16 04 /Декабрь 201416

ПРАКТИКА

Авторы:Чирков А.Г., к.т.н. Чирков Ю.Г.,ООО «Прософт-Системы»,

г. Екатеринбург, Россия.

В 2014 году специалистами инженерной компании «Прософт-Системы» был разрабо-тан 32-командный приемопередатчик АВАНТ К400, дополнивший линейку АВАНТ, ранее представленную ВЧ постом АВАНТ Р400 и ком-бинированным ВЧ устройством АВАНТ РЗСК (ВЧ пост + 4 команды).

АВАНТ К400 представляет собой полно-ценное дуплексное устройство передачи ава-рийных сигналов и команд (УПАСК), имеющее исполнения по ВЧ каналам, волоконно-опти-ческим линиям связи (ВОЛС) и мультиплекси-руемым каналам по стандарту С37.94.

Авторы данной статьи хотели бы не толь-

ко представить новинку, но и донести до ши-рокой аудитории весь спектр возможностей серии АВАНТ, включая конструктивное испол-нение, технические характеристики и особен-ности эксплуатации.

Единая аппаратная платформа АВАНТВ результате комплексного подхо-

да к конструкции приемопередатчиков, все устройства АВАНТ построены на единой аппа-ратной платформе (рис. 1), которая состоит из неизменяемой и трансформируемой частей.

Первая включает корпус 6U 19’, блок пи-тания, блок сигнального процессора и мо-дуль подключения и сигнализации. Вторая –

РЗА

НОВЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ КАНАЛОВ СВЯЗИ РЗ И ПААннотация: описывается конструкция приемопередатчиков АВАНТ Р400, АВАНТ РЗСК, АВАНТ К400, приводятся их основные технические характеристики, особенности эксплуатации, а также варианты применения в системах связи, дающие существенную экономию оборудования и частотного спектра ВЧ каналов без снижения надежности систем РЗ и ПА.

Ключевые слова: релейная защита (РЗ), противоаварийная автоматика (ПА), дифференциально-фазная защита (ДФЗ), направленная защита (НЗ), высо-кочастотная (ВЧ) связь, ВЧ пост, устройство передачи аварийных сигналов команд (УПАСК), волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), мультиплек-сированные каналы связи, интерфейс С37.94.

Рис. 1. Аппаратная

платформа АВАНТ для

построения устройств

связи РЗ и ПА

ПРАКТИКА

17научно‑практическое издание

ВЧ блок линейной части с усилителем мощности, линейный фильтр и диф-систему, оптический модуль ВОЛС и С37.94 (вместо ВЧ блока), модули сиг-налов защит, модуль сигналов команд и др.

Чтобы выполнить ВЧ пост (Рис. 2), необходимо дополнить неизменяе-мую часть (корпус, блок питания, блок сигнального процессора, модуль сиг-нализации) ВЧ блоком и модулем сиг-налов защит.

Рис. 2. ВЧ пост АВАНТ Р400

Чтобы выполнить комбиниро-ванное ВЧ устройство АВАНТ РЗСК [1] (Рис. 3), нужно дополнить ВЧ пост АВАНТ Р400 блоками сигналов команд.

Рис. 3. Комбинированный ВЧ пост +

дуплексный УПАСК на 4 команды АВАНТ РЗСК

Для создания УПАСК на 32 ко-манды, работающего по ВЧ каналу, не-обходимо дополнить неизменяемую часть ВЧ блоком и двумя модулями сигналов на 16 команд каждый. Чтобы получить облегченное 16-командное устройство (Рис. 4), достаточно одно-го такого модуля.

Если вместо ВЧ канала исполь-зуется ВОЛС или канал связи через мультиплексор, тогда ВЧ блок заменя-ется на оптический модуль.

Технические возможности АВАНТ, работающих по ВЧ каналу

Выделим ряд ключевых харак-теристик представителей семейства АВАНТ. Во-первых, это ширина полосы частот в ВЧ канале. Ее величина одна и та же для всех устройств АВАНТ – 4 кГц. Данное значение позволяет разме-стить дуплексный АВАНТ в частотном спектре на месте одного симплексного ВЧ устройства без изменения общего частотного плана, что весьма актуально при общем дефиците частот. За счет это-го освободится как минимум одна поло-са 4 кГц, и ее можно будет использовать при дополнительном резервировании сигналов или команд релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автоматики (ПА). В случае применения АВАНТ РЗСК освободившихся полос по 4 кГц может быть еще больше – две, а на линиях с от-пайками – три!

Другие характеристики, такие как мощность ВЧ сигнала (40 Вт), чувстви-тельность приемников ВЧ поста (до -20 дБм) и УПАСК (до -28 дБ), их избира-тельность, позволяют внедрять устрой-ства АВАНТ как вместо аналогов, так и в рамках новых проектов.

Еще одна важная особенность приемопередатчиков заключается в технологии формирования ВЧ сигнала. Он создается непосредственно в бло-ке сигнального процессора с подавле-нием паразитных гармоник, благодаря чему после усилителя мощности выход-ной ВЧ сигнал практически не содержит внеполосных излучений. Особенно это проявляется при совместной работе ВЧ постов с терминалами дифференци-ально-фазной защиты (ДФЗ).

Низкий уровень внеполосных из-лучений на выходе усилителя мощно-сти позволит применить конструкцию линейного фильтра, осуществляющую его перестройку во всем диапазоне рабочих частот (20…1000 кГц) на од-ном и том же «железе». При этом сам процесс перестройки частоты прост и при определенных технических на-выках специалистов может осущест-вляться прямо на объекте. Это ведет к сокращению времени при наладке и обслуживании, особенно на удален-ных объектах.

Технические возможности АВАНТ, работающих по цифровым каналам

Использование цифровых ка-налов связи позволяет осуществлять передачу сигналов защит и команд РЗ и ПА одновременно, причем со значи-тельным, по сравнению с ВЧ канала-ми, уменьшением времени передачи команд – до 10 мс.

Исполнение приемопередатчи-ков АВАНТ для работы по ВОЛС или С37.94 конструктивно выглядит так же, как и по ВЧ каналам. Единственное: вме-сто ВЧ блока на то же посадочное место в кейсе могут быть поставлены два оп-тических блока, в каждом из которых устанавливается либо многомодовый трансивер (для С37.94), либо одномо-довый сменный оптический модуль SFP (для ВОЛС). Причем конструкция оптического блока позволяет исполь-зовать сменные SFP модули на любые из возможных длин волн, а также опе-ративно менять SFP модули прямо на работающем приемопередатчике.

Основные варианты применения

1. Решения для высокочастот-ных защит линий 110-750 кВ

Традиционное решение по защи-те линий электропередачи с нулевой выдержкой времени на отключение (Т=0) состоит из приемопередатчика АВАНТ Р400 и устройства защиты, вы-полненного на электромеханических реле, полупроводниковой элемент-ной базе или микропроцессорах.

РЗА

Рис. 4. Дуплексный УПАСК на 32 команды АВАНТ

К400

ПРАКТИКА

04 /Декабрь 201418

Для двухконцевых линий предусматривается два варианта применения:• установка АВАНТ Р400 по обоим кон-

цам линии;• на одном конце устанавливается

АВАНТ Р400, на другом – любой из ВЧ постов: ПВЗУ-Е, ПВЗ-90, АВЗК-80, ПВЗЛ.

В первом случае при обмене ВЧ сигналами канал передачи мож-но отделить от канала приема. Так, передатчик будет меньше влиять на приемник. Кроме того, сократится ко-личество искажений при передаче фа-зы в режиме ДФЗ.

Во втором варианте характе-ристики АВАНТ Р400 (выходная мощ-ность передатчика, чувствительность приемника, полоса приема, а так-же параметры автоконтроля) будут полностью соответствовать характе-ристикам ВЧ постов (ПВЗУ-Е, ПВЗ-90, АВЗК-80, ПВЗЛ).

На линиях с отпайками (рис. 5) на одном или нескольких концах (в любых сочетаниях) может устанав-ливаться АВАНТ Р400, на остальных концах – однотипные ВЧ посты (для совместимости по автоконтролю) из перечисленного ряда: АВАНТ Р400, ПВЗУ-Е, ПВЗ-90, АВЗК-80, ПВЗЛ.

2. Решения для комплексной защиты ЛЭП с передачей сигналов ДФЗ и дискретных команд по ВЧ ка-налу 4 кГц

В качестве каналообразующе-го дуплексного устройства для пере-дачи сигналов ВЧ защит (ДФЗ, ВЧБ) и дискретных команд (до 4-х) может применяться АВАНТ РЗСК (рис. 6). Дан-ное решение предусматривает суще-ственную экономию единиц оборудо-вания и частотного спектра.

Для повышения надежности си-стемы защиты ВЧ канал может быть полностью продублирован таким же приемопередатчиком на другой ча-стоте. В этом случае, экономия обо-рудования и полос 4 кГц частотного спектра, по сравнению с традицион-ными решениями, предусматрива-ющими раздельное использование

РЗА

ВЧ постов и УПАСК, полуторакратное. При этом достигается полное дубли-рование всех передаваемых сигналов.

Решение, представленное на рис. 7, предназначено для организа-ции ВЧ каналов связи для защиты па-раллельных (двухцепных) линий, оно существенно экономит количество приемопередающей аппаратуры и ча-стотного спектра ВЧ каналов, не сни-жая надежности работы системы РЗ.

Передача сигналов защит ДФЗ (или ВЧБ) и дискретных команд РЗ осу-ществляется в одной полосе частот, сигналов ВЧ защит ДФЗ (ВЧБ) – непо-средственно по защищаемой линии.

Команды РЗ могут передаваться одновременно по защищаемой и па-раллельной линиям, обеспечивая тем самым высокую надежность работы системы РЗ.

Полоса частот, используемая для передачи сигналов защит и ко-манд в двух направлениях по каждой

линии – 4 кГц.Передача сигналов ВЧ защит и

команд может осуществляться как по-рознь, так и одновременно. Время пе-редачи команды 22 мс, при работе со-вместно с ДФЗ – от 22 до 28 мс.

В 2012 году произведена ре-конструкция двух параллельных ли-ний 110 кВ «Скопин-Заречная» с за-меной защит и приемопередающих устройств [2]. В качестве приемопе-редатчиков были применены АВАНТ РЗСК. Данное решение позволило в три раза сократить количество при-емопередающей аппаратуры и число ВЧ каналов по 4 кГц каждый, без сни-жения надежности работы системы РЗ.

3. Передача/прием команд РЗ и ПА по ВЧ каналу в полосе 4 кГц

При работе систем РЗ и ПА тре-буется передача большого количества дискретных сигналов (команд) между объектами.

Рис. 5. Применение АВАНТ Р400 на линиях с отпайками

Рис. 6. Передача в одном ВЧ канале сигналов защит и команд РЗ (двух- и трехконцевые линии)

ПРАКТИКА

19научно‑практическое издание

РЗА

Команды РЗ, такие как телеот-ключения, телеускорения, разреша-ющие команды токовой защиты, пе-редаются в пределах защищаемого участка линии в момент комплексной защиты (КЗ) и имеют больший прио-ритет по сравнению с командами ПА (САОН, АЛАР,УРОВ, АЧР и др.).

Дуплексная передача команд РЗ и ПА, по 32 в каждую сторону, может выполняться с помощью АВАНТ К400 в ВЧ канале с общей шириной полосы частот 4 кГц. При этом в каждую сторо-ну организован канал передачи 2 кГц со смежным (встык) расположением полос (рис. 8). Время передачи команды от пе-редатчика к приемнику – 25 мс.

При необходимости переда-вать команды только в одном направ-лении можно применить комплект устройств, состоящий из передатчика и приемника (рис. 9). В данном случае ВЧ канал становится симплексным, а АВАНТ К400 выполняет функции пере-датчика либо приемника команд, при-чем он может работать также в режи-ме совместимости с аналогичными ВЧ устройствами – УПК-Ц, АКА КЕДР, АКПА, АНКА-АВПА, ВЧТО по частот-ному диапазону, частотному плану, уровню ВЧ передачи и чувствительно-сти приема.

4. Передача и прием команд РЗ и ПА по цифровым каналам связи

Для передачи команд РЗ и ПА по цифровым каналам связи исполь-зуется специальное исполнение устройства АВАНТ К400. Связь может осуществляться как по выделенным каналам ВОЛС, так и по специализи-рованному оптическому цифровому интерфейсу С37.94, предназначенно-му для стыковки с мультиплексорами, имеющими аналогичный интерфейс.

АВАНТ К400 может передавать и принимать по 32 команды, имеет два слота для организации двух независи-мых каналов передачи/приема.

Данное устройство позволяет реализовывать различные схемы со-единений для дуплексной передачи команд РЗ и ПА по выделенной ВОЛС, такие как «точка-точка», «точка-точ-

Рис. 9. Симплексная передача команд РЗ и ПА в полосе частот 4 кГц. Совместимость

с другими ВЧ устройствами

Рис. 7. Организация каналов связи для КЗ параллельных линий электропередачи с передачей

сигналов ДФЗ и дискретных сигналов команд по ВЧ каналу 4 кГц

Рис. 8. Передача/прием 32 команд в полосе частот 4 кГц

20 04 /Декабрь 201420

ПРАКТИКА

ка» с резервированием (рис. 10) «двунаправленное кольцо» (рис. 11), а также симплексный канал «точ-ка-многоточка» с резервированием. В послед-нем случае применяется оптический разветви-тель – сплиттер.

Также можно организовать комбинирован-ные цифровые каналы связи для РЗ и ПА по раз-ным средам передачи в том случае, если один слот работает по выделенному оптоволокну, а вто-рой – по мультиплексированным каналам (рис. 12).

Иерархии цифровых каналов передачи ко-манд по интерфейсу С37.94 определяются возмож-ностями используемых мультиплексируемых кана-лов связи. Если с помощью SDH мультиплексоров можно организовать лишь соединения «точка-точ-ка», «линия» и «кольцо», то с применением АВАНТ К400, интерфейсов С37.94, IP мультиплексоров и выделенных ВОЛС можно создать полностью изо-лированную цифровую систему передачи данных для нужд РЗ и ПА со структурой любой сложности.

Особенности эксплуатацииПриемопередатчики серии АВАНТ – АВАНТ

Р400, АВАНТ РЗСК и АВАНТ К400 – выполнены на сигнальных процессорах и микропроцессорной технике. В качестве аналоговых элементов исполь-зуются только усилители и пассивные фильтры простой конструкции. Основные функции, такие как формирование передаваемого сигнала и при-ем сигнала с противоположного конца, целиком

выполнены программным образом. В процессе работы устройств в ВЧ канале

производится автоматическое измерение параме-тров передаваемого ВЧ сигнала (отдельно по току и напряжению), осуществляется контроль входно-го сигнала и контроль уровня помех. За счет этого осуществляется постоянный мониторинг исправ-ности оборудования и качества канала связи. Фик-сируются такие состояния, как «сигналы в норме», «повышенный шум в канале», «повышенное сопро-тивление – обрыв канала», «пониженное сопротив-ление – КЗ в канале».

Постоянный контроль качества присоеди-нения, стабильности установленных параметров оборудования и исправности канала связи по-зволяет своевременно выявлять неполадки и в случае необходимости проводить восстанови-тельные работы. При отсутствии проблем с обору-дованием в процессе эксплуатации, профконтроль в большинстве случаев может осуществляться автоматически.

В результате существенно увеличивается не только период межпроверочных циклов (с 3 до 6 лет), но и срок службы оборудования (до 25 лет и более).

Таким образом, с помощью представленного унифицированного семейства приемопередатчи-ков АВАНТ можно решить практически все задачи организации связи для систем релейной защиты и противоаварийной автоматики как на высоко-частотных, так и на цифровых каналах. Оно предо-ставляет уникальные возможности не только для модернизации существующих каналов связи, но и для проектирования новых.

Литература1. Скитальцев В.С., Кузьмина Т.П., Чирков А.Г., Чирков Ю.Г. Новый приемопередатчик сигналов и команд релейной защиты АВАНТ РЗСК // Энергетик. – 2012. – №1. – С.13-16.2. Веселов П.К., Лейман Р.Э., Скитальцев В.С., Вершинин А.С. Применение ВЧ приемопередатчика АВАНТ РЗСК для защиты параллельных линий электропередачи // Релейная защита и автоматизация. – 2012. – №4. – С. 52-54.

РЗА

Чирков

Алексей Геннадьевич

Год рождения: 1959 г.р.,

в 1981 году окончил

Уральский политехни-

ческий институт

им. С.М. Кирова по

специальности «Радио-

приемные устройства»,

заместитель генераль-

ного директора по энер-

госвязи ООО «Прософт-

Системы».

Чирков

Юрий Геннадьевич

Год рождения:1966 г.р.,

в 1988 году окончил

Уральский политехни-

ческий институт им.

С.М. Кирова по специ-

альности «Конструиро-

вание и производство

радиоэлектронной

аппаратуры», в 1995 году

защитил диссертацию

на тему «Разработка

методов и алгоритмом

интерполяционного

дискретного преоб-

разования Фурье и его

приложения», руководи-

тель группы разработки

отдела энергосвязи

ООО «Прософт-Систе-

мы».

Рис. 11. Двунаправленное кольцо

для передачи команд РЗ и ПА по

выделенному каналу ВОЛС

Рис. 12. Комбинированный цифровой канал связи для

РЗ и ПА по выделенному каналу ВОЛС и SDH кольцу

Рис. 10. Дуплексная передача 32 команд РЗ и ПА по выделенному каналу

ВОЛС с возможностью резервирования