电力线载波通道的原理与应用

载波通道是利用电力线路、结合加工设备、收发信机构成的一种有线通信通道，以载波通道构成的线路纵联保护也称为高频保护。载波信号 (又称高频信号)频率为50～400kHz，“相地制”电力线载波高频通道结构，如图4-6所示。

载波信号经调制后输入输电线路，线路除了传输50Hz的工频电流同时还传输高频电流。传输高频信号可以用电力线路之一相与大地作为回路，称为 “相地制”；也可用两相电力线路作为回路，称为 “相相制”。相地制高频衰耗大，但简单、经济，目前国内多数高频保护采用 “相地制”载波通道。

1.载波通道组成

如图4-6所示，说明 “相地制”载波通道组成，图中只画出了一侧的设备，另一侧设备完全相同。阻波器、耦合电容器、结合滤波器、电缆、保护间隙、接地开关设备也统称加工结合设备，通道以A 相导线构成时，也称加工A 相。

图4-6　“相地制”电力载波通道示意图

(1)阻波器。阻波器为一个LC并联电路，载波频率下并联谐振，呈现高阻抗，阻止高频电流流出母线以减小衰耗和防止与相邻线路的纵联保护形成相互干扰。对于50Hz工频阻波器则呈现低阻抗(0.04Ω 左右)，不影响工频电流的传输。

(2)耦合电容器。耦合电容器为高压小容量电容，与结合滤波器串联谐振于载波频率，允许高频电流流过，而对工频电流呈现高阻抗，阻止其流过。由于电容容量小，呈现容抗大，工频电压大部分降在耦合电容上，耦合电容后的设备承受的工频电压较低。

(3)结合滤波器。结合滤波器作用是电气隔离与阻抗匹配。结合滤波器将高压部分与低压的二次设备隔离，同时与两侧的通道阻抗匹配以减小反射衰耗。结合滤波器线路一侧等效阻抗应与输电线路的波阻抗匹配，220kV 线路波阻抗一般为400Ω、330kV 及500kV线路波阻抗为300Ω；电缆一侧等效阻抗则与电缆波阻抗匹配，早期电缆波阻抗为100Ω，目前电缆波阻抗为75Ω。

(4)电缆。高频电缆一般为同轴电缆，电缆芯外有屏蔽层，为减小干扰，屏蔽层应采取可靠接地。

(5)保护间隙。当高压侵入时，保护间隙击穿并限制了结合滤波器上的电压，起到过压保护的作用。

(6)接地开关。检修时合上接地刀闸，保证人身安全，检修完毕通道投入运行前必须打开接地开关。

2.收发信机

(1)收发信机原理。发信机由信号源、前置放大、功放、线路滤波、衰耗器等组成。如图4-7所示为发信机原理框图。信号源产生标准频率的载波信号，多采用石英晶体振荡电路产生基准信号分频后经锁相环(PLL)频率合成输出的方式，锁相环的分频倍率可以根据需要调整。信号源输出的方波信号经滤波送入前置放大电路进行电压放大，前置放大输出送入功率放大。线路滤波抑制发信谐波电平。衰耗器可以根据线路长度等实际情况进行调整，长线路上应保证有足够的发信功率，短线路时适当投入衰耗防止发信功率过大而干扰其他高频保护、远动等载波通信设备。(www.xing528.com)

图4-7　发信机原理框图

收信机由混频电路、中频滤波、放大检波、触发电路等组成，采用超外差方式，如图4-8所示。载波信号在混频电路中与本振频率信号混合，本振频率f1=f0+fM，f0为收信机标频，fM为固定的移频。混频电路经带通滤波(中心频率为fM)后输出。放大检波电路将解调后的信号送往高频保护。

图4-8　收信机原理框图

(2)短时发信与长期发信方式。短时发信方式下收发信机在电力系统正常情况下不发信，在系统有扰动时继电保护起动，发信机投入工作。短时发信方式由于功放为短时工作，相对降低对功放的要求，有利于延长发信机寿命、减少对其他载波设备的干扰，但必须定期手动发信以检查通道及收发信机是否完好。

长期发信方式即发信机始终投入工作，对功放、电源等电路要求较高，优点是通道监视方便、能迅速发现通道缺陷。为了减小长期发信造成的干扰，系统正常时发信机以较小的功率发信，系统扰动继电保护起动后发信机自动加大发信功率以克服高频信号穿越故障线路带来的衰耗。

(3)单频制与双频制。单频制是指两侧发信机和收信机均使用同一个频率，收信机收到的信号为两侧发信机信号的叠加，如图4-9 (a)所示。

双频制则是一侧的发信机与收信机使用不同的频率，收信机只能收到对侧发信机的信号而收不到本侧发信机的信号，如图4-9 (b)所示。单频制用于 “闭锁式”保护，而“允许式”保护需要采用双频制通道。

图4-9　单频制与双频制图

(a)单频制；(b)双频制

(4)调制方式。收发信机调制方式有调幅与移频键控 (FSK)两种方式。调幅方式以高频电流的 “有”、“无”传送信息；FSK 方式则以不同的频率传送信息，即正常运行式发出功率较小的监频fG信号监视通道，系统故障时改发功率较大的跳频fT信号。

(5)专用方式与复用方式。高频保护单独使用一台收发信机为专用方式，国产设备多为专用方式。高频保护也可以采用音频接口接至通信载波机，与远动通信复用收发信机，称复用方式，进口设备采用复用方式较多。