PLC高頻通道的一些分析

1、電力線載波高頻通道電力線載波高頻通道高頻特性的一些分析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電力線載波高頻通道的一些主要特性n高頻通道的組成高頻通道的組成n高頻通道的頻率衰耗特性高頻通道的頻率衰耗特性n高頻通道上的噪聲與信噪比高頻通道上的噪聲與信噪比n高頻通道的回波衰耗特性高頻通道的回波衰耗特性n高頻通道的阻抗匹配高頻通道的阻抗匹配電力線載波通道的設(shè)備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(hù)信號電力線載波機(jī)電力線載波機(jī)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變電站的出線電力線載波的耦合設(shè)備電

2、力線載波的耦合設(shè)備線路刀閘線路刀閘母線母線CC- 耦合電容器耦合電容器Coupling Capacitor 專用于電力線載波通信。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。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：推薦使用的電容量值：35KV：3500 pF、5000 pF110KV：10000 pF220KV：5000 pF、10000 pF330KV：5000 pF、7500 pF500KV：5000 pF、7500 pFCVT- 電容式壓變電容式壓變Capacitive Voltage Transformer電容式電壓互感器：簡稱電容式壓變電容式電壓互感器：簡稱

3、電容式壓變 用于繼電保護(hù)的二次測量回路：從中間抽頭引出用于繼電保護(hù)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(hù)裝置和通信設(shè)備用分線盒將兩種不同的信號分別接出到繼電保護(hù)裝置和通信設(shè)備 一般用在高壓和超高壓線路上一般用在高壓和超高壓線路上線路阻波器線路阻波器線路阻波器的阻抗線路阻波器的阻抗05010015020025030010008006004002000阻塞阻抗：電阻分量阻塞阻抗：電阻分量頻率頻率 kHz額定值額定值L1避雷器LCR調(diào)諧元件L1= 阻波器的強流線圈C, L

4、, R= 頻率調(diào)諧元件等效電路等效電路模塊化結(jié)合濾波器模塊化結(jié)合濾波器樣例： MCD80線路衰耗線路衰耗線路部分衰耗的近似計算公式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：35 KV約0.012110 KV約0.0087220 KV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。fKlA 線路衰耗線路衰耗高頻通道總衰耗的近似計算公式高頻通道總衰耗的近似計算公式A總總 = A + 7.0N1 + 3.5N2 + 0.

5、9N3 + Ac + At (dB)式中：N1高頻橋路數(shù)量N2中間載波機(jī)和無阻波器分支線數(shù)量N3兩端并聯(lián)載波機(jī)數(shù)量Ac高頻電纜的衰減At終端衰耗，取5.7 dB高頻通道頻率衰耗特性的測量方法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0（或最小阻抗）不平衡輸出，信號在75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75電阻上用高阻跨測。振蕩器和選頻表應(yīng)同時顯示dBu。1214

6、161820222426283032343638A +1B -1C C+1 A -1 B130 km130 km一條兩次換位的線路：附加衰耗與故障距離的關(guān)系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：390 km頻率：200 kHz地電阻：1000 歐姆耦合相：A-B/A-BBAC18 dB無故障狀態(tài)無故障狀態(tài)附加衰耗附加衰耗dB高頻衰耗與故障距離的關(guān)系高頻衰耗與故障距離的關(guān)系130 kmBBAAACCC覆冰條件下高頻通道的衰耗覆冰條件下高頻通道的衰耗00.1250.250.3750.5100200300400500覆冰對一條覆冰對一條275 kV線路的影響：頻率與線路

7、衰耗的關(guān)系線路的影響：頻率與線路衰耗的關(guān)系覆冰厚度覆冰厚度 = 12.5 mm冰溫冰溫 -5CdB/km (mode 1)kHz無冰無冰線路覆冰對線路覆冰對PLC通道的影響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 = 150 kHz最小最大覆冰段的長度10 km150 km覆冰溫度0C-15C覆冰厚度5 mm15 mm附加衰耗1 dB31 dB載波機(jī)收信回路的動態(tài)載波機(jī)收信回路的動態(tài)范圍必需達(dá)到范圍必需達(dá)到 31 dB電力系統(tǒng)的噪聲干擾電力系統(tǒng)的噪聲干擾電暈噪聲電暈噪聲與電壓等級、線路長度、導(dǎo)線情況 (粗細(xì)、光潔度、臟污、

8、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(yuǎn)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(hù)裝置誤動或拒動。高頻噪聲和短暫干擾高頻噪聲和短暫干擾連續(xù)連續(xù) 可以預(yù)先規(guī)劃可以預(yù)先規(guī)劃電暈低連續(xù)短暫短暫 / / 脈沖型脈沖型很難預(yù)見很難預(yù)見閃電高10 . 500 m

9、s線路故障開始： 高2 . 5 ms燃?。?中100 ms斷路器高5 . 20 ms隔離刀閘高500 . 5000 ms噪聲類型強度持續(xù)時間天氣狀態(tài)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：在良好天氣和惡劣天氣情況下，不同的電暈水平：3 dBm3 dBm6 dBm6 dBm20 dBm注：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(yán)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惡劣天氣情況下的電暈

10、噪聲水平ETL500/ETL600載波機(jī)測量到的噪聲干擾載波機(jī)測量到的噪聲干擾波波收信頻帶內(nèi)只有導(dǎo)頻信號。收信頻帶內(nèi)除了導(dǎo)頻信號，還有遠(yuǎn)動信號。收信頻帶內(nèi)有嚴(yán)重的噪聲干擾。電暈噪聲的參考值電暈噪聲的參考值4KHz帶寬內(nèi)電暈噪聲的平均水平帶寬內(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

11、噪比信噪比信噪比 (SNR或或S/N)SNR 有用信號電平有用信號電平 噪聲電平噪聲電平 (dB)ITU-T對對SNR的要求的要求話音：不小于25dB遠(yuǎn)動：不小于15dB遠(yuǎn)方保護(hù)：根據(jù)可依賴性指標(biāo)確定，一般不小于6dB通道噪聲電平的大小與帶寬的關(guān)系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：L Nf2 = L Nf1 10 lg ( f 1 / f 2 )式中： L Nf1、L Nf2 分別是帶寬為 f 1 和 f 2 頻帶內(nèi)的噪音電平傳輸速率與信噪比傳輸速率與信噪比 SNR 的對比的對比資料來源:

12、 Cigr TF D2.08, 2005 )數(shù)據(jù)速率(kbps)帶寬(kHz)“正常工作正常工作 / 無法工作無法工作” 的風(fēng)險的風(fēng)險依賴于天氣情況的電暈噪聲電平：3 dB3 dB6 dB6 dB20 dB正常天氣下的電暈噪聲電平正常天氣下的電暈噪聲電平(例如 SNR = 45 dB)惡劣天氣下的電暈噪聲電平惡劣天氣下的電暈噪聲電平(例如 SNR = 25 dB)SNRBER1E-61E-3無法工作 正常工作 電力線載波通道的規(guī)劃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(jìn)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 30

13、 dB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 20 dB應(yīng)使遠(yuǎn)方保護(hù)在發(fā)生單相故障時的信噪比 10 dB 高頻通道的回波衰耗高頻通道的回波衰耗nIEC標(biāo)準(zhǔn)對線路（高頻通道）回波衰耗的要求是不小于標(biāo)準(zhǔn)對線路（高頻通道）回波衰耗的要求是不小于12dBn回波衰耗的表達(dá)公式：回波衰耗的表達(dá)公式：nAr = 20 lg(Z1+Z2)/(Z1-Z2) （dB）nZ1：載波機(jī)輸出阻抗：載波機(jī)輸出阻抗nZ2：線路輸入阻抗：線路輸入阻抗 n回波衰耗表達(dá)出設(shè)備與負(fù)載（高頻通道）的匹配程度。回波衰耗表達(dá)出設(shè)備與負(fù)載（高頻通道）的匹配程度。n如果知道如果知道Z1與與Z2，可以通過計算得到回波衰耗的

14、值。如，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果知道回波衰耗的值和Z1的值，算出的的值，算出的Z2有正負(fù)兩個值有正負(fù)兩個值。高頻通道阻抗與回波衰耗的關(guān)系高頻通道阻抗與回波衰耗的關(guān)系相對于相對于7575歐姆輸出阻抗的載波機(jī)，通道高頻阻抗與回波衰耗的關(guān)系。歐姆輸出阻抗的載波機(jī)，通道高頻阻抗與回波衰耗的關(guān)系。通道阻抗通道阻抗回波衰耗回波衰耗通道阻抗通道阻抗回波衰耗回波衰耗通道阻抗通道阻抗回波衰耗回波衰耗通道阻抗通道阻抗回波衰耗回波衰耗通道阻抗通道阻抗回波衰耗回波衰耗()(dB)()(dB)()(dB)()(dB)()(dB)00.000 6522.923 13011.428 1957.

15、044 2605.157 51.160 7029.248 13510.881 2006.848 2655.055 102.330 75無窮大無窮大14010.391 2056.664 2704.956 153.522 8029.827 1459.946 2106.490 2754.861 204.747 8524.082 1509.542 2156.325 2804.769 256.021 9020.828 1559.173 2206.169 2854.682 307.360 9518.588 1608.833 2256.021 2904.597 358.787 10016.902 1658.

16、519 2305.879 2954.516 4010.333 10515.563 1708.229 2355.745 3004.437 4512.041 11014.462 1757.959 2405.617 3054.361 5013.979 11513.534 1807.707 2455.494 3104.288 5516.258 12012.736 1857.472 2505.377 3154.217 6019.085 12512.041 1907.251 2555.265 3204.149 高頻通道的回波衰耗高頻通道的回波衰耗回波衰耗太小的危害：回波衰耗太小的危害：n載波機(jī)發(fā)送的功率有

17、一部分被反射回來，不能全部送上高載波機(jī)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。頻通道，造成功率浪費。n回?fù)p太小會使載波機(jī)的高頻差接網(wǎng)絡(luò)失衡?；?fù)p太小會使載波機(jī)的高頻差接網(wǎng)絡(luò)失衡。n反射回來的信號會造成載波機(jī)功率放大器產(chǎn)生諧波和亂真反射回來的信號會造成載波機(jī)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(jī)的收信回路。發(fā)射，干擾其他運行設(shè)備和本機(jī)的收信回路。n反射回來的信號還會造成載波機(jī)功放的信號失真和過載。反射回來的信號還會造成載波機(jī)功放的信號失真和過載。n對命令信號的傳輸造成損害，例如造成信號抖動現(xiàn)象。對命令信號的傳輸造成損害，例如造成信號抖動現(xiàn)象。n有可能會造成

18、載波機(jī)功放的自激，甚至于損壞功放。有可能會造成載波機(jī)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75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。電力線路ABC阻波器A 站阻波器B 站ABCJLJL結(jié)合濾波器耦合電容JLJL結(jié)合濾波器耦合電容回回?fù)p損測測試試電電橋橋75O平衡變量器平衡變量器回波衰耗的測量測量電橋選頻表P0P1回波衰耗不到回波衰耗不到12dB時的解決辦法時的解決辦法1、改善高頻通道的匹配程度：、改善高頻通道的匹配程度：n消除通道設(shè)備存在的缺

19、陷，例如阻波器、結(jié)合濾波器的消除通道設(shè)備存在的缺陷，例如阻波器、結(jié)合濾波器的損壞。損壞。n當(dāng)載波頻率較高時，要防止高頻電纜在特定頻率處呈現(xiàn)當(dāng)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。出低阻抗或高阻抗。n根據(jù)耦合電容器（或根據(jù)耦合電容器（或CVT）的實際容量來調(diào)整結(jié)合濾波）的實際容量來調(diào)整結(jié)合濾波器內(nèi)的匹配跳線。器內(nèi)的匹配跳線。n調(diào)整結(jié)合濾波器內(nèi)的線路阻抗跳線。調(diào)整結(jié)合濾波器內(nèi)的線路阻抗跳線。n例如例如MCD80可以選擇可以選擇240歐姆或歐姆或320歐姆跳線。歐姆跳線?；夭ㄋズ牟坏交夭ㄋズ牟坏?2dB時的解決辦法時的解決辦法2、通過增加適配器來改善高頻通道的回波衰、通過增

20、加適配器來改善高頻通道的回波衰耗：耗：n在通道條件很差，即回波衰耗很小，又無法改變的條件下在通道條件很差，即回波衰耗很小，又無法改變的條件下，可以采用在載波機(jī)高頻輸出端串聯(lián)適配器的辦法來改善，可以采用在載波機(jī)高頻輸出端串聯(lián)適配器的辦法來改善通道特性。通道特性。n增加適配器后，可以改善通道回波衰耗的值是適配器值的增加適配器后，可以改善通道回波衰耗的值是適配器值的2倍。倍。阻抗適配器阻抗適配器回波衰耗不到回波衰耗不到12dB時的解決辦法時的解決辦法3、在無法改善通道失配的情況下，可以適當(dāng)、在無法改善通道失配的情況下，可以適當(dāng)降低載波機(jī)的發(fā)信功率：降低載波機(jī)的發(fā)信功率：n計算降低輸出功率的量：計算降

21、低輸出功率的量：nAred: 降低輸出功率的量降低輸出功率的量nAr min: 頻帶范圍內(nèi)通道最小的回波衰耗值頻帶范圍內(nèi)通道最小的回波衰耗值n例如：例如： Ar min = 4dB，則應(yīng)降低，則應(yīng)降低2dB的輸出功率的輸出功率n降低功放的輸出功率，就可以明顯地降低亂真信號的輸降低功放的輸出功率，就可以明顯地降低亂真信號的輸出出, ,并降低因信號反射對發(fā)信機(jī)的不良影響。并降低因信號反射對發(fā)信機(jī)的不良影響。n改善的程度不只是線性而是指數(shù)式的比例關(guān)系。例如，改善的程度不只是線性而是指數(shù)式的比例關(guān)系。例如，降低降低1dB的發(fā)信功率，就可以降低的發(fā)信功率，就可以降低2至至4dB的亂真信號電的亂真信號電平

22、。平。增加適配器后高頻通道阻抗的改善增加適配器后高頻通道阻抗的改善通道阻抗通道阻抗 ()增加適配器后的通道阻抗增加適配器后的通道阻抗 ()1dB適配器適配器2dB適配器適配器3dB適配器適配器4dB適配器適配器5dB適配器適配器08.596 16.970 24.921 32.287 38.962 2532.360 39.027 44.943 50.098 54.520 5054.436 58.192 61.334 63.937 66.077 7575.00075.000 75.000 75.000 75.000 10094.199 89.860 86.568 84.045 82.096 125

23、112.168 103.092 96.487 91.579 87.876 150129.019 114.950 105.085 97.951 92.674 175144.854 125.637 112.611 103.410 96.721 200159.763 135.319 119.253 108.140 100.180 225173.823 144.131 125.158 112.278 103.171 250187.107 152.185 130.443 115.928 105.783 275199.675 159.575 135.200 119.172 108.083 300211.5

24、85 166.380 139.504 122.074 110.125 增加適配器后高頻通道回波衰耗的改善增加適配器后高頻通道回波衰耗的改善通道阻抗通道阻抗 ()增加增加A1AD適配器后的通道回波衰耗適配器后的通道回波衰耗 (dB)未加適配未加適配器器1dB適配器適配器2dB適配器適配器3dB適配器適配器4dB適配器適配器5dB適配器適配器00.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 256.021 8.020 10.020 12.021 14.020 16.020 5013.979 15.979 17.979 19.979 21.979 23.979 75無窮大無窮大106.670 113.478 120.409 112.360 11