное повышение пропускной способности. Фирма Siemens также вносит свой вклад в это развитие — уже сегодня разрабатываются технологии, позволяющие увеличить полосу пропускания и, следовательно, скорость передачи до 256 кбит/с. Технология BPL является прекрасной платформой для обеспечения связи в будущих сетях среднего и низкого напряжения для предоставления потребителю всех новых услуг. Будущие BPL-системы фирмы Siemens предлагают единую аппаратную платформу для узкополосных (CENELEC) и для широкополосных приложений. В энергетических сетях следующего поколения ВЧ связь займет прочное место и станет идеальным дополнением для оптических и беспроводных широкополосных систем.

Фирма Siemens следует этой тенденции и является одним из немногих мировых производителей как в области ВЧ, так и в области коммуникационных сетей, готовым предложить единое интегрированное решение.

Литература:

1. Energie Spektrum, 04/2005: S. Schlattmann, R. Stoklasek; Digital-Revival von PowerLine.
2. PEI, 01/2004: S. Green; Communication Innovation. Asian Electricity 02/2004: Powerline Carrier for HV Networtk.
3. Middle East Electricity, Feb. 2003: J. Buerger: Transmission Possible.
4. Die Welt, April 2001; J. Buerger: Daten vom Netz ubers Netz.
5. VDI Nachrichten 41; Oktober; 2000 M. Wohlgenannt: Stromnetz ubertrugt Daten zur eigenen Steuerung. Elektrie Berlin 54 (2000) 5-6; J. Buerger, G. Kling, S. Schlattmann: Power Line Communication-Datenubertragung auf dem Stromverteilnetz.
6. EV Report, Marz 2000: J. Buerger, G. Kling, S. Schlattmann: Kommunikationsruckrat fur Verteilnetze.
7. ETZ 5/2000; G. Kling: Power Line Communication Technik fur den deregulierten Markt.

Karl Dietrich, компания «Siemens AG»,
департамет «Передачи и распределения электроэнергии PTD»,
подразделение EA4 CS.
Перевод: Е. А. МАЛЮТИН.