GSF-9型使用说明书

1、1 概述 GSF-9高频保护收发信机是电力系统继电保护专用设备，适用于110500KV架空输电线继电保护高频信号的发送和接收。它以电力线为信息传递通道，可与各类继电保护配合使用，以构成作为主保护的闭锁式高频保护，各项指标均达到或超过“四统一”及DL/T524-93指标。1.1 主要技术特点GSF-9高频保护收发信机依据“四统一”的DL/T524-93的技术要求，广泛吸收国内外同类产品之优点，积极采用先进的数字及微机技术。将近几年来电力管理部门及用户反映较集中的反措要求体现出来，其主要特点有：a) 体积小、重量轻、结构为一层19英吋4U机箱。b) 模块化供电电源。设备电源系统采用进口DC/DC模

2、块，体积小、效率高、工作稳定可靠。c) 集成化功放系统。设备功率放大器采用进口宽带功率型集成运放，体积小、效率高，静态时散热器有极小的温升，有效地提高了整机运行的可靠性。d) 数字化的信号源产生系统。发信频率由直接数字合成（DDS）芯片实现，发信迅速，停信时则无交流信号产生。故整机停信时外线残余电平大为降低。e) 清晰的工作状态显示。面板上设置液晶显示器，能动态实时地显示出装置的重要电平值，即发信电平、收信电平、12kHz中频电平。f) 连续事件记录功能。装置监控系统能将其状态变化连同发生的时间和日期记录下来，记录内容可用PC机通过RS232口下载观察，最多可记录最新100次状态变化。g) 录

3、波功能。可对高频信号包络，收信输出，启动发信统一时标记录波形。h) 可编程逻辑器件（CPLD）的应用。装置中数字逻辑电路部分采用先进的大规模在线可编程逻辑器件，提高了逻辑电路正确工作的可靠性。i) 能供出为录波设备使用的高频或直流录波信号。该信号与收发信机不共地，直流录波信号响应快，纹波小且大小易调整。j) 装置提供用于录波收信输出接点信号与用于保护设备的收信输出接点，两者来自不同的继电器，却同步。k) 背板接线采用印刷板方式，输出端子全部装焊在印刷板上，接地措施可靠合理，抗干扰能力强。1.2 型号的组成及其代表意义产品型号的组成及其代表意义见下图1所示。GSF - 9 顺序号 高频保护收发信

4、机（用汉语拼音第一个大写字母表示）图1 产品型号的组成及其代表意义1.3 工作条件1.3.1 电源直流电源220V（+15%-20%）或110V（+15%-20%）。1.3.2 环境条件环境温度：-5+40保证指标相对湿度：5%95%大气压力：86106kPa贮存温度：-25+702 主要技术指标2.1 发信状态：当负荷为75纯电阻时，输出功率为+40dBm（10w），谐波电平小于-26dBm。在电源允许波动范围内发信电平不低于1dB。停信状态：输出信号电平低于-10dBm（0.1mw），输出阻抗为75，回波损耗不小于10dB。2.2 最小灵敏收信电平+4dBm(-5dB)，最大收信裕度为18

5、dB。2.3 工作频率f0 = 50 + 4nkHz n=0，1，2，87共88个单频。2.4 收信回路防卫度f02kHz处 33dBf04kHz处 35dBf014kHz处 57dB2.5 允许并机频率间隔同相并机：3B邻相并机：紧邻并机介入衰耗不大于1dB2.6 收信入口加入比灵敏起动电平高3dB信号，收发信机自开始接收信号到收信输出回路有输出反应的传输时延不大于3ms。收发信机从满功率发信状态下突然停信，到收信输出消失最大时延不大于3ms。3 结构特征与工作原理3.1 结构特征3.1.1 装置结构为单面板插箱式，结构尺寸符合GB3047.4标准，机框系用优质钢弯制而成，承受插入单元的前后

6、搁板上备有以10.6mm宽度为基数的导轨定位孔，能适用各种插件进行各种组合要求。3.1.2 插入单元用双、4倍插“卡片”形式。3.1.3 全机可容纳高度176mm插件有效柱数为1档，每档可容纳20.32mm单倍插件20个，插件与此板相连的插头座接触可靠、插拔灵活。背板下方用一排水平安装40线接线排。3.1.4 机架尺寸483mm173mm350mm 重约12kg3.1.5 插件简易布置图见图2。发信滤波接口电源发送接收2监测接收1图2 插件简易布置图其中发信滤波、监测、电源为4倍盒，其余为2倍盒，功放置于装置后侧。3.2 工作原理为能进行通常维护、工作试验、故障判断，用户应对装置的工作原理有一

7、定的了解。GKA2.131.000FL为收发信机方框图。3.2.1 发信回路发信回路包括发送盘（GKA2.581.000）、功放盘（GKA2.805.006）、发信滤波器盘（GKA2.832.154-1/88）、接收1盘（GKA2.582.000）的一部分。发送盘产生频率和电平稳定的工作信号，通过功放和发信滤波器后送入外线端。发信滤波器在（50400）kHz全频段内每隔4kHz一个，共88个。中心频率分别为（50+4n）kHz，n=0，1，2，87，可根据工作频率选用。收发信机的输出阻抗、并机的分流衰耗以及发送信号谐波电平等要求，主要由功放盘及发信滤波器盘来保证。控制发信信号输入接收1光耦管，

8、接收1输出相应信号控制发送盘使收发信机处于发信或停信状态，发信时电平满足+40dBm（10W），停信时输出不大于-10dBm（0.1mw）。3.2.1.1 发送盘（GKA2.851.000）发送盘由专用芯片数字频率合成器（DDS）AD9831及外围电路组成。主要功能是直接产生收发信机发信信号（50+4n）kHz，n=0，1，2，87。单片机D1（W78ES2）通过P1.0P1.6读取外部的频率设置值，通过单片机运算后，由P0口及P2口传送频率字给AD9831的数据口，AD9831产生相应频率的阶梯正弦波，再通过N1（LM318）缓冲放大，信号经由R8、R9、R10、C10、C11、N2（AD8

9、29）组成的低通滤波器及前置放大器得到纯净的正弦波。本机盘中有一附加的显示电路，由P1.7接+5V或地来控制是否显示，由单片机D1及寄存器D6（74HC574）、数码管推动电路D11、D12及数码管HL1、HL2、HL3组成，数码管显示出所产生的频率值。3.2.1.2 功放盘（GKA2.805.006）功放盘功能是将发送盘送来的信号进行功率放大，输出标称阻抗为75。功放盘核心为集成式功率放大器，由其构成电路体积小、效率高。从发送盘送来的输入信号经C6耦合到功率运放U1的输入，U1的输出由C8、C9耦合到输出变量器，其增益主要由R5和R2、R3的比率决定，放大器过流保护由R4、R9提供，过压保护

10、由V2、V4来完成。3.2.1.3 发信滤波器盘（GKA2.832.154-1/88）发信滤波器接在功放之后，用来使有用信号顺利通过，阻止住无用信号。发信滤波器在50400kHz范围内，每隔4kHz一种，共88种。为保证本机能和外线载波通信机并机使用，要求该滤波器在阻带中提供高阻抗，故采用三元件带通滤波器来实现。为方便生产管理，该滤波器用组合电容器的办法实现了全频段可调。发信滤波器由C1、C2、C3、L1、L2及R1R7组成的可投退衰耗器和隔离变量器T组成。为选择合适工作频率，可对C1、C2和C3进行跳线，并对L1和L2进行适当调节后即可得到相应带通滤波器。本滤波器要求能承受功率放大器输出的大

11、功率，而且要避免由本盘产生的谐波输入到线路，故本盘中所采用的电感磁芯比较大，电容采用特制的能承受大电流的电容。3.2.1.4 接收1盘（GKA2.582.000）接收1主要由控制发信电路和输入电平调节二部分构成。控制发信电路将保护部分来的控制发信信号转换成+15V或0V电压信号。输入电平调节部分在无控制发信信号时，将对侧来的收信号信号经过电平调节后，使接收2插件中中频信号置为0dB值，在有控制发信信号时，收信回路无高频信号输入，而直接将其转换的+15V在接收2盘内作为对应本侧发信时的收信信号。控制发信信号由光耦管E耦合输入，经集成块D1A、D2A转换成+15V或0V，当有控制发信信号输入时，E

12、输出低电平“0”，D1A输出“0”，D2A输出为“1”，对应+15V，此信号送入发送及接收2盘，使发送盘产生发信频率信号和使接收2盘产生对应于本侧发的收信信号。同时经D2B后，使继电器K1吸动，发光二极管V2亮，指示已发信。当控制发信信号消失后，按动按钮S2，继电器K1释放，发光二极管V2灭。继电器K2供出启动发信接点。在测试中如需常发信，可闭合开关S1。R7R8、A1A6、D3及N1组成输入电平调节，当发信时，D2A输出高电平，D3（MAX303）使通路断开，无高频信号进入接收2盘。反之停信时，D2A输出低电平，D3（MAX303）使通路合上，高频信号便经D3、N1输出到接收2盘。本盘还含有

13、高频录波电路，通过插针X14、X15、X16置于不同位置，可选择其输出交流信号还是直流信号。电位器R可调整直流输出录波信号的幅值。3.2.2 收信回路收信回路由接收2盘（GKA2.582.001）和接收1盘（GKA2.582.000）一部分组成。对侧收信信号由功率放大器输出端引入，在接收1盘中经过电平调节，并经过门电路后输入收信滤波器。发信时，门电路截止，而将发信命令在接收2盘内直接作为其收信输出。这样就最大限度地克服了由于本侧与对侧高频信号同时存在时存在的可能的拍频现象，从而提高了装置工作的可靠性。接收1盘内的收信滤波器在50400kHz范围内，每隔4kHz一个，共88种。中心频率为（50+

14、4n）kHz，n=0，1，2，87，可根据工作频率选用，对偏离中心频率2kHz以外的信号提供一定防卫度。高频信号进入接收2盘后，使盘内频率合成器产生频率（62+4n）kHz与其调制后取下边带12kHz，盘内12kHz中频带通滤波器对2kHz以外信号提供一定防卫度，故收信回路总的防卫度是收信滤波器和中频滤波器的和。该防卫度应能满足2kHz大于33dB，4kHz大于35dB，14kHz大于57dB，12kHz输出电平调整在0dB，而后再适当放大整流，最后分成二路分别进行收信裕度和3dB告警调整。当外线端输入电平比正常收信电平低18dB时，收信裕度调整支路触发器刚能触发。我们便说在正常收信电平情况下

15、，收信裕度为18dB。 当外线端输入电平比正常收信电平低3dB时，3dB告警调整支路触发器刚能触发，3dB告警灯亮并保持。3dB告警条件不满足时，可用复归按钮使3dB灯熄灭。3.2.2.1 接收1盘（GKA2.582.000）见3.2.1.4。3.2.2.2 接收2盘（GKA2.582.001）它主要由频率合成器、解调器、触发器组成。频率合成器：来自发送盘1kHz信号经锁相倍频电路产生（62+4n）kHz信号，n=0，1，2，87。它是依据8421BCD码加权法通过改变编码开关S1S3来实现，主要电路由MC4046数字式锁相环和可预置2-10进制计数器MC14522构成。解调器：由模拟乘法器N

16、1、12kHz带通滤波器及中频放大N2组成。来自接收1的高频信号与本盘频率合成器产生的反调频率在MC1496乘法器中混频后取其下边带12kHz，N2中频放大器可调整其增益，使12kHz电平校准在0dB处。触发器：主要由N3、N4组成的线性检波器、比较器及输出电路构成。N3:a为有一定增益放大器，N3:b、N3:c构成精密全波检波器，N3:d产生滤波作用。N4（MC14575）为双比较器电路，N4:a为收信裕度比较，N4:b为3dB告警比较。3.2.3 监测（GKA2.900.042）监测盘内含采样电路和控制电路两部分。采样电路主要功能是将高频信号及12kHz中频信号转换成05V直流信号，供单片

17、机显示、记录。高频信号动态范围-8+34dB，故采用可变增益放大器。由N1（AD7501）、R3R8、RP2RP5及N2（LM318）组成，再经N3、N4整流、滤波，使之产生5V以内直流电压。以N6A、N6B组成的整流电路使12kHz、-18dB+6dB信号转变为5V以内直流信号。控制电路主要功能是将外线高频信号电平和机内中频信号电平实时地显示在LCD上，记录装置状态变化，还能据状态条件录波。MPU D1通过ADC读取高、中频电平值，并通过串行通信将电平值送给显示部分，显示控制器就在LCD上显示出当时的高、中频信号电平值。MPU实时检测八个状态量，观察它们的变化情况，一旦发现所检测到的状态量和

18、前一次所检测到的状态不相符，就对该状态进行记录。同时加上发生该变化时的时间，总共可记录最新的40条。当收信输出和启动发信从无到有变化时，又可连同高频录波信号一同将其波形记录下来，总共可记录4组波形。3.2.4 接口盘（GKA2.898.023） 接口盘内远方启动开关合上后，装置即具有远方启动功能。远方启动时本侧收发信机发信200ms后停5s再发10s，本侧发信后即启动对侧收发信机发信10s（见图3），远方启动开关退出时，收发信机远方启动功能相应解除。盘内逻辑功能主要由大规模可编程逻辑器件（CPLD）D1实现。本盘还有发信（FX）输入，位置停信（TXw）输入，其它保护停信（TXB）输入和停信（T

19、X）的输入接口。还含有监测输入及告警输出继电器。本侧发信对侧发信00.251015S图3 通道检测示意图3.2.5 电源（GKA2.930.041/042）电源盘是将-220V（或-110V）直流电压转换成收发信机各机盘所需各种直流电压：15V、-12V、+5V。该盘核心为DC/DC电源模块。-220V（或-110V）电压进入u1、u2变换成15V，-15V除直接输出外，还作为u3和u4的输入电压，经u3变换成+5V，经u4变换成-12V，光耦u5、u6、u7是对+5V、-12V、-15V采样，当15V、-12V、+5V四路任何一路失压，指示灯D5都不会点亮，同时有告警地气输出。4 调试运行及

20、电气性能测试方法4.1 试验仪器及准备4.1.1 所需测量仪表 电平振荡器电平选频表双踪示波器频率计20W 31dB/75可变衰耗器500V兆欧表75阻抗桥50Hz方波发生器1台1台1台1台1台1台1只1台4.1.2 试验前准备依图2插件简易布置图检查机盘位置是否正确，再检查电源盘电压等级是否正确及机器的工作频率，并查看端子接线有无松动。检查完毕后进行以下各项试验。4.2 绝缘试验将端子34-35-36并联后用500V摇表测量和机箱外壳间绝缘电阻应大于10M，试验完毕拆去联线。4.3 电源投入收发信机安装完毕，电源开关置于断开位置，加上直流220V（或110V）。将电源盘开关置于合上位置，电源

21、盘工作指示灯点亮。设备加电30分钟后，用万用表测量电源盘插孔电压，测量电压应符合表1要求。表1 收发信机电源电压实测值+1.5%-5%+1.5%-5%测量点输入电源电压-15V-12V+5V+15V电压（V）176253或88127-15V-12V4%-12V1.5%+15V实测值（V）4.4 各点电平的测量与调整4.4.1 对侧发信时，中频电平输出及触发电平调整。4.4.1.1 收发信机置于停信状态4.4.1.2 在收发信机发信滤波器测试孔用振荡输入+10dB/75对侧工作频率信号，模拟对侧发信信号。此时接收2盘中频输出电平应满足表2，否则调整接收1盘内可投退衰耗器A1A5。4.4.1.3

22、振荡器输出降低到+7dB，接收2盘3dB告警翻转电平应满足表2，否则调整接收2盘电位器RP4。4.4.1.4 振荡器输出降低到-5dB，接收2盘收信输出翻转电平应满足表2，否则调整接收2盘电位器RP3。表2 对侧发信时测试项目测量点中频输出翻转1翻转2要求值（dB）01+71-51对 发侧 信+10dB+7dB-5dB注：“”为不需测试栏目4.4.2 发信电平4.4.2.1 收发信机输出串接31dB/75可变衰耗器4.4.2.2 收发信机置于发信状态，T型衰耗器输出端电平应为（00.5）dB，否则调整发送盘电位器RP1。4.4.3 线路两侧联调4.4.3.1 发信滤波器中四脚插头应插在通道位置

23、。4.4.3.2 对侧收发信机处于“常发”。4.4.3.3 将对侧发的收信电平N记下来。4.4.3.4 通过调整接收1盘中衰耗器A1A5投退使接收2盘中频输出电平为（01）dB。4.5 电源告警 将电源拔出，收发信机电源无输出，所有的指示灯全部熄灭。端子3435闭合。电源盘恢复后，机器工作正常，端子3435断开。4.6 3dB告警当3dB告警条件满足时，接收2盘3dB告警灯点亮，同时端子3435闭合。4.7 外接信号复扫接点 将端子2324与一常开按钮接点相连，闭合按钮能复归所有指示灯信号。4.8 停信输出电平4.8.1将发信滤波器转换插头拔去。4.8.2 接收1开关处于“常发”相反位置。4.

24、8.3在发信滤波器面板测试孔用选频电平表75W终端，选频测量工作电平应小于-19dB。4.9 谐波电平4.9.1 将发信滤波器转换插头拔去。4.9.2 在发信滤波器测试孔插座加31dB/75W T型衰耗器。4.9.3 在T型衰耗器输出端用电平表75W终端，选频测量2f0、3f0（f0为收发信机工作频率）。T型衰耗器输出电平应小于-66dB。4.10 分流衰耗4.10.1 将发信滤波器转换插头拔去。4.10.2 将接收1开关置和“常发”相反位置。4.10.3 将测试电路按图4相连，振荡器输出频率f014KHz（f0为收发信机工作频率），在A、B端未接收发信机调节振荡器输出电平，使电平表指示为0d

25、B，当A、B端接入收发信机后电平表的电平值，去掉负号即为收发信机在间隔14KHz时的分流衰耗，应小于1dB。75A75 电平表 GSF 0振荡器 B图4 分流衰耗测试连接图4.11 回波损耗4.11.1 将发信滤波器转换插头拔去。4.11.2 接收1开关处于和“常发”相反的位置。4.11.3 将75W阻抗桥按图5连接，振荡器输出频率为收发信机工作频率，在未接入收发信机频率时，调节振荡器输出电平表指数为0dB，接入收发信机后，电平表指数电平值应小于-10dB。该电平值去掉负号即为收发信机输出阻抗75W时的回波衰耗。电平表 757575GSF 0振荡器 图5 回波损耗测量接线图4.12 收信回路防

26、卫度4.12.1 发信滤器转换插头拔去。4.12.2 接收1开关置于和“常发”相反位置。4.12.3 将拨荡器用75输出阻抗，收发信机工作频率电平+10dB,输入发信滤波器测试孔，调整接收1盘内A1A5， 使接收2中频输出插孔输出电平为0dB。4.12.4 改变振荡器输出信号频率，测量接收2中频输出电平，在f0+2kHz处小于-33dB，f014KHz处小于-33dB，f014KHz处小于-53dB，该电平值去掉负号即为相应频率处收信回路防卫度。（接收2中频输出电平应选频跨接测量，选频频率应为反调频率与外接振荡器输入信号频率之差）。4.13 信号传输时间4.13.1 将发信滤波器转换插头终接7

27、5。4.13.2 接收1开关置于和“常发”相反位置。4.13.3 从端子78加入50Hz方波信号（其中7为“”，8为“” ），接收2收信输出插孔及输入波形同时用双踪示波器测试如图6所示T1、T2均应小于3ms。4.13.4 将发信滤波器转换插头拨去，再从发信滤波器测试孔频率为f0电平为-2dB的50Hz调幅对称方波。在接收2收信输出插孔及输入波形同时用双踪示波器测试如图7所示T1、T2均应小于3ms。10ms输入 t1t2输出图6 收发信机信号传输时间测试之一10ms输入 t1t2输出图7 收发信机信号传输时间测试之二4.14 监测测试4.14.1 当收发信机输入+10dB/75时，调整采集电路电位器RP1，使液晶发/收电平指示为+10dB。同时调整采集电路电位器RP7，使液显12KHz电平指示为0dB。 当收发信机发信输出为+31dB/75时，调整采集电路电位器RP2，使液晶发/收电平指示为+31dB。4.14.2 以起动发信方式使收发信机发信，停信后