Одним из основных элементов ВЧ каналов по ЛЭП является ВЧ тракт, параметры которого в значительной степени определяют параметры самого канала связи.
Для оценки качества ВЧ тракта в рабочем диапазоне частот производятся измерения параметров тракта и составляющих его элементов. Данные измерения осуществляются при наладочных работах во время первоначального ввода канала в эксплуатацию, профилактических работах, проводимых в процессе эксплуатации, а также при определении причин несоответствия параметров тракта нормам. Измеренные значения сопоставляют с расчетными значениями и нормами или паспортными данными.
Иногда точный расчет параметров ВЧ тракта затруднен из-за отсутствия достоверных исходных данных либо по другим причинам. В таких случаях только результаты измерений позволяют определить параметры ВЧ тракта и оценить возможность организации по этому тракту канала связи.
Как правило, измерение параметров ВЧ трактов и составляющих его элементов производят не на одной частоте (например, средней частоте рабочей полосы частот канала), а в некотором диапазоне частот. При этом выбор полосы частот, в которой необходимо провести измерения, и выбор шага по частоте (интервала между смежными частотами измерений) производится с учетом особенностей измеряемого элемента. В большинстве случаев только наличие частотных зависимостей измеряемых параметров позволяет сделать вывод о качестве тракта, а, следовательно, ручной расчет достаточно затруднителен.
Обработку результатов измерений и сравнение экспериментально полученных данных с паспортными (или расчетными) производят уже по ходу измерений. При значительном расхождении сравниваемых величин проводят дополнительные уточняющие измерения [1].
Отдельными элементами ВЧ тракта являются ВЧ заградитель и устройства присоединения.
ВЧ заградитель представляет собой двухполюсник и характеризуется полосой запирания, в которой активное сопротивление не должно быть ниже нормируемого значения. Проверка ВЧ заградителя является обязательной процедурой, поскольку на его работу может влиять множество факторов: наличие КЗ витков, пробой элемента настройки и т.д.
Для проверки ВЧ заградителя необходимо определить активную и реактивную составляющие полного сопротивления, при этом следует учитывать, что сопротивление заградителя может быть частично скомпоновано реактивным сопротивлением шин подстанции.
Существующие методики проверки ВЧ аппаратуры обработки имеют как достоинства, так и недостатки. Например, особенностью проверки ВЧ заградителя методом трех вольтметров является высокая погрешность измерений, которая может достигать 20%.
Другой способ проверки ВЧ заградителя – метод мостовой схемы ¬¬– основан на балансировке измерительного моста. Несмотря на то, что этот метод обладает большой точностью и рекомендован МЭК, он не предполагает автоматизацию измерений, что в условиях ограниченного времени является существенным недостатком.
Проверка аппаратуры присоединения также в основном проводится вручную, что вызывает неудобства, связанные с длительностью выполнения работ и повышает вероятность возникновения ошибок при измерениях.
Фильтр присоединения (ФП) совместно с конденсатором связи представляет собой несимметричный четырехполюсник с различными характеристическими сопротивлениями со стороны входа, к которому подключается ВЧ кабель (кабельный вход), и со стороны входа, к которому подключается фаза линии высокого напряжения (линейный вход). Фильтр присоединения характеризуется полосой пропускания, в пределах которой два его параметра — рабочее затухание и затухание несогласованности — отвечают существующим нормам (рабочее затухание ФП не должно превосходить 1,3 дБ, а затухание несогласованности не должно быть меньше 12 дБ).
Проверки ФП проводятся как со стороны ВЧ кабеля, так и со стороны линии.
К проверкам со стороны кабеля относится снятие частотной характеристики затухания и частотной характеристики сопротивления ФП (рис. 1).
Рис. 1 Схема соединений при проверке ФП со стороны кабеля
Для расчетов используются формулы:
(1)
Проверка со стороны линии заключается в снятии частотной характеристики затухания несогласованности (рис. 2) и частотной характеристики сопротивления фильтра присоединения (рис. 3).
Рис. 2 Схема соединений при проверке затухания несогласованности ФП со стороны линии
Затухание несогласованности ФП определяется по формуле:
(2)
Рис. 3 Схема соединений при проверке сопротивления ФП со стороны линии
Сопротивление ФП определяется по формуле:
(3)
Поскольку от качественного снятия характеристик ВЧ заградителя и ФП зависит надежность ВЧ тракта, для их проверки необходимо применять новые методы, предполагающие автоматизацию измерений и обеспечивающие высокую точность.
Значительно повысить эффективность проверки ВЧ тракта позволяет комплекс РЕТОМ-ВЧ производства НПП «Динамика» [3]. В базовом устройстве комплекса РЕТОМ-ВЧ/64 реализован принципиально новый метод снятия характеристик ВЧ заградителя, основанный на измерении фазы, сочетающий в себе автоматизацию измерений и высокую точность.
Активная и реактивная составляющие полного сопротивления рассчитываются по формулам:
(4)
РЕТОМ-ВЧ/64 позволяет снимать частотные характеристики активной и реактивной составляющей полного сопротивления, частотную характеристику полного сопротивления ВЧ заградителя (рис. 4).
Рис. 4 Результат проверки ВЧ заградителя по методике, основанной на измерении фазы
Также автоматизирован процесс снятия частотных характеристик затухания и полного сопротивления фильтра присоединения со стороны ВЧ кабеля (рис. 5) и частотных характеристик полного сопротивления и затухания несогласованности фильтра присоединения со стороны линии (рис. 6).
а) | б) |
Рис. 5 Результаты проверки ФП со стороны ВЧ кабеля:
а) измерение затухания; б) измерение полного сопротивления
а) | б) |
Рис. 6 Результат проверки ФП со стороны линии:
а) измерение затухания несогласованности; б) измерение полного сопротивления
Для измерения и регистрации уровня сигналов в заданной полосе частот в РЕТОМ-ВЧ/64 предусмотрено панорамное наблюдение сигналов. Данная процедура проводится в автоматическом режиме за рекордно короткое время (несколько секунд) и с высоким разрешением (вплоть до 0,1 Гц).
Спектр сигналов определяется с помощью дискретного преобразования Фурье:
(5)
где ? - частота первой гармоники, которая определяет спектральное разрешение преобразования и вычисляется следующим образом:
(6)
На рисунках 7 и 8 приведены примеры снятия панорамы сигналов с разрешением по частоте: Δf = 1 кГц и Δf = 0,1 Гц соответственно. Сравнивая полученные результаты испытаний, можно судить о высокой точности измерений при разрешении по частоте в 0,1 Гц.
Рис. 7 Панорама сигналов с разрешением по частоте 1 кГц | Рис. 8 Панорама сигналов с разрешением по частоте 0,1 Гц |
Благодаря цифровой обработке сигнала комплекс РЕТОМ-ВЧ позволяет перевести на более качественный уровень измерения в высокочастотных каналах связи по ЛЭП. Резко сокращаются трудозатраты и время, необходимое для проведения проверок, увеличивается производительность работ за счет автоматизированной обработки больших массивов данных, снижается вероятность ошибок эксплуатирующего персонала.
Удобством эксплуатации комплекса является то, что в комплект поставки включен необходимый и достаточный минимум для проведения всех высокочастотных измерений всего перечня высокочастотной аппаратуры релейной защиты, противоаварийной автоматики и связи по ЛЭП таких как АВЗК-80, ПВЗ-90, ПВЗЛ, ПВЗУ, ПВЗУ-М, ПВЗУ-Е, АВАНТ, АНКА-АВПА, АКА-Кедр, УПК-Ц, АВС, ТН-12, Линия-Ц.
Комплекс РЕТОМ-ВЧ содержит комплект приборов для проведения уличных измерений всего перечня элементов обработки и присоединения на открытом распределительном устройстве.