PLC高頻通道的一些分析

電力線載波高頻通道

高頻特性的一些分析September

2009電力線載波高頻通道的一些主要特性高頻通道的組成高頻通道的頻率衰耗特性高頻通道上的噪聲與信噪比高頻通道的回波衰耗特性高頻通道的阻抗匹配電力線載波通道的設(shè)備變電站A高壓線電能的傳輸變電站B 傳輸數(shù)據(jù)、電話和保護信號電力線載波機電力線載波機阻波器阻波器CC/CVTCC/CVT結(jié)合濾波器結(jié)合濾波器變電站的出線電力線載波的耦合設(shè)備線路刀閘母線CC-耦合電容器CouplingCapacitor—專用于電力線載波通信。—與結(jié)合濾波器組成一個高通濾波器。—推薦使用的電容量值： 35KV： 3500pF、5000pF 110KV： 10000pF 220KV： 5000pF、10000pF 330KV： 5000pF、7500pF 500KV： 5000pF、7500pFCVT-電容式壓變CapacitiveVoltageTransformer電容式電壓互感器：簡稱電容式壓變－用于繼電保護的二次測量回路：從中間抽頭引出－用于電力線載波通信的信號耦合回路：從下樁頭引出－用分線盒將兩種不同的信號分別接出到繼電保護裝置和通信設(shè)備－一般用在高壓和超高壓線路上線路阻波器線路阻波器的阻抗0 50 100 150 200 250 30010008006004002000阻塞阻抗：電阻分量頻率[kHz]額定值L1避雷器LCR調(diào)諧元件L1 =阻波器的強流線圈C,L,R =頻率調(diào)諧元件等效電路模塊化結(jié)合濾波器樣例：MCD80線路衰耗線路部分衰耗的近似計算公式

(dB)

式中： 1.K是與線路電壓等級有關(guān)的衰減系數(shù)，其經(jīng)驗值是：35KV 約0.012110KV 約0.0087220KV 約0.0065 由于是早期的經(jīng)驗值，所以缺少更高電壓等級的數(shù)值。公式未考慮線 路導(dǎo)線情況和大地導(dǎo)電率、線路換位等影響。 2.l是線路長度，單位是公里。 3.f是工作頻率，單位是KHz。線路衰耗高頻通道總衰耗的近似計算公式

A總=A+7.0N1+3.5N2+0.9N3+Ac+At (dB)

式中：N1 高頻橋路數(shù)量N2 中間載波機和無阻波器分支線數(shù)量N3 兩端并聯(lián)載波機數(shù)量Ac 高頻電纜的衰減At 終端衰耗，取5.7dB高頻通道頻率衰耗特性的測量方法對于同一條高頻通道來說，兩個方向的頻率衰耗特性是一樣的。所以只需要測量一個方向的特性就可以了。為提高測試信號的信噪比，應(yīng)使發(fā)信電平盡可能高（取決于電平振蕩器的輸出功率）。發(fā)信側(cè)振蕩器用0Ω（或最小阻抗）不平衡輸出，信號在75Ω電阻上有6dB衰耗。所以，為便于計算，振蕩器電平可以選擇+6、+16、+26dBu……收信側(cè)選頻表在75Ω電阻上用高阻跨測。振蕩器和選頻表應(yīng)同時顯示dBu。 1214161820222426283032343638A+1B-1C

C+1A-1B130km130km一條兩次換位的線路：附加衰耗與故障距離的關(guān)系線路排列：水平對稱長度：390km頻率：200kHz地電阻：1000

歐姆耦合相：A-B/A-BBAC18dB無故障狀態(tài)附加衰耗dB高頻衰耗與故障距離的關(guān)系130kmBBAAACCC覆冰條件下高頻通道的衰耗00.1250.250.3750.5100200300400500覆冰對一條275

kV線路的影響：頻率與線路衰耗的關(guān)系覆冰厚度=12.5mm冰溫-5°CdB/km(mode1)kHz無冰線路覆冰對PLC通道的影響通道的附加衰耗取決于：導(dǎo)線的幾何結(jié)構(gòu)（導(dǎo)線直徑、導(dǎo)線分裂類型等）載波頻率覆冰溫度覆冰厚度覆冰段的長度F=150kHz最小最大覆冰段的長度10km150km覆冰溫度0°C-15°C覆冰厚度5mm15mm附加衰耗1dB31dB載波機收信回路的動態(tài)范圍必需達到31dB電力系統(tǒng)的噪聲干擾電暈噪聲與電壓等級、線路長度、導(dǎo)線情況(粗細、光潔度、臟污、分裂數(shù))、天氣情況、海拔高度等因素有關(guān)。刀閘和斷路器動作產(chǎn)生的噪聲刀閘動作時間較長，所以其影響遠大于斷路器動作的影響。絕緣子瓷瓶放電、絕緣子間隙放電等產(chǎn)生的噪聲絕緣子的間隙放電通常是對電力線載波通信影響最大的一種噪聲，其特點是強度大、持續(xù)時間長，一般出現(xiàn)在新線路上，一旦產(chǎn)生，不會自動消失。雷電等自然因素產(chǎn)生的噪聲……受干擾的信號可能會引起保護裝置誤動或拒動。高頻噪聲和短暫干擾連續(xù)

可以預(yù)先規(guī)劃電暈 低 連續(xù)

短暫/脈沖型

很難預(yù)見閃電 高 10...500ms線路故障

開始： 高 2...5ms

燃?。?中 100ms斷路器 高 5...20ms隔離刀閘 高 500...5000ms噪聲類型 強度 持續(xù)時間天氣狀態(tài)在良好天氣和惡劣天氣情況下，不同的電暈水平：3dBm3dBm6dBm6dBm20dBm注：惡劣天氣下的電暈噪聲水平的出現(xiàn)時間不會超過總時間的1%。良好天氣下的電暈噪聲水平的出現(xiàn)時間可能會超過總時間的25%。如果導(dǎo)線的污染很嚴重，良好天氣下的電暈噪聲水平最多可能會高10

dB。良好天氣情況下的電暈噪聲水平惡劣天氣情況下的電暈噪聲水平ETL500/ETL600載波機測量到的噪聲干擾波收信頻帶內(nèi)只有導(dǎo)頻信號。收信頻帶內(nèi)除了導(dǎo)頻信號，還有遠動信號。收信頻帶內(nèi)有嚴重的噪聲干擾。電暈噪聲的參考值4KHz帶寬內(nèi)電暈噪聲的平均水平電壓等級一般天氣惡劣天氣66-110KV-45dBm-30dBm132-150KV-40dBm-25dBm220-230KV-35dBm-20dBm270-300KV-30dBm-15dBm380-400KV-25dBm-10dBm500-525KV-20…-25dBm-5…-10dBm765-800KV-15…-20dBm0…-5dBm信噪比信噪比(SNR或S/N)

SNR＝有用信號電平－噪聲電平(dB)ITU-T對SNR的要求話音：不小于25dB遠動：不小于15dB遠方保護：根據(jù)可依賴性指標確定，一般不小于6dB通道噪聲電平的大小與帶寬的關(guān)系

在一個確定的通信系統(tǒng)中，接收某信號的濾波器的頻帶越寬，其接收的噪音電平也越高。頻帶寬度與噪音電平之間的關(guān)系是：

LN△f2=LN△f1－10lg(△f1/△f2)

式中：LN△f1、LN△f2

分別是帶寬為△f1和△f2頻帶內(nèi)的噪音電平傳輸速率與信噪比SNR的對比資料來源:CigréTFD2.08,2005)數(shù)據(jù)速率(kbps)帶寬(kHz)“正常工作/無法工作”的風(fēng)險依賴于天氣情況的電暈噪聲電平：3dB3dB6dB6dB20dB正常天氣下的電暈噪聲電平(例如SNR=45dB)惡劣天氣下的電暈噪聲電平(例如SNR=25dB)SNRBER1E-61E-3無法工作正常工作電力線載波通道的規(guī)劃一般原則：應(yīng)基本了解線路的特性采用最佳耦合方式估算線路衰耗和噪聲電平如需要，應(yīng)進行線路分析對數(shù)字載波來說，在惡劣的天氣情況下：應(yīng)考慮使信噪比>30dB對模擬載波來說，在惡劣的天氣情況下：應(yīng)使話音、數(shù)據(jù)的信噪比>20dB應(yīng)使遠方保護在發(fā)生單相故障時的信噪比>10dB高頻通道的回波衰耗IEC標準對線路（高頻通道）回波衰耗的要求是不小于12dB回波衰耗的表達公式：Ar=20lg│(Z1+Z2)/(Z1-Z2)│（dB）Z1：載波機輸出阻抗Z2：線路輸入阻抗回波衰耗表達出設(shè)備與負載（高頻通道）的匹配程度。如果知道Z1與Z2，可以通過計算得到回波衰耗的值。如果知道回波衰耗的值和Z1的值，算出的Z2有正負兩個值。高頻通道阻抗與回波衰耗的關(guān)系相對于75歐姆輸出阻抗的載波機，通道高頻阻抗與回波衰耗的關(guān)系。通道阻抗回波衰耗通道阻抗回波衰耗通道阻抗回波衰耗通道阻抗回波衰耗通道阻抗回波衰耗(Ω)(dB)(Ω)(dB)(Ω)(dB)(Ω)(dB)(Ω)(dB)00.0006522.92313011.4281957.0442605.15751.1607029.24813510.8812006.8482655.055102.33075無窮大14010.3912056.6642704.956153.5228029.8271459.9462106.4902754.861204.7478524.0821509.5422156.3252804.769256.0219020.8281559.1732206.1692854.682307.3609518.5881608.8332256.0212904.597358.78710016.9021658.5192305.8792954.5164010.33310515.5631708.2292355.7453004.4374512.04111014.4621757.9592405.6173054.3615013.97911513.5341807.7072455.4943104.2885516.25812012.7361857.4722505.3773154.2176019.08512512.0411907.2512555.2653204.149高頻通道的回波衰耗回波衰耗太小的危害：載波機發(fā)送的功率有一部分被反射回來，不能全部送上高頻通道，造成功率浪費。回損太小會使載波機的高頻差接網(wǎng)絡(luò)失衡。反射回來的信號會造成載波機功率放大器產(chǎn)生諧波和亂真發(fā)射，干擾其他運行設(shè)備和本機的收信回路。反射回來的信號還會造成載波機功放的信號失真和過載。對命令信號的傳輸造成損害，例如造成信號抖動現(xiàn)象。有可能會造成載波機功放的自激，甚至于損壞功放。高頻通道回波衰耗特性的測量方法如果線路較短，例如短于100公里，測量時，對側(cè)應(yīng)終接75Ω電阻。應(yīng)保證測試側(cè)的發(fā)信頻帶內(nèi)的回波衰耗不小于12dB。如不能滿足，應(yīng)采用其他措施來應(yīng)對?；夭ㄋズ牡臏y量——測量電橋回波衰耗不到12dB時的解決辦法1、改善高頻通道的匹配程度：消除通道設(shè)備存在的缺陷，例如阻波器、結(jié)合濾波器的損壞。當載波頻率較高時，要防止高頻電纜在特定頻率處呈現(xiàn)出低阻抗或高阻抗。根據(jù)耦合電容器（或CVT）的實際容量來調(diào)整結(jié)合濾波器內(nèi)的匹配跳線。調(diào)整結(jié)合濾波器內(nèi)的線路阻抗跳線。例如MCD80可以選擇240歐姆或320歐姆跳線?；夭ㄋズ牟坏?2dB時的解決辦法2、通過增加適配器來改善高頻通道的回波衰耗：在通道條件很差，即回波衰耗很小，又無法改變的條件下，可以采用在載波機高頻輸出端串聯(lián)適配器的辦法來改善通道特性。增加適配器后，可以改善通道回波衰耗的值是適配器值的2倍。阻抗適配器回波衰耗不到12dB時的解決辦法3、在無法改善通道失配的情況下，可以適當降低載波機的發(fā)信功率：計算降低輸出功率的量：Ared=（12–Armin）/4Ared:降低輸出功率的量Armin:頻帶范圍內(nèi)通道最小的回波衰耗值例如：Armin=4dB，則應(yīng)降低2dB的輸出功率降低功放的輸出功率，就可以明顯地降低亂真信號的輸出,并降低因信號反射對發(fā)信機的不良影響。改善的程度不只是線性而是指數(shù)式的比例關(guān)系。例如，降低1dB的發(fā)信功率，就可以降低2至4dB的亂真信號電平。增加適配器后高頻通道阻抗的改善通道阻抗(Ω)增加適配器后的通道阻抗(Ω)

1dB適配器2dB適配器3dB適配器4dB適配器5dB適配器08.59616.97024.92132.28738.9622532.36039.02744.94350.09854.5205054.43658.19261.33463.93766.0777575.00075.00075.00075.00075.00010094.19989.86086.56884.04582.096125112.168103.09296.48791.57987.876150129.019114.950105.08597.95192.674175144.854125.637112.611103.41096.721200159.763135.319119.253108.140100.180225173.823144.131125.158112.278103.171250187.107152.185130.443115.928105.783275199.675159.575135.200119.172108.083300211.585166.380139.504122.074110.125增加適配器后高頻通道回波衰耗的改善通道阻抗(Ω)增加A1AD適配器后的通道回波衰耗(dB)

未加適配器1dB適配器2dB適配器3dB適配器4dB適配器5dB適配器00.0002.0004.0006.0008.00010.000256.0218.02010.02012.02114.02016.0205013.97915.97917.97919.97921.97923.97975無窮大1