DL Z 790 14-2002 Distribution automation using distribution line carrier systems-Part 1-4 General considerations-Identification of data transmission parameters concerning medium an.pdf

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1、DL/ Z 790.14一2002前言随着我国城乡电网改造事业的发展，对配电自动化的要求已日益迫切。与传输配电自动化信息的其他通信方式相比，配电线载波可以降低建设投资和运行费用，便于管理，是一种经济实用的通信方式。但由于配电网结构复杂，信号传输衰减大，采用配电线载波在技术上有一定难度。国外在20世纪70年代开展了这方面的研究工作，并有相关产品问世。我国在20世纪90年代也开展了这方面工作，在一些城市进行了试点。从1995年起，国际电工委员会陆续发布了IEC 61334系列的国际标准或技术报告。将这些文件采用为我国的标准文件对于我国这方面工作的开展有很好的指导意义，便于和国际接轨。IEC 613

2、34采用配电线载波的配电自动化是一个标准文件系列，包含以下五部分:IEC 61334-1第1部分:总则IEC 61334-3第3部分:配电线载波信号传输要求IEC 61334-4第4部分:数据通信协议IEC 61334-5第5部分:低层协议集IEC 61334-6第6部分:A-XDR编码规则每一部分又包含若干部分，到制订本部分时止，已有20个发布。这些文件将逐步被采用为我国电力行业标准或标准化指导性技术文件。第1部分包含以下三部分:IEC 61334-1-1: 1995配电网自动化系统的体系结构IEC 61334-1-2: 1997制订规范的导则IEC 61334-1-4: 1995中低压配电

3、线载波传输参数本指导性技术文件等同采用IEC 61334-1-4: 1995采用配电线载波的配电自动化第1部分:总则第4篇:中低压配电线载波传输参数(英文版)。IEC 61334-1-4是IEC的技术报告。根据我国规定，现以标准化指导性技术文件形式出版。为便于使用，本指导性技术文件作了下列编辑性修改:原文第1章标题为“范围和目的”，本文件按我国标准编写规定改为“范围，。-IEC 61334-1-4英文层次为Part 1的Section 4。现在本文件的层次已定为“第1-4部分”，英文名称中层次写法也相应修改为Part 1-40 3.2第3段有关变压器的传输传递函数的原文说明和8页图2c的原文标

4、题不一致。前者说图2c是低压侧注人信号，中压侧接收;后者说图2c是中压侧注人信号，低压侧接收。总体看来，图2c的原文标题错误，本文件予以改正。IEC 61334-1-4总结了一些欧洲国家在典型情况下对中压、低压配电线进行载波传输参数测试的结果，归纳出具有代表性的结论，对配电线载波系统设计很有帮助。但我国配电网实际情况和国外不尽相同，这会影响载波传输参数。例如，lOkV配电线中性点在我国一般不接地，在欧洲则一般接地。使用本文件时，应注意结合我国配电网的特点，进行必要的测试，并积累分析测试数据，以便今后制订更符合我国实际情况的中低压配电线载波传输参数标准文件。本指导性技术文件仅供参考。有关对本指导

5、性技术文件的建议和意见，向中国电力企业联合会标准化中心反映。本指导性技术文件由全国电力系统控制及其通信标准化技术委员会提出并归口。本指导性技术文件由国家电力公司电力自动化研究院负责起草，东方电子信息产业公司、北京四方继保自动化公司、鲁能积成电子公司、国电南京自动化公司参加起草。本指导性技术文件主要起草人:陈道元、刘东、任雁铭、王良、刘云。DL/ Z 790.14一2002采用配电线载波的配电自动化第1-4部分:总则中低压配电线载波传输参数1范围本指导性技术文件总结了一些欧洲国家为评估在中压(My)和低压(Lv)配电线上传输配电自动化系统数据的能力而进行的测试研究的结果。测试研究工作是在数量不多

6、但很典型的情况下进行的。可以认为本部分中的结果对于所有类似情况具有代表性。这些结果以传输参数形式表述，见第z章。这些参数对配电线载波系统的设计很重要。2传输参数中压和低压配电线主要用于输送50 Hz或60 Hz大功率电力，用于载波通信有一定困难。电力负载和配电网结构变化会影响信号衰减和噪声电平，使传输质量随着载波频率、时间和所在位置而变化很大。此外，由于在电缆和架空线的连接点、线路分支点等地方阻抗失配严重，不能将配电线看作均匀的传输介质。线路的不均匀会使信号产生反射、附加衰减和相位失真。虽然通道特性随着时间和地点的改变难以预计，在配电网上进行的研究工作还是提供了足够信息，有利于经济地解决这些问

7、题。首先，已经知道了信号通过配电网的单个元件(如电力变压器、电容器组、电缆、架空线、电压电流互感器等)的传输性能。元件的特性可以由以下参数确定:阻抗频率特性，Z(f);传输频率特性，H(f)o注:传输频率特性的模数是接收信号和发送信号的幅值比，相位是接收信号和发送信号的相位差。其次，也知道了两个祸合点(例如信号的发送点和接收点)之间的配电线段的传输性能。从信号传输观点看，有两种情况要考虑:两个藕合点是连接的，还是不连接的。前者是两个祸合点之间通过导体连接，或通过适当的设施(例如旁路)保持传输的连续性。后者是两韧合点之间既不通过导体连接，也不能保持传输的连续性。两个连接的藕合点间的传输参数是:各

8、祠合点的阻抗:频率和时间的函数Zc(f,t)两个藕合点间的传输传递函数:频率和时间的函数Hc(f,t)注:传输传递函数的模数是接收信号和发送信号的幅值比，相位是接收信号和发送信号的相位差。各藕合点的噪声:频率和时间的函数Nc(f, t)两个不连接的藕合点间的最重要的传输参数是:两个不连接的祸合点间的串扰传递函数:频率和时间的函数DL/ Z 790.14一2002CC(f,t)注:串扰传递函数的模数是接收信号和发送信号的幅值比，相位是接收信号和发送信号的相位差。可以通过模拟实际通道的数学模型用这些参数评价通道的性能。配电网主要元件的传输参数3.1电容器组为补偿无功功率，在高压/中压和中压/A压变

9、电所的中压母线上常安装着电容器组。这些电容器在50 kHz附近具有非常尖锐的谐振频率特性，谐振阻抗很低，约0.01 a(图1曲线a)。这表明，如传输信号的频率离开谐振点，阻抗会迅速增加。产尸产介一1卜之匕一LI-I -X/“j今/食/洲声一 月盯x Y砂月尸。护尸/分力r一z义/六分冲i/1lI。/一l一丫一/!l氏);了/、/“口I!/一日、一(尸门一.一.一.i一口二。袄-垢日。中压电容器。带1. 5m接级的中压电容器低压电容器带1. 5m接级的低3 5颇率(kHz)压电容器图1中压/氏压电容器组阻抗和频率关系典型示例曲线b是同一个中压电容器组带着外接线(约1.5 m)的典型特性。这时谐振

10、点降到30 kHz左右，阻抗频率特性改善很多。事实上，电气外接线的长度一般大于1.5 m,频率谐振点会降到30 kHz以下，采用50 kHz以上的频率是可以工作的。因此，中压电容器组不致大量吸收传输信号。这表明，频率范围在50 kHz以上时，无需为中压电容器组加装阻波器。低压电容器组的情况和中压电容器组相似，只是谐振频率点更低一些。图1中曲线c是带着很短的外接线的低压电容器组的典型特性，曲线d是带着约1.5 m外接线的低压电容器组的典型特性。外接线的长度实际上大于以上数值。而且，在任何情况下，只要在外接线外面加上磁性材料的环，电气长度就可以增加，使阻抗达到足够数值(20 n-30 a)，不会影

11、响信号传输。3.2变压器变压器在其中压线路连接点呈现为随频率变化的阻抗。图2a为中压/低压变压器在次级空载和短路两种不同情况下的阻抗和传输频率的关系。在10 kHz-200 kHz范围内阻抗是电容性，随频率上升而降低。中压刁氏压变压器谐振频率点一般在10 kHz以下。虽然变压器型号和电压等级不同，数值也会不同，还是可以提出阻抗值参考范围，即1 kf1-50 kfl，远大于线路特性阻抗范围30 0-y 150 S1。因此，在20 kHz以上，变压器对传输性能没有什么影响PDL/ Z 790.14一2002在约10 kHz-20 kHz范围以下，信号通过单相电力变压器不会衰减很多。这时，中压线路上

12、的信号可以容易地传到低压侧。对于三相变压器，信号的传输决定于绕组的结构。图2b是变压器的传输传递函数随频率变化示例，中压侧发、低压侧收。图2。是低压侧发、中压侧收的变压器的传输传递函数。测试时以1500为负载，这是架空线的典型阻抗值。这样看来，以一个单频信号覆盖中压和低压配电网是可能的:在高压/中压变电所的中压母线上注人信号，在连接在低压电网的设备(例如电子计量设备)上接收。但是，由于以下原因，这种显然有利的情况难以实现:变压器中压侧终接线路阻抗时介人损耗很大，难以用适当功率从低压侧向中压侧发送信号;频率在20 kHz以下时噪声电平很高;配电网上一般装有电容器组(见3.1)，在这频率范围内呈现

13、低阻抗，需要装适当的阻波器以防止信号旁路。在约10 kHz-20 kHz范围以上，由于变压器两个方向的传输衰减都大，以及电容器组的存在，变压器实际上阻塞了信号。因此，需要装设旁路以保证信息可以在中压和低压电网之间传输。根据使用要求，旁路可以是无源式的或有源式的。前者指在中压和低压电网上进行同一个通信过程;后者指在中压和低压电网上各进行独立的通信过程再对两者加以处理。3.3电缆中压电缆:对于不同制造厂、不同介质材料、不同金属成分和导体截面35 mm2-240 mm2的中压电缆进行了大量试验。根据试验结果可以认为:中压电缆的特性阻抗为20 f2-40 SZ;终接特性阻抗时，在20 kHz-200

14、kHz范围内，衰减为1.5 dB/km-5 dB/km.低压电缆:包括三相四芯电缆和架空电缆在内，特性阻抗为40 SZ-120 SZ。终接特性阻抗时，在20 kHz-200 kHz范围内，衰减为2 dB/km-10 dB/km:一次电阻 123蔚心一次电抗空软短路 中压/低压变压器100 WA “ 15 kV/400 V二次曰六门口门丫减巨习Xi阿卞娜cv门丫、云划口到门n，阅卜巨口/乙飞以_/曰洲囚丸口仁二门/仄洲匕口二口4-i队盯卜甲丈)一口L口广-仁二二二0一次一编国10 3 5 10绷率(kH.)图2a中压月氏压变压器阻抗和频率关系典型示例口洲2790一4|2002川】川U,=认K一i

15、一川衬拼川一厂又从日】!川川l撇!川一川!川入!.l!lr-!IIr一lII广ll1ni!1!1一ill1!l1一一lIlll厂!lIl1川1】11!IIII I I!1一1.1.IIIIlIl.!I.厂11nIiii!1!一一一.lI川U,六1尸川一川，;I，幼、1附丫.J11.一!少11ll。l一。冷刀卜l。咖1!习酬.l砚删阴(喇川粗l凡r7il iIiIIV叮万工!【1困Zb15 kV/400 V妮54一-国P任报R= 150Q丹栩盔翔翎冷翩眺娜潜翻博粉随知宜1丹翎遭用卜命咖渝翎自搜冲益丹漆浙书外叔率(kHz)图2b中压月氏压变压器转换函数典型示例中压侧注入信号(相地棍合).低压侧测量

16、【相中性点辊合)益瑟猫玲.15 kV/400 V一15一25二习口1mi下刃曰Pi日1日1川匕一日)匕创目川!计 Uc厂11!川P7爪一川川l川囚了门、l川日洲(闺P)任姻吸I川川U1.厂八厂从川网琳机从产，日入比I八k/又!少1l一!1wV!W口!l1川巨5r巴目2790一4|2D02频率(kHz )图2C中压月氏压变压器转换函数典型示例一一刊氏压侧注入信号(相中性点祝合卜中压侧测量(相地藕合)困黔丹阁互翔翔冷栩串琳浴翩搏粉随知渔1渝阳宜解卜命巾盆丹醉浙兹玲.丹栩宜丝冲益阵猫外DL/2790.14一2002中压电网终接特性阻抗的均匀线路的衰减等于线路损耗。中压电网一般由架空线和电缆组成，对于

17、通信来说不是均匀线路，在架空线和电缆的连接点以及线路的分支点都会有严重的阻抗失配现象发生。在20kH2一ZookHz范围内，由于中压刁氏压变压器对信号的介入损耗大(一般大于30dB)，具有去祸作用，中压电网的传输性能不大受用户负载的影响，但受中压月氏压变压器和电容器组负载的影响。藕合点的阻抗zC(f)主要决定于周围配电线的布置和线路的特性阻抗。图3a为连接于长架空线中心附近的中压刁氏压变电所的相地特性阻抗典型模值。尸才、-一产尸产尸/尸/.，目 一口侣侧5354555657585960616263骊率(kHz圈3a连接于一段长架空线中心附近的中压月氏压变电所招合点阻抗和频率关系示例【相地藕合)

18、图3b为中压月氏压变电所通过电缆连接架空线时相地特性阻抗典型模值。/一入/厂C编四绷率(kHz)图3b中压月氏压变电所通过电缆连接架空线的藕合点阻抗和频率关系示例(相地招合)图4a为20kHz一200kHz范围内中压电缆的衰减值。图4b为衰减和距离的关系。图4C为在几个变电所测得的相地祸合方式的衰减曲线，包括结合设备衰减在内。图sa为在中压电网上测得的噪声和频率的关系。噪声包括宽带骚扰(有衰减的暂态波和脉冲信号)和窄带骚扰(已调制或未调制的载波及其谐波)。在3kHz频带内测得的噪声电平随频率升高而下降。在40kHz一95kHz范围内，平均噪声电压约为有效值ZmV。DL/ Z 790.14一20

19、021气、女气心么夕三称.夭气之乏匕，9忍粗喇-一平均卜8D -平均值一一平均价8D孩$(kH.)图4a中压电网f地下电统)的衰减和频率关系示例夔虹之)、一91 kHz_2/-_洲尹J尸、.之万.叫L笋刊:夕尸八爪3 kHz、，、产尹.0八U.，吕(目P)笼拐BOD 1000 1200 14001600An 09 (m)1800 2000图4b中压电网(地下电缆)的衰减和距离关系示例(田忍任解-70站圈4c连接子一根中压电统的6个中压对氏压变电所的衰减和距离关系示例-每个变电所注入信号，其他变电所测量(相地藕合)DL/ Z 790.14一2002厂川厂川口以I川栩-一议1、.-1-卜户、渊川、

20、侧二71入1川!川、之夕刁川刁口U曰卜/A闪忍卜护极价_平均值+8D一一一平均值狱率(kHs)/带宽3kHs平均值-8D圈5a中压电网(地下电缆)的噪声电平和频率关系示例图5b为在不同变电所内侧得的噪声。可以看出，在30 kHz以上，一般可认为噪声电平在可接受范围内。在阻抗75 n,频率70 kHz(带宽4.8 kHz)和90%的时间内，典型值小于有效值7 mV。而在2%的时间内，夹杂有高功率的随机脉冲群。Or，户，tes一，se份，一10二:口的卜、A目忍睁钾傲舒-70-80变电所代号频率60 kHz/带宽1. 7 kHzHV/MV 1944圈5b连接于一条中压架空线的6个中压月氏压变电所的

21、嗓声电平示例(相地藕合)两段断开的线段之间的申扰衰减的范围为35 dB-40 dB。串扰对信号传输的影响不大，不需要对配电网进行任何改造。中压电网是一个带有阻抗失配的介质，线路上有驻波现象，衰减会因此而增加约10 dB-20 dB以上。为降低阻抗失配的影响，有的中压护低压变电所需要加装电阻性负载，使中压电网能适应通信介质的要求。5低压电网供电部门使用的配电线载波频率范围为3 kHz-95 kHz。由于电力负载直接连接在低压电网上，没有任何去韧设备，低压电网信号传输受负载的影响很大。但低压电网一般不受驻波影响。否则，驻波会使祸合点阻抗在约2。一120 dl大范围内波动，使衰减增加很多，约5 dB

22、/100 m-10 dB/100 ma图6a和66为典型的地下电缆网和架空线的祸合点阻抗随频率变化的情况。图7为地下电缆连接的两个相距500 m的变电所之间的线路最大、最小衰减与频率的关系。DL/279014一2002门口口曰曰门曰门曰口曰门口曰口叮口门口口门曰门门门曰口门门7日门口日口口口目目曰口口门口口口冈日日口门口阅口厂曰曰门曰门口门日曰日一一下亡二二尺口冈日日口日厂日叮t，厂日日日曰口曰护勤203040506070809000110120130140150160170180190颐率(kH七)图6a低压电网(地下电缆)的稠合点阻抗和频率关系示例(相中性点藕合)曰曰下曰下口口曰厅门曰刁口

23、闪口口团下月曰四曰以网国曰国曰闷曰曰/曰尸曰厂冈门门因/口门门曰门同曰口目目曰曰口口1】.吐种J二二刁卜翎虱t曰门曰门口卜理卜一广一rwell阵甲刁一习二二习二习卜一一内门口r门叮一几区二l1-门)一卜一州卜月叫卜州r1 1)1l一1甲巴困.甲，r一一.F(U)侣日奴串(kHZ)图6b低压电网(架空线)的藕合点阻抗和频率关系示例相中性点祸合)从洲尺习匕J卜高值一1匕一洲卜I洲护尹扮、戒一r【飞.l/队_一一月r一曰入刁、，犷又亡箩，1一产月翻率k爪)圈7长度达500m的低压地下电缆的衰减和颇率关系示例(相中性点藕合)图8为这条线路在lookFlz频率点24h内的衰减变化情况。图9为一条架空线在

24、信号注入点不同距离处测得的线路衰减和距离的关系。图10为一个建筑物内部各楼层的线路衰减和层次的关系。图lla和llb为以500比带宽的接收机在低压电网裸架空线上测得的噪声分布。噪声包括宽带骚扰DL/ Z 790.14一2002二:-60-70尸行尸、月口口叮门一刊、一一J-目目一门曰日口曰口门曰口门门门4O50一一田忽盛洲18 20 22 24B 8 10 12一天时间(卜)图8长度达500 m的低压地下电缆的衰减和一天时间关系示例(相中性点藕合)尹一洲么心一子夕二多芬/J/夕长声厂产碑洲/叮乡/尹声产r乙多李声澎爵/J彩乡产Z(国P)翅梢+60 kHz +70 kHz -A-80 kHz -

25、ego kHz距离cm图9低压架空线衰减和距离关系示例相中性点藕合)顶层一尸/夕Z/颇率100kH“./一2/产v.名哑四娜衰减(dB)图10一个建筑物内低压电缆在不同楼层的衰减示例(底层注入信号。相中性点藕合)(有衰减的暂态波和脉冲群)和窄带骚扰(已调制和未调制的载波及其谐波、电视的行频率)。图lla为噪声电平和频率的关系曲线。图llb为80 kHz点噪声电平概率的时间分布曲线。可以看出，在50 kHz以上，一般可认为噪声电平在可接受的范围内。在频率70 kHz(带宽500 Hz)点，在90%的时间内，噪声电平典型值低于有效值1 MV.DL/ Z 790.14一2002带宽500H，_斌儿畔认;，;，!，尤尤，、，刀_L”V气恻V丫.呷诩洲附UU卜叫网勺入刀(A田P)件砰极毖)00)50200绷率(kHz)250图lla低压电网(架空线)的噪声电平和频率关系示例(相中性点藕合)、二次甲研举嘴声电平(dBV)侧试周期z4 h信号绷率e0 kHz图llb低压电网(架空线)的噪声电平概率分布示例相中性点藕合)11