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2019/8/15华北电力大学11.4电力线载波通信系统性质：电力系统特有、应用区域最广泛，走向分布与电力生产、输送以及调度指挥的路由一致作用：调度通信、生产指挥、行政业务通信、各种信息传输主要问题:1.电力线载波机与高压电力线路的连接：这种连接不但要保证人身、设备安全，而且还要保证获得高频载波电流传输的最大效率；2.形成有利于高频载波电流传输的高频通道。2019/8/15华北电力大学2一、电力线载波通信系统的组成原理电力线载波通信系统组成框图2019/8/15华北电力大学3一、电力线载波通信系统的组成原理电力线载波机ZJ：对用户的原始信息信号实现调制与解调，并满足通信质量的要求。耦合电容器C和结合滤波器JL组成一个带通滤波器，其作用是通过高频载波信号，并阻止电力线上的工频高压和工频电流进入载波设备，确保人身、设备安全。线路阻波器GZ串接在电力线路和母线之间，是对电力系统一次设备的“加工”，故又称为“加工设备”。加工设备的作用是通过电力电流、阻止高频载波信号漏到电力设备(变压器或电力线分支线路)，以减小变电所或分支线路对高频信号的介入衰减，以及同母线不同电力线路上高频通道之间的相互串扰。2019/8/15华北电力大学4二、电力线高频通道的耦合装置与耦合方式耦合装置：包括结合设备、加工设备及耦合电容结合设备JL连接在耦合电容C的低压端和载波机的高频电缆GL之间。图中排流线圈1对工频信号呈现低阻抗，对载波信号呈现高阻抗，它的作用是给通过耦合电容的工频电流提供接地通路，从而将耦合电容器连接结合设备JL端子的电位限制在安全电压范围以内。接地刀闸2是为了满足在维修和其它需要时，可将结合设备输入端子可靠接地，以保证人身和设备的安全。主、副避雷器3.6是限制来自电力线雷电感应脉冲和工频操作过电压的冲击，以保护载波设备。匹配变量器4用来实现电力线路与高频电缆之间的阻抗匹配。2019/8/15华北电力大学5二、电力线高频通道的耦合装置与耦合方式耦合装置：包括结合设备、加工设备及耦合电容耦合电容器C连接在结合设备JL和高压电力线路之间，它的作用是传输高频信号，阻隔工频电流，并在电气性能上与结合设备中的调谐元件配合，形成高通滤波器或带通滤波器。耦合电容器的容量一般为3000—10000pF2019/8/15华北电力大学6二、电力线高频通道的耦合装置与耦合方式线路阻波器GZ与电力线路串联，接于耦合电容器在线路上的连接点和变电所之间。线路阻波器GZ主要由强流线圈、保护元件及相应的电感、电容与电阻等调谐元件组成。线路阻波器的电感量一般为0.1—2mH。耦合装置：包括结合设备、加工设备及耦合电容2019/8/15华北电力大学7二、电力线高频通道的耦合装置与耦合方式在结合设备JL的输出端子和载波机之间一般用高频电缆GL连接，由于载波机的型号不同，高频电缆可以是不平衡电缆或平衡电缆。连接电缆的阻抗一般为75Ω（不平衡）和150Ω(平衡)。耦合装置：包括结合设备、加工设备及耦合电容2019/8/15华北电力大学8二、电力线高频通道的耦合装置与耦合方式耦合方式：耦合方式有三种:相—相耦合方式，相一地耦合方式和相一相，相一地混合耦合方式。这种耦合方式将载波设备连接在一根相导线和大地之间。它的特点是只需一个耦合电容器和一个阻波器，在设备的使用上比较经济，因而得到了广泛的应用。但这种方式所引起的衰减比相—相耦合方式大，而且在相导线发生接地故障时高频衰减增加很多。需要指出的是，这种方式虽然耦合是一相对地，但实际的信号传输却包括其它两相在内，以复杂的相间波方式进行着。这种耦合方式需要两个耦合电容器和两个阻波器，耦合设备费用约为相一地耦合方式的两倍。但相—相耦合方式的优点是高频衰减小，并且当电力线路故障时，由于80％的故障属于单相故障，所以具有较高的安全性。2019/8/15华北电力大学9三、电力线载波机的体系结构（一）电力线载波机的特点与技术要求(1)电力线高频通道杂音大，线路直通距离长，衰减大，为保证收信端有足够的信杂比，要求电力线载波机的发信功率较大。(2)电力线载波机确保在电力线路故障或系统操作，造成高频通道衰减突然增大很多时，仍能维持通畅。因此，要求电力线载波机要有较快调节速度和较大调节范围的自动电平调节系统。(3)为便于灵活组织通信和频率分配，并避免因发信功率太大引起制造困难，电力线载波机大多是单路机。(4)现代电力线载波机大多为多功能、标准化、系列化、通用化的载波通信设备，能适应在110-500kV各种不同电压等级的电力线上传送电话与非电话业务的需要。(5)为了提高电力线高频通道和载波设备的利用率，国产电力线载波机本身常带有自动交换系统，并可为重要用户提供优先权。2019/8/15华北电力大学10三、电力线载波机的体系结构国际电工委员会(IEC)在出版物495号《单边带电力线载波机输入输出特性的推荐值》1）载波频率范围由国家电信主管部门批准供电力线载波使用的全部频带，我国规定为40～500kHz。电力线载波传输频率范围的下限由耦合装置的下限及其费用确定。上限由电力线衰减以及无线电干扰确定。绝缘地线载波传输频率范围约为5～500kHz。2）基本载波频带在载波频率范围内划分的基本单元，供给一路单方向电力线载波通路传输的频带宽度。基本载波频带的具体选择，主要由不同国家所采用的实际分配方法确定，通常为4kHz，有的国家选用2.5kHz或3kHz。3）标称载波频带一台实际电力线载波机单方向载波通路所占用的频带宽度，它等于基本载波频带宽度或其整数倍。2019/8/15华北电力大学11三、电力线载波机的体系结构4）话音有效传输频带指音频频带中话音信号所占用的频率范围(不包括呼叫通路)。电力线载波常用的话音有效传输频带有两种。一种话音频带是0.3～2.4kHz,通常应用于在4kHz标称载波频带内复用话音及信号的情况。另一种话音频带是0.3～2.OkHz，可用于在4kHz或2.5kHz标称载波频带内复用话音及信号的情况，这时通话质量会有所降低，但还能满足实用要求。5）信号有效传输频带音频频带中用以传输电力系统操作所需信号（包括数据传输、保护信号及其他信号）的频率范围，可以包括呼叫通路。6）标称阻抗指设计输入、输出电路所选取的，以及在使用条件下所适用的阻抗值。在载波机外线侧载波输出端的标称阻抗应为75Ω(不平衡式)或150Ω(平衡式)，要求在标称载波频带内发送方向的回波衰减应不小于10dB。在话音及信号输入、输出端，应采用平衡式电路，标称阻抗为600Ω，且有效传输频带内的回波衰减应不小于14dB。2019/8/15华北电力大学12三、电力线载波机的体系结构7）乱真发射乱真发射指在标称载波频带以外的一个或多个频率处的功率发射，它的电平可以减低而不影响信息的传输。乱真发射包括谐波、寄生信号和交调产物。2019/8/15华北电力大学13三、电力线载波机的体系结构带阴影的倒漏斗线代表在标称载波频带以外的各个频率处所允许的乱真发射的最高电平值。BN表示标称载波频带，B表示距离标称载波频带的间隔。纵坐标尺A1适用于标称载波功率小于或等于40W的电力线载波机，它的坐标刻度值代表实测乱真发射电平Lsp。纵坐标尺A2适用于标称载波功率大于40W的电力线载波机。A2纵坐标尺的刻度值为相对电平值，它表示实测乱真发射电平Lsp，与电力线载波机标称载波功率电平Ln之差。对于某一台具体载波机，当将其实测得到的乱真发射电平值(或其相对值)标注在图中时，若其值于倒漏斗线以下时则为合格，否则其乱真发射指标不合格。例如，对于标称载波功率大于40W的载波机，应选用A2纵坐标尺，并由此可确定在紧邻频率(OB)处所允许的最高乱真发射电平为-56dB，而在间隔1B处为-68dB，而在问隔2B处为-80dB。2019/8/15华北电力大学14三、电力线载波机的体系结构8）峰值包络功率指在规定的工作条件下，在调制包络最高峰值处载波一周期内送到规定负载上的平均功率。9）标称载波功率电力线载波机的标称载波功率是指在满足乱真发射要求，并在载波机输出端终接以等于标称阻抗值的电阻负载的情况下，设计该设备时所取的峰值包络功率。2019/8/15华北电力大学15三、电力线载波机的体系结构10）自动增益控制当接收载波信号电平在自动增益控制调节范围内变化30dB时，话音及信号的音频接收电平的变化应小于1dB。11）机内杂音在一对不用压扩器的电力线载波机的话音输出端，测得的电话加权杂音电平应不超过-60dBmOP以上。12）近端及远端串音在一对不用压扩器的电力线载波机中，由一个或几个信号通路引起的近端及远端串音，不应使话音通路的加权杂音功率增加到-60dBmOP以上。2019/8/15华北电力大学16（二）单边带电力线载波机的体系结构电力线载波机通常由下列各部分组成:(1)话音信号传输系统。它是载波机骨干电路，包括发信支路和收信支路，用于完成话音信号以及二次复用信号的频率搬移、发送和接收。(2)远动信号复用系统。作为远动装置与载波机之间的接口电路，完成平衡电路与不平衡电路的转换，以及信号接口电平的配合与调整，用以保证载波机的正常工作和音频远动信号通过载波通路顺利传输。(3)呼叫信号系统(振铃系统)。包括呼叫发送电路和呼叫接收电路两部分，用以完成直流呼叫信号与音频呼叫信号的转换。(4)优先强拆信号系统。用以完成自动交换系统中直流强拆信号与载波通路中音频强拆信号的相互转换。(5)高频保护信号复用系统。未复用高频保护的电力线载波机无此系统。(6)载频供给系统。用以产生各种载频和导频。(7)自动电平调节系统(导频系统)。主要用于补偿高频通道在运行过程中衰减的变化，保证收信端传输电平稳定。(8)电源供给系统。(9)告警系统。(10)自动交换系统。国外电力线载波机一般不带自动交换系统，而是采用由数台载波机共用一台自动电话小交换机的办法来提高载波通路的利用率。2019/8/15华北电力大学17（二）单边带电力线载波机的体系结构单边带电力线载波机的典型方框图2019/8/15华北电力大学18（二）单边带电力线载波机的体系结构组成：音频终端电路和载波电路两大部分组成。功能：1.完成话音通路的二/四线转换，以及与二次复用音频信号的接口、汇接与差分。2.频率搬移***接口电路完成电平、阻抗配合、滤波以及平衡与不平衡电路转换等工作。音频终端发信支路－－话音信号通过差接系统与发信支路相连接。经过300Hz高通滤波器、压缩器、限幅器以及低通滤波器后，形成载波机规定频带的话音信号。此外，具有规定频带的一路或多路的音频数据信号(如远动信号)，通过各自的输入接口电路，经电平调整、滤波进入载波机。自动交换系统送来的直流呼叫信号，进入载波机的呼叫发送电路，变换成音频呼叫信号经放大、带通滤波后送到载波机发信支路。音频话音、数据和呼叫信号三者经汇接电路汇合成为音频复合信号后，从音频终端电路送到载波电路部分。音频电路收信支路－－从载波电路中频解调器输出送来的音频复合信号经低频放大器放大后差分成几路，分别送往话音、呼叫以及数据信号接收电路，并经各自的带通滤波器进行频率分割，取出自己的信号频带。其中话音信号经扩展、差接系统，由音频二线端输出。音频呼叫信号经放大、解调，还原成直流呼叫信号输出，送往自动交换系统。音频数据信号经放大后分别送往各个数据终端设备(如远动设备)。2019/8/15华北电力大学19（二）单边带电力线载波机的体系结构载波电路部分的基本任务是完成频率搬移。在发信支路，音频复合信号经中频调制器，带通滤波器取上边带变换成中频信号，并经过汇接电路与中频导频信号ƒP汇接后送到高频调制器。中频导频信号可直接由中频载频振荡器输出，经衰减器降低电平后产生。这种方法适合用在部分载频抑制式单边带电力线载波机中，有利于实现最终同步。此外，导频信号也可由载供系统单独提供，多用在具有数字锁相环载供系统的集成电路电力线载波机中。中频信号经高频调制器变频、带通滤波器取下边带后搬移到线路传输频