PLC高频通道的一些分析

1、电力线载波高频通道电力线载波高频通道高频特性的一些分析高频特性的一些分析September 2009电力线载波高频通道的一些主要特性电力线载波高频通道的一些主要特性n高频通道的组成高频通道的组成n高频通道的频率衰耗特性高频通道的频率衰耗特性n高频通道上的噪声与信噪比高频通道上的噪声与信噪比n高频通道的回波衰耗特性高频通道的回波衰耗特性n高频通道的阻抗匹配高频通道的阻抗匹配电力线载波通道的设备电力线载波通道的设备变电站 A高压线电能的传输变电站 B传输数据、电话和保护信号电力线载波机电力线载波机阻波器阻波器CC/CVTCC/CVT结合滤波器结合滤波器变电站的出线变电站的出线电力线载波的耦合设备电

2、力线载波的耦合设备线路刀闸线路刀闸母线母线CC- 耦合电容器耦合电容器Coupling Capacitor 专用于电力线载波通信。专用于电力线载波通信。 与结合滤波器组成一个高通滤波器。与结合滤波器组成一个高通滤波器。 推荐使用的电容量值：推荐使用的电容量值：35KV：3500 pF、5000 pF110KV：10000 pF220KV：5000 pF、10000 pF330KV：5000 pF、7500 pF500KV：5000 pF、7500 pFCVT- 电容式压变电容式压变Capacitive Voltage Transformer电容式电压互感器：简称电容式压变电容式电压互感器：简称

3、电容式压变 用于继电保护的二次测量回路：从中间抽头引出用于继电保护的二次测量回路：从中间抽头引出 用于电力线载波通信的信号耦合回路：从下桩头引出用于电力线载波通信的信号耦合回路：从下桩头引出 用分线盒将两种不同的信号分别接出到继电保护装置和通信设备用分线盒将两种不同的信号分别接出到继电保护装置和通信设备 一般用在高压和超高压线路上一般用在高压和超高压线路上线路阻波器线路阻波器线路阻波器的阻抗线路阻波器的阻抗05010015020025030010008006004002000阻塞阻抗：电阻分量阻塞阻抗：电阻分量频率频率 kHz额定值额定值L1避雷器LCR调谐元件L1= 阻波器的强流线圈C, L

4、, R= 频率调谐元件等效电路等效电路模块化结合滤波器模块化结合滤波器样例： MCD80线路衰耗线路衰耗线路部分衰耗的近似计算公式线路部分衰耗的近似计算公式(dB)式中：1. K是与线路电压等级有关的衰减系数，其经验值是：35 KV约0.012110 KV约0.0087220 KV约0.0065由于是早期的经验值，所以缺少更高电压等级的数值。公式未考虑线路导线情况和大地导电率、线路换位等影响。2. l是线路长度，单位是公里。3. f是工作频率，单位是KHz。fKlA 线路衰耗线路衰耗高频通道总衰耗的近似计算公式高频通道总衰耗的近似计算公式A总总 = A + 7.0N1 + 3.5N2 + 0.

5、9N3 + Ac + At (dB)式中：N1高频桥路数量N2中间载波机和无阻波器分支线数量N3两端并联载波机数量Ac高频电缆的衰减At终端衰耗，取5.7 dB高频通道频率衰耗特性的测量方法高频通道频率衰耗特性的测量方法对于同一条高频通道来说，两个方向的频率衰耗特性是一样的。所以只需要测量一个方向的特性就可以了。为提高测试信号的信噪比，应使发信电平尽可能高（取决于电平振荡器的输出功率）。发信侧振荡器用0（或最小阻抗）不平衡输出，信号在75电阻上有6dB衰耗。所以，为便于计算，振荡器电平可以选择+6、+16、+26dBu收信侧选频表在75电阻上用高阻跨测。振荡器和选频表应同时显示dBu。1214

6、161820222426283032343638A +1B -1C C+1 A -1 B130 km130 km一条两次换位的线路：附加衰耗与故障距离的关系一条两次换位的线路：附加衰耗与故障距离的关系线路排列：水平对称长度：390 km频率：200 kHz地电阻：1000 欧姆耦合相：A-B/A-BBAC18 dB无故障状态无故障状态附加衰耗附加衰耗dB高频衰耗与故障距离的关系高频衰耗与故障距离的关系130 kmBBAAACCC覆冰条件下高频通道的衰耗覆冰条件下高频通道的衰耗00.1250.250.3750.5100200300400500覆冰对一条覆冰对一条275 kV线路的影响：频率与线路

7、衰耗的关系线路的影响：频率与线路衰耗的关系覆冰厚度覆冰厚度 = 12.5 mm冰温冰温 -5CdB/km (mode 1)kHz无冰无冰线路覆冰对线路覆冰对PLC通道的影响通道的影响通道的附加衰耗取决于：导线的几何结构（导线直径、导线分裂类型等）载波频率覆冰温度覆冰厚度覆冰段的长度F = 150 kHz最小最大覆冰段的长度10 km150 km覆冰温度0C-15C覆冰厚度5 mm15 mm附加衰耗1 dB31 dB载波机收信回路的动态载波机收信回路的动态范围必需达到范围必需达到 31 dB电力系统的噪声干扰电力系统的噪声干扰电晕噪声电晕噪声与电压等级、线路长度、导线情况 (粗细、光洁度、脏污、

8、分裂数)、天气情况、海拔高度等因素有关。刀闸和断路器动作产生的噪声刀闸和断路器动作产生的噪声刀闸动作时间较长，所以其影响远大于断路器动作的影响。绝缘子瓷瓶放电、绝缘子间隙放电等产生的噪声绝缘子瓷瓶放电、绝缘子间隙放电等产生的噪声绝缘子的间隙放电通常是对电力线载波通信影响最大的一种噪声，其特点是强度大、持续时间长，一般出现在新线路上，一旦产生，不会自动消失。雷电等自然因素产生的噪声雷电等自然因素产生的噪声受干扰的信号可能会引起保护装置误动或拒动。高频噪声和短暂干扰高频噪声和短暂干扰连续连续 可以预先规划可以预先规划电晕低连续短暂短暂 / / 脉冲型脉冲型很难预见很难预见闪电高10 . 500 m

9、s线路故障开始： 高2 . 5 ms燃弧： 中100 ms断路器高5 . 20 ms隔离刀闸高500 . 5000 ms噪声类型强度持续时间天气状态天气状态在良好天气和恶劣天气情况下，不同的电晕水平：在良好天气和恶劣天气情况下，不同的电晕水平：3 dBm3 dBm6 dBm6 dBm20 dBm注：注： 恶劣天气下的电晕噪声水平的出现时间不会超过总时间的1%。 良好天气下的电晕噪声水平的出现时间可能会超过总时间的25%。 如果导线的污染很严重，良好天气下的电晕噪声水平最多可能会高10 dB。良好天气情况下的电晕噪声水平良好天气情况下的电晕噪声水平恶劣天气情况下的电晕噪声水平恶劣天气情况下的电晕

10、噪声水平ETL500/ETL600载波机测量到的噪声干扰载波机测量到的噪声干扰波波收信频带内只有导频信号。收信频带内除了导频信号，还有远动信号。收信频带内有严重的噪声干扰。电晕噪声的参考值电晕噪声的参考值4KHz带宽内电晕噪声的平均水平带宽内电晕噪声的平均水平电压等级一般天气恶劣天气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 有用信号电平有用信号电平 噪声电平噪声电平 (dB)ITU-T对对SNR的要求的要求话音：不小于25dB远动：不小于15dB远方保护：根据可依赖性指标确定，一般不小于6dB通道噪声电平的大小与带宽的关系通道噪声电平的大小与带宽的关系在一个确定的通信系统中，接收某信号的滤波器的频带越宽，其接收的噪音电平也越高。频带宽度与噪音电平之间的关系是：L Nf2 = L Nf1 10 lg ( f 1 / f 2 )式中： L Nf1、L Nf2 分别是带宽为 f 1 和 f 2 频带内的噪音电平传输速率与信噪比传输速率与信噪比 SNR 的对比的对比资料来源:

12、 Cigr TF D2.08, 2005 )数据速率(kbps)带宽(kHz)“正常工作正常工作 / 无法工作无法工作” 的风险的风险依赖于天气情况的电晕噪声电平：3 dB3 dB6 dB6 dB20 dB正常天气下的电晕噪声电平正常天气下的电晕噪声电平(例如 SNR = 45 dB)恶劣天气下的电晕噪声电平恶劣天气下的电晕噪声电平(例如 SNR = 25 dB)SNRBER1E-61E-3无法工作 正常工作 电力线载波通道的规划电力线载波通道的规划一般原则：应基本了解线路的特性采用最佳耦合方式估算线路衰耗和噪声电平如需要，应进行线路分析对数字载波来说，在恶劣的天气情况下：应考虑使信噪比 30

13、 dB对模拟载波来说，在恶劣的天气情况下：应使话音、数据的信噪比 20 dB应使远方保护在发生单相故障时的信噪比 10 dB 高频通道的回波衰耗高频通道的回波衰耗nIEC标准对线路（高频通道）回波衰耗的要求是不小于标准对线路（高频通道）回波衰耗的要求是不小于12dBn回波衰耗的表达公式：回波衰耗的表达公式：nAr = 20 lg(Z1+Z2)/(Z1-Z2) （dB）nZ1：载波机输出阻抗：载波机输出阻抗nZ2：线路输入阻抗：线路输入阻抗 n回波衰耗表达出设备与负载（高频通道）的匹配程度。回波衰耗表达出设备与负载（高频通道）的匹配程度。n如果知道如果知道Z1与与Z2，可以通过计算得到回波衰耗的

14、值。如，可以通过计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有正负两个值有正负两个值。高频通道阻抗与回波衰耗的关系高频通道阻抗与回波衰耗的关系相对于相对于7575欧姆输出阻抗的载波机，通道高频阻抗与回波衰耗的关系。欧姆输出阻抗的载波机，通道高频阻抗与回波衰耗的关系。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无穷大无穷大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 高频通道的回波衰耗高频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载波机发送的功率有

17、一部分被反射回来，不能全部送上高载波机发送的功率有一部分被反射回来，不能全部送上高频通道，造成功率浪费。频通道，造成功率浪费。n回损太小会使载波机的高频差接网络失衡。回损太小会使载波机的高频差接网络失衡。n反射回来的信号会造成载波机功率放大器产生谐波和乱真反射回来的信号会造成载波机功率放大器产生谐波和乱真发射，干扰其他运行设备和本机的收信回路。发射，干扰其他运行设备和本机的收信回路。n反射回来的信号还会造成载波机功放的信号失真和过载。反射回来的信号还会造成载波机功放的信号失真和过载。n对命令信号的传输造成损害，例如造成信号抖动现象。对命令信号的传输造成损害，例如造成信号抖动现象。n有可能会造成

18、载波机功放的自激，甚至于损坏功放。有可能会造成载波机功放的自激，甚至于损坏功放。高频通道回波衰耗特性的测量方法高频通道回波衰耗特性的测量方法如果线路较短，例如短于100公里，测量时，对侧应终接75电阻。应保证测试侧的发信频带内的回波衰耗不小于12dB。如不能满足，应采用其他措施来应对。电力线路ABC阻波器A 站阻波器B 站ABCJLJL结合滤波器耦合电容JLJL结合滤波器耦合电容回回损损测测试试电电桥桥75O平衡变量器平衡变量器回波衰耗的测量测量电桥选频表P0P1回波衰耗不到回波衰耗不到12dB时的解决办法时的解决办法1、改善高频通道的匹配程度：、改善高频通道的匹配程度：n消除通道设备存在的缺

19、陷，例如阻波器、结合滤波器的消除通道设备存在的缺陷，例如阻波器、结合滤波器的损坏。损坏。n当载波频率较高时，要防止高频电缆在特定频率处呈现当载波频率较高时，要防止高频电缆在特定频率处呈现出低阻抗或高阻抗。出低阻抗或高阻抗。n根据耦合电容器（或根据耦合电容器（或CVT）的实际容量来调整结合滤波）的实际容量来调整结合滤波器内的匹配跳线。器内的匹配跳线。n调整结合滤波器内的线路阻抗跳线。调整结合滤波器内的线路阻抗跳线。n例如例如MCD80可以选择可以选择240欧姆或欧姆或320欧姆跳线。欧姆跳线。回波衰耗不到回波衰耗不到12dB时的解决办法时的解决办法2、通过增加适配器来改善高频通道的回波衰、通过增

20、加适配器来改善高频通道的回波衰耗：耗：n在通道条件很差，即回波衰耗很小，又无法改变的条件下在通道条件很差，即回波衰耗很小，又无法改变的条件下，可以采用在载波机高频输出端串联适配器的办法来改善，可以采用在载波机高频输出端串联适配器的办法来改善通道特性。通道特性。n增加适配器后，可以改善通道回波衰耗的值是适配器值的增加适配器后，可以改善通道回波衰耗的值是适配器值的2倍。倍。阻抗适配器阻抗适配器回波衰耗不到回波衰耗不到12dB时的解决办法时的解决办法3、在无法改善通道失配的情况下，可以适当、在无法改善通道失配的情况下，可以适当降低载波机的发信功率：降低载波机的发信功率：n计算降低输出功率的量：计算降

21、低输出功率的量：nAred: 降低输出功率的量降低输出功率的量nAr min: 频带范围内通道最小的回波衰耗值频带范围内通道最小的回波衰耗值n例如：例如： Ar min = 4dB，则应降低，则应降低2dB的输出功率的输出功率n降低功放的输出功率，就可以明显地降低乱真信号的输降低功放的输出功率，就可以明显地降低乱真信号的输出出, ,并降低因信号反射对发信机的不良影响。并降低因信号反射对发信机的不良影响。n改善的程度不只是线性而是指数式的比例关系。例如，改善的程度不只是线性而是指数式的比例关系。例如，降低降低1dB的发信功率，就可以降低的发信功率，就可以降低2至至4dB的乱真信号电的乱真信号电平

22、。平。增加适配器后高频通道阻抗的改善增加适配器后高频通道阻抗的改善通道阻抗通道阻抗 ()增加适配器后的通道阻抗增加适配器后的通道阻抗 ()1dB适配器适配器2dB适配器适配器3dB适配器适配器4dB适配器适配器5dB适配器适配器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 增加适配器后高频通道回波衰耗的改善增加适配器后高频通道回波衰耗的改善通道阻抗通道阻抗 ()增加增加A1AD适配器后的通道回波衰耗适配器后的通道回波衰耗 (dB)未加适配未加适配器器1dB适配器适配器2dB适配器适配器3dB适配器适配器4dB适配器适配器5dB适配器适配器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无穷大无穷大106.670 113.478 120.409 112.360 11