SJ Z 9099-1987 单边带电力线载波系统设计.pdf

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1、中华人民共和国电子工业障边带电力系统设计Pl anning 0 f (single-sideband) power line carrier system 1.引sZ9099 97 IEC663 (1984) 电能从生产电r到负荷中心的输送，和各电厂间为经济而安全的相互联接，形成了复杂的国内和罔际网络的发展，这样的系统要求广泛的通信设施于控制中心和发电站，开关站以及供电站之间，传送话音和数据，如电报、遥测、遥控和保护信号。电气工业的通信系统采用各种传输介质，它取决于信息频带宽度，经济性以及各种技术因素。电气!毡业的特点，在于它具有可资利用的可靠的通道，即电力线，官连接了发电和供电千千点，在其间

2、可借助于高频载披传输信号。在许多系统之中，除用电力载波外，还广泛借用租用电路(公共电话公司，国家电信管理局)地缆，架空缆和私营无线电路。电力线载波电话系统，一般不与公共电话网络连接，因此被认为是私营系统集体所有)。2. 本报告为供电网络提供有关电力线载波系统的应用资料.特别为电力线载波系统(PLC)以及对系统设计工程师认为有用的相关设备，提供其性质和性能的资料。为了保证PLC发射不干扰其他无线电通信作业，也提出了注意带啊。图1说明了PLC系统的有关IEC标准。由于单边带(SSB)系统，现已十分普遍，本标准论及此类调幅系统，然而其他系统如双边带和调频系统在第4.5.1条论及。3 电力缉戴波系统(

3、PLC)本章为使用PLC系统，以及搞合的基本方法提供了简单叙述，也提供了各种不同的基本方法。对高压和电信工程，经济性和其他因素，将论及在特定条件下，哪种方法适宜。3.1 PLC频率适用于现行电力线载波传输的频率范围，约从30kHz到500kHz，有时也到1MHz。一十一中华人民共和国电子工业部1987 12 11批准1 SJjZ 9099 81 一一=T.， 一一一-=-=.220 -20到-10dBm12 SJ/2 9099 87 对不同带宽(BW)可用下式校正zAP=10lg BW(kHz) 1: 4 (kHz) iL.由于架空线的不同设计参数，会造成在同样线电压时，其导线表面电压梯度不同

4、。因而有可能与上述数据有很大差别。由于线路结构、高度和线路建造年月的不同，甚至气候影响也可能很大，例如芬、雨、雹、等，都可能对上述数据不同。电晕噪声电平的典型值，见图9。b)由于隔离开夫和断路器的操作，平u闪电、飞弧等。所造成的短暂尖峰和突发脉冲的高振l幅所形成的噪声。冲型噪声电平的典型值，应在搞合设备的高频电缆上，跨1500，在4kHz带宽中训二01.f丑。出闪电造成的大气放电，通常包括许多连续的部份放电，它们的连续性是不规则的，其间隔由8ms到400ms之间而变。当闪电击中电路或是击中线路附近时(电力线塔、i也线), 其脉冲型噪声电压，也具有很高程度，约在+20到十35dBu之间(见表1)

5、。l也力系统的飞弧会产生宽频带能量，一般在故障的开始的瞬间。故障电流极大，在放电间隙造成极度电离。在故障开始，而放电尚未完全建立之前，在较高和极高电压网络中，其噪声电平约在+15dBu到十25dBu之间，延续时间为2到10ms。当放电全部建立之后，噪声随之而降到一15到一25dBu。在操作电路的断路器时，给线路赋能和解除赋能，所产生的噪声，在一10到+25dBu之间，延续时间约10ms。正常开关包括慢速隔离器操作时(断开)常会遇到，它产生的干扰，其特性也是高幅度的噪声，约在十20dBuU+ 35dBu，延续时间较长，在0.5到55之间，这要看隔离器的设计而起。电弧的弱电离，会造成重复性的冲击(

6、在开和合时)从而在分站地区产生高频振荡的高幅度脉冲串，这些振荡，从各种途径糯合至分站的高压线，女u从直接祸合，从感应，从泄漏或从公共地线系统等她糯合。脉冲|噪声的上述资料，汇总、如表E。在V为高频电, 典型平均脉冲于1500.在4kHzE 电平=20Lg4EdBu冲电压的正弦波电压的r.m.s(mv) 13 5J/2 9099 87 一一一咽，-噪卢f源电平dBu脉冲密度脉冲/秒闪电放电十251到40平均Z到3隔离器开美(交替分或合)十2压300-900 电路断路号声(线路分或合)十201000-2000 电路断路器(短路跳间)十41000 2000 接地故陪(线路放阵开始瞬间)+20 100

7、0 2000 飞ill 一20100 300 -一一一注:对2.5kHz带宽，应;或4dBo4.3.2 外界来源的干扰_, 连续时间ms高至1000500-5000 5 20 5一20 一电力线载波系统，可能受到干扰，特别会从电路中别处工作的载波系统而来的干扰，这些都是由于经过线路阻波器上泄漏和搞合来的电能量造成的。在计划安装PLC设备和推荐选择频率时，这种影响必须考虑进去。根据特定系统设计，一些外界源的能量，如明线载波系统，特别是从MF和LF元钱友射机，可能感受到干扰和进入载波接收器。43.3干扰元线电系统，可能进入干扰，包括航海航空系统，广播作业和一些工作在MF和LF频帘的系统。主要的一种

8、即为导航，女nOMEGA，DECCA，CONSOL导航系统以及机场接近探测器系统。有些业务必须对弱信号给予保护。特别是当人类生命悠关时。必要的保护可由适当的频率和地理分隔而得.这些只有在各种业务之间。不断的合作和协商才能达到。在许多情况下。保护所需要的相对信号比，己由ITU无线电条例(RR)和ICAO(国际民用航空组织)会议附件10，关于保护无线电工作而制订。当在负责高压网络的主管部门和航空作业有利益冲突时。应该在国家有关部门之间进行协商。如果理解了，使用航空探测器的正常面积极限(一般从15到100理)，而探测器所收到的信号，应大于十37dB相对应于IuVjm，且应在同一频率上，对探测器信号与

9、任何干扰信号之间，JL比例为15dB。则可获得如何提供保护的概念。近一步了解，可参见附录B。4, 4 可容许的信噪比4.4.1 话音对话音传输，在恶劣气候下，用杂音计洲量的信噪比S/N为25dB，可认为是设计的依据。在正常情况下，大多数时间，在接收机传入端的SjN比，约为30到40d趴在有压扩器的情况下，所引入的主观改善，约为15dB，而在LF输出端的S/N比，将会高些，约为50dB。注2这只是最低的数值，有些国家，在长线路上，有几个中间转接电路，可能lJI1.，采用比上述支好的数值是有益的。14 SJ/Z 9099 87 一一一一一阳4.4.2 信号对移频键控(1SK)的信号通路。:民至12

10、00d趴在恶劣气候条件下，信噪比约为15dB，可认为是设计允许的。4.4.保护对传输保护信号，ii:越izff和V1T(jJ传输，并非把故障时的电晕噪声电平加以考虑，而是要考虑脉冲噪声I柱、iA必要的S/N比，取决于用以传输的保护信号的种类各种不同。因此不能加以规应。脉冲睐了!-f电干，一般if门Yi?一号.ft!干。因此宽带传输系统，连问限幅器和窄带信号通蹄，可以采用。4.5 PLC终端4.5.1 调制对PLC系统，目前采用下列调制方法z单边带(SSB)幅度调制单边带幅度调制。是目前最通用的系统。对这种终端的推荐值，例如SJ/Z(IEC495) 标准:2一l 有间隔的频带以双通路双工电路为例

11、，需要间个标称载波频卒。在饵刀|Jij上有相邻的两个通蹄，在每对通路之间，频率间隔为n-B，比她n?:o4o1、R n B R | B | -n4 | B ! B 在本地终端的最小频率间隔a) 几个终端连接于同一结合装置上:一单通对相邻的发端，或发端和收端，或收端其频率间隔必须等于n.B，比处n二三2。一双通路终端对相邻的发端或收端，其频率间隔必须等于n.B，其中n:2。在相邻的发端和收端之间的频率间隔，必须等于n.B其中n二三4。一多通路终端对多通路终端，其频率间隔，视设备结构而定。如上述，它主要取决于分隔滤波设计。频率设计的方便法则是，使n等于每端的通路数(如果此数为奇数，则频率间隔为n+

12、l)。b) 在本站内，几个终端祸合至线路，且走向不同方:iJ(北和南)于分站上，并无CF旁通。如果分站的衰减在15dB左右，可应用下列法则:发端1，方向N和发端2，方向S，可以紧邻安排，不市通路间隔。1来自N7f向，收端2来自S方向，也可紧邻安排，不必频带分隔。16 5J/2 9099. 87 发端1，方向N和收端2来自S方向，最好按频率间隔.B分开。4.5.3 发送功率按5J/2(IEC495)标准，关于55BPLC终端及其所述定义2峰值包络功率和平均功率之比，将取决于影响复合信号的所有因素(话音电平、有无压扩器、信号数量、类型和电平等)。作为参考资料，比值可假设为，在一般工作条件下为8.5

13、dB5和lodB之间，、当话音通道载有测试信号时，比值可低至3.5dB到5dB。对PLC传输的功年I)W;IJ为了减少从常用的PLC系统，干扰到其他通信系统，有些国家的电信主管部门，对注入线路的最大功率加以限制。注意上述电平，仅指平均载频功率。在设备输出端的发送功率，可能高些，以弥补糯合系统的损耗(典型数值为5dB)。特别规定适用在Jq国家对通常静止的PLC保护系统或对具有临时保护通道的PLC系统。功率匹配在多用途载波系统巾，其可用发送功率，必须仔细分配给不同类型的信号，其分配决远于下列个别副通路的性质g一噪声带宽;一要求的信噪比:一调制方法:基于下列假设s一在载波频率上，所有各个副通路的电压

14、和，应等于发射机的峰值包络功率(PEP)相应的电压。话音限幅器的升高为OdB(允许别种话音通路电平增加的限制器，必须在功率上留以适当余量)。一所有信号通路均采用FM:一所有各副通路的工作范围必须相等(按4.4条，对话音最小5/N比为25dB.对双音信号通路为15dB)。一用50dBF5K通路作为参考通路。功率分配可按下式计算gBd Pr=PpEP 101g I nst I ;十其中zpr为参考通路的信号电平(dBm)PPEP为发端机的峰值包络功率(dBm)Br为参考通路的噪声带宽(Hz)Brc 古十nst为具有规定传输速度的副通路数日(见下表)Bst为具有规定传输速度的副通路噪声带宽(Hz)B

15、ts为电话信号通路噪声带宽(Hz)B a2 A. Br 17 用保守方法，综合副通路电压，而不用功率综合，任何发送端的过载和带来的交调问可避免。结果是复合信号的平均功率，会比PEP低的多，如果允许发送机瞬间过载，还可以分配给全部或某些副通路多些功率从而改善信噪比。根据4.4.3条的理由，有必要对远方保护，给以特殊功率分配。容许的线路损耗在恶劣气候下，容许的线路衰减为:a线，最大为rP.cor SjN最小_a权合一| 无压扩;13i l r i 有压扛-R&N多用瞌况情下，搜身hf功率分配lr十10圄5Pr十13Pr十14Pr+ 16 Pr+4 p , 十5lr十。Pr十。Pr十6Pr十3dBm

16、 lr 平Bre为部份抑制裁频的噪声带宽(Hz)Ba为识青通熙的睐声带宽(Hz)A_l0exp，.?N平jk哩音-lzSJ可纠4E:号通跻)工Gc.10 也-Pr十10，5,_ Ir十23Pr十2.1Pr+2G Pr十。Pr十4lr十5Pr十。l马十3Pr十6见4.4条9099 87 从Pr所有其他画11通路的电千.可汁:算如下:干;/JLlmiTl(47号通路)=15cB ( 从上i:A = 1 0 (无JI扩EE)A 1 (有丹:扩器其中Gc=lO)* lOcxpn=10n 睬;1币;JZr: B (Hz) S .TjZ 1700 3100 2100 OO 320 20 160 80 80

17、 其中:Gc为JK扩器增42(E113)vtl: 5八!min (1i?.) =25dB 一一话音(300-2000日z)话音(300-2400Hz)话音(300-24001-1 z) E再j=20oBd (480Hz) j=2ooB (360Hz) 参考通路(，0B d) j南载频电话信号通路副j=6ooBd j=looBd i=50Bd 18 4.6 部SJ/2白909987 甲才其中:Pr为在终端输出点，参考通路的发送信号电平(见4.5.3条)P.cor为参考通路频带内，电晕噪声电平(见4.3.1条)S/Nmin为数据信号通路中，最低允许的信噪比(S/N)(见4.4.2条)a揭合为在线路

18、一端的糯合损耗(见4.2条)例1PLC终端2正常输出功率=40dBm.(PEP)载频抑制运行方式g仅只话音(3002400Hz) 线电压:400kV , Pcor (4kHz)一10dBmz糯合损耗a糯合-5dB从4.3.1条zP.cor-一10+101g( 从4.4.2条:S/ Nmn 15dB a) 无压扩器:从4.5.3条Pr+15dBm 30H 气). 27dBm 所以:a线，最大.Pr P.cor. S/ Nmin a搞合=+445一(27) 15 5 =22d h) 有压扩器从4.5.3条Pr+24dBm 所以a线，最大-31dB例2PLC终端z正常输出功*=十40dBm(PEP)

19、部份抑制载频:lTrc=200Ifz 运行方式2话音+数据?(300 2400Hz十9个副通路，每个副通路为50dB)线电压:400k V P co r( 4kHz)一10dBm合z糯合损耗a祸合-5clB从4.3.1条p.cor- 27dBm 从4.4.2条S/N min=;:1 5dB a) 元压扩器从4.5.3条Pr- + lldBm 所以a线，最大-18dBb) 有压扩器从4.5.3条Pr=十15.5dBm所以G线，最大-22.5dB所得的容许线路损耗，是在恐劣气候下计算出的，即在此情况下S/N比较差。19 SJ/Z 9099 87 一一一一在设计PLC电路所考帘的线路损耗(应与所考虑

20、线路的计算值比较)，应考虑比容许的线路损耗低几个分贝.因为从公式计算得的线路损耗，未把冰凌情况考虑在内。PLC终端的发送功率，如果预期有较大线路损耗，可以增加一些，或是为了保证适当的传输特性，再计算一下。对高压线，其电晕噪声电平，若比计算假设基础低时，容许线路损耗可增加些。电网结构的不同，有时会对PLC电路增加几分贝的线路损耗。由于线路损耗，如其变化从lodB到40clB，就有必要给PLCl眈端机，加上有琪的自动增益控制，以保持在VF侧有恒定的输出电平。4.7 电源传输在PLC电路上的信息的连续性，必须在电力系统任何紧急情况下得到保证。因此对PLC终端的电惊供给，不能直接取自于主网络，必须从专

21、为通信安装的蓄电池获得。不推荐使用站内电池，因为电池端电压有可能变化，而且这种电池，在开关操作时，一般常会产生瞬间过电压。为本地区电话交换机装置的蓄电池，极适用于此日的，这种电池，必须有适当的容量，在很长期间主能跟关闭之后，仍能馈给所有通信终端机和本地交换机。从电池到各项通信设备，所用的连接导线，必须足够大，以保证在设备终端点，电压降小于lV。在有初级电源可用的国家里，有1到3h的备用己足够，其他电源、如柴油机则无必要。推荐采用48V(50V)正极接地的铅一酸电池，因为48V几乎对P人X业务和其他装置都用，其他电池如锦铺电油等也可用。然而也可用一个逆变器，给载波设备供给交流电，而此道变器则由站

22、电池运转。在逆变器出现故障时，通过高速无中断开关设备，由分站低压交流供电，作为紧急供给载波设备之用。在使用铅院电池情况1，在正常工作时，为了保证电池寿命，由可调整流器馈给电池，提供恒定电压，被认为是可行的好办法。在紧急放电之后，此整流器将以恒流重新给电池充电，以达最高电压，每节2.4V，然后直接充电至恒压。由于长时间维持此高电压是危险的，建议充电电流减至20mA/h后恢复电压至每节2.2V，这一操作，一般由电流测量继电帮提供。5 为取得电力线载波电线特性的客观图像，需要一些测量，特别是在开始建设PLC电路，或是重新安排载频网络时更为需要。不同的测量方法的叙述，努力把安装地点实际困难，考虑进去。

23、阻扰的测量，既可用电流电压法;或是用电桥法，只要用选择计量设备即可。注意，电流电压法，实际是麻烦的，因为需要计算。有些特性会随测量时的气候而变，雨天会增加噪声电平，冰天会增加衰减。衰减也会由于在架空线导线温度变化时线路的dJh比值变化而变(d为PLC导线间的平行距离。h为导线离地的平均高度)。20 9099 87 5J;2 这些特性的测量，一般不能用PLC终端机上的仪器测得。一般都间，检查PLC设备的运行值，以发现载波电路随时间对特性的恶化情况。PLC电路所需要的仪器，列如表Y，其中也给了一般规格和使用方法。主要在一定间隔时和深入考于PLCv 格用应器仪电平振荡器频率s连续调节f=10-600

24、k日z微调f=土5kHz输出阻抗(可用开关换挡)75 , 100 , 150 , 6000 (00-30)平衡最电平，衰减，放大，在MF范CF传输输出电平-60dBm一土20dBm步进。围从lOkHzJU60okHz，宽带或选(电平振荡器及整微调20dB频测量阻抗。电平表)电平表传输标准电平频率范围21OK日z-6ookHz峰声测量测量范围s宽带-60dBm一+4odBm选频测量带宽(3dB)=4oHz 阻带衰减:60dB在土300Hz才在线失真衰减:7odB 输入阻抗(可换档): 75 , 100 , 150 , 600 , 6000Q平衡i则是误差3三二o.2dB 电平振荡部频率连续可调从

25、200-400oHz平衡) 600 输出阻抗(可换挡): 0 (伪a，咽。Ba，句。.51.0dB，3，守O，S1.0dB相地娟合:-.:1顶帽或中相. v 附押，I)III a 13.5dB .中相对中相I._ _., v - - . v 舟押押响节忡，a，甜。dB相相鹅陪二苏5h) 图5最佳祸合方式及模式转换损失c(见表咀相应部分)25 9099 87 二十二二一一a付力口(dB). _. 的附加一一一一合配SJjZ 各种一VI 一数次位换线路的结构及揭合多于2，、牛l 。5 因一一一8 !1 3/一6 。=30Qm到300Qm1M一10!16 。e/一126一126/一12 o/- 3

26、o、aJ p100lm )一一一二、，hU R -12 6 6-12 6 -12 o/- 3 。c)2/一10) 8.5/一110./-4.5 =30、nl;:30) J uu O/ 8) 8.5/一12O/-5.5 5d) ， P:1 000 O/-3 4/-8 4/ 8 4/-sf) O/-3 4/-8 4/-8 4/一5g) 2/一102/一10) 2/一10) 2/-10 Oh) 2/一102/一10) 2/一10) 2a/一10一-一一5i) /. / 10 2/一10) 2/一10) 2/一10z , 8 2/-8 8 Z/ O/-4 o/ ) -J -w 105km.kBz (3

27、3okV) r.fll1U运0.5，1.fmax,1.105km.kHz (-，￥f Cc U, lt立发Rs=OQ R , kQ VI-V 2-10!g(是)叶dB图10 R.且Ol图全电路传CN Z，二R，V, R,5ko 减G总试接线G.C C.D 祸合设备11 输入阻抗Zl的配置一一29 S/Z 9099 a7 一飞出一一附H 考文IECZ 标准50(55) (1970):国际电工词典(I、E、V)第55组，电报和电话标准353(1971) 标准358(1971) 标准481(1974) 标准495(1974) C. C. L T. T 桔皮书，I卷(1976)桔皮书.N卷(1976)

28、CCIR. 第14次全会，绵I卷(1978)lTU. 无线电条例(1975)无线电条例(433437)及(453464) 在1979年11月由WARC(世界无线电管理会议)进行了ICAO (国际民用航空组织): 大会附件10(第1部份).第3.4.1.1至3.4.1.4、3.4.2.1，3.4.3及3.9.1各条.大会附件10第2部份，第33条电信组会议，1978年6月，文件9239一COM78，建议5/3第5.4条30 D 的典型示例5JI2 9099 87 计篝4kHzDl 单回路一平行线电压z线路长度z换位相导线400kv 390km 在130km和260km处有两处两分裂导线n 2 导

29、线直径dc 31.8mm 悬挂高度h 20.6m 垂度s 11.8m 导线间Hr.d .-11. 5m 两根导线直径11.0mm 悬挂高度29.0m 地线糯合方式s相一相D2 话音通路电话信号通路数据信号通路300I-Iz2400Hz Bts 80Hz 2 X 50Bd 1 X 200Bd (480Hz通路间隔)D3 PLC 标称C、f、带宽制方式标称C、f、功率部份抑4kHz SSB 部份抑制十43dBmP、E、PBrc 200Hz. 96kHz 100kHz D4 ;Bi 功罪分配(见4.5.3条)Pr PPEP 1011g 十n叩二儿n叫Jts+A 10 + 儿一A.会-略-2 31 S

30、J/Z 9099 87 一一一z Pr十43-10IgMg+叫苦+句:+4智+10-4239=十4327.15自16dBmPr十lGdBmP50 16dBm P2 0 0十22dBmihsE十16dBmP rc -十20dBmPn -十40dBm(测试Tl工)D5 鳞路费减(见4.2.H器)仰是=1-1-2c十加05.1 段低损耗刑的衰减常数01-7.10-2 ./1 _1.1-_1 二二千气了三十10-3 r dc./n 0 - J =7.10-2 nuv -J J币1 - O. 023dB/km 05.2 模式转换损耗从!号15h)(lc-o1 11 D5.3 附加衰附从表可IGKMHTt

31、。一10clB视地电阻。;肖波频率及d/h比设J.fmax0.5.10km.kHz。线电压为33OV:在此特定情况下:J.fmax 390X104 0.41.105km.kHz 05.4 线路衰减G线=1.1-1-2ac十加-(0.023X390十(2XO)+ (0 10) G线=9dB一-19dB从D.1条所给的线路数拙，导线离地高度的平均值，可以如下计算3h口hs-O.7s20.6(0.7Xl 1. 8) 12.3m d/h比值(d为相邻导线间平行间隔;h为导线离地高度)为d/h11.5/12.3 0.93 对这样的线电茂，d/h比缸，比所期望的高，因此对表飞i所给的句口值，可用计算机验证

32、。由计算机所得结果，说明地电阻应t为300Q，a加=20dB.而非为上述。一lOdB，这也说明用这些参数，所得模式抵消的情况。所以应当选用较低的频率，如80kHz84kHz。对此频率G加=lod日，线路衰减即为2f立=1./十2c十Jm-8十O十1032 SJ/Z .9099 87 一有事吨唱.，线18dBPLC由l路的总相耗sGn、出线十2设备搞合白18+(2X3.5) 25B lir25dB 。6在恶劣气候下电平(4.3.1条)从|绢9在频音频带内(Ba2.1kHz)的电晕曝芦电平。所为zPcor(2.1kHz) lldBm 则在参考通路内的电晕崛声电平:P气。r25dBm / D7 Sj

33、N比(无压扩器)考考通路tm汗通附:SjN参考通路Pr一p.cor一线-a祸合SjN参考涌路口十16一(25)一183.5 =19.5dB SjN1T, Pa Pcor(2.1kHz) n线一孔搞合口十40一(11)一183.5 SjN切;-29.5dB这些数据说明，PLC电路的质量是可以的，1fl还可以用服扩器改善。8用压扩器功配(见4.5.3最)P r -PPEP一101gA 1 Pr +43一101g-_.一I+ ns111 r 80 2 I一十180 =十4321. 37坦十22dBmPr十22dBm尸50-+22dBm P2 0 0十28dBmPls十22dBmPrc +26dBm Pa口+36dBmD9 SjN比(有压扩黯)一问11 Is十r 320 + BEF十Br 80 _. _ -:-_ -十2 A-BP r 古+J12?z，回33 参考通路z话音通路SJ/2 9099 81 S/N参考遇路=Pr一p.cora线_a糯合=十22一(25)一183.5 S/N参考通路.25.5dB 设压扩器的增益约为15dB，主观S/N比为2S/N话40dB一-