"Новости Электротехники": "Энергетика и Электротехника

< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал №6(18) 2002 -
1(19) 2003

Передача информации по силовым кабельным линиям система НТС-7000

Е.Е. Прозоровский, к.т.н., главный конструктор
А. В. Козырь, генеральный директор НВП «НовоТестСистемы», г. Новороссийск

Комплексное решение задач автоматизации управления электроснабжением (контроль нагрузок, локализация повреждений, аварийная защита объектов, коммерческий учет электроэнергии и т.д.) связано со сбором данных от контролируемых объектов, распределенных по большой территории, и передачей их на значительные расстояния. При этом основная проблема – отсутствие каналов связи*. Использование выделенных телефонных линий, радиоканалов и ВЧ-связи в городских электрических сетях или на предприятиях требует значительных затрат.
В таких условиях целесообразно использовать каналы связи, образованные по распределительным силовым сетям на основе силовых кабельных и воздушных линий напряжением 6 (10) кВ и сетей 0,4 кВ. Эти каналы уже существуют, являются собственностью предприятий городских ЭС, а направление передачи телеметрической информации часто совпадает с линиями электроснабжения, что позволяет экономить на сооружении специальных линий связи**. Фактически распределительные силовые сети позволяют создать «сквозной» канал связи от потребителя (розетка, счетчик) до пункта управления (ОДС, Энергосбыт), обеспечивая тем самым решение задач, выполняемых автоматизированными системами управления электроснабжением и АСКУЭ. В то же время для линий электропередачи характерны: высокий уровень шумов; быстрое затухание высокочастотного сигнала. К тому же этот сигнал не проходит через разделительные трансформаторы, поэтому необходимо обеспечивать его переход между сетями различного напряжения. Эти линии связи нестабильны, т. к. большое количество нагрузок изменяется во времени. Поэтому требуются различные методы компенсации: помехоустойчивые методы обработки сигналов и кодирования, высоконадежные способы доступа к среде передачи данных и т.д. Как правило, для обеспечения высокой помехоустойчивости и высокого уровня защиты информации используются алгоритмы формирования шумоподобных сигналов, при которых мощность распределяется в широкой полосе частот и сигнал становится незаметным на фоне помех. На приемной стороне сигнал обрабатывается цифровыми методами оптимального и квазиоптимального приема.
Кроме того, распространение сигнала и качество его приема зависят от архитектуры электрической сети, которая, хотя и имеет древовидную структуру, может изменяться. Поэтому аппаратура должна динамически адаптироваться к меняющимся условиям распространения сигнала. При организации каналов связи по распределительным сетям на основе имеющихся в данный момент присоединений любое переключение (к примеру, при выходе из строя участка сети в результате аварии, когда система связи наиболее необходима) может частично или полностью разрушить систему связи. Поэтому при разработке информационной сети на основе силовых кабельных линий надо предусматривать возможность ее адаптации к изменяющимся условиям.

Система НТС – 7000
Некоторые из технических решений поставленной задачи реализованы в рамках автоматизированной системы телемеханики городских электрических сетей «НТС-7000». Система разработана научно-внедренческим предприятием «НовоТестСистемы». Указанная технология передачи данных по сетям электропитания и каналообразующая аппаратура отвечают следующим требованиям:
- обеспечение защиты обслуживающего персонала и аппаратуры связи от высокого напряжения;
- отсутствие громоздких устройств согласования приемопередаю- щей аппаратуры связи с линией электропередачи;
- невысокая стоимость аппаратуры связи;
- высокая надежность функционирования;
- сохранение работоспособности в широком диапазоне t0;
- некритичность к уровню сигнала на входе приемника;
- возможность оперативного изменения частоты несущего колебания;
- адаптация к изменяющимся во времени нагрузкам.

Построение НТС-сети
При построении НТС-сети каждому контролируемому объекту (РП, ТП, счетчик) ставится в соответствие один из узлов информационной сети, имеющей древовидную структуру.

Коммуникационный сервер (КС), расположенный в вершине структуры, – это аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий маршрутизацию и обработку сообщений в НТС-сети. На коммуникационном сервере составляется и хранится маршрутная таблица (МТ), в которой прописываются маршруты доставки сообщений в каждый из узлов информационной сети. При этом существует возможность составления и хранения не только основной рабочей маршрутной таблицы, но и запасной, и резервных, учитывающих возможные переключения в системе электроснабжения.
В соответствии с алгоритмом каждый узел (объект) системы имеет свой уникальный адрес, соответствующий его положению в НТС-сети. Номер уровня, на котором он расположен в информационной сети, соответствует количеству переходов между узлами на кратчайшем маршруте от объекта до КС. (Под термином «уровень» в НТС-сети понимается множество узлов, находящихся на равном информационном удалении от вершины сети).
Принадлежность объекта данному уровню может быть изменена при соответствующих переключениях в сети электроснабжения, при этом объект может перейти как на более высокий, так и на более низкий уровень информационной сети.

Приемопередатчик линейный (ППЛ) – это базовое устройство каналообразующей аппаратуры, обеспечивающее создание и функционирование НТС-сети. В состав приемопередатчика входят: контроллер связи, передатчик, приемник, устройство согласования с линией связи и интерфейс для организации локальной внутренней сети объекта. Контроллер связи предназначен для цифровой обработки сигналов и маршрутизации потока сообщений в сети.

* Канал связи (канал передачи информации) – совокупность технических средств и тракта, предназначенных для передачи данных на расстояние от источника (передатчика) информации до ее приемника.
** Линия связи (составляющая часть канала связи) – физическая среда, по которой передается информация. В это понятие включаются технические средства (кабели, провода, изоляторы, опоры, защитная аппаратура и т.п.), соединяющие источник передачи информации с ее приемником.

Общий вид
приемопередатчика линейного
серии НТС-7041

Устройство согласования

В зависимости от электрической конфигурации на объекте может быть установлено несколько ППЛ, между собой они соединяются в локальную сеть через интерфейсы RS-485. При этом только один из них является «ведущим» и обеспечивает связь с ППЛ верхнего уровня. Остальные ППЛ имеют статус «ведомый» и обеспечивают трансляцию сообщений на нижние уровни НТС-сети. Локальная сеть объекта также обеспечивает подключение контроллеров телемеханики и/или счетчиков, имеющих соответствующий интерфейс связи.

Устройство согласования было специально разработано для обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала при сопряжении приемопередающей аппаратуры с высоковольтным кабелем. В этом запатентованном устройстве использован способ возбуждения сигнала в силовом кабеле со стороны бронирующей оплетки. При этом в состав устройства согласования приемопередатчика с высоковольтным кабелем входит высокочастотный трансформатор. Его вторичная обмотка соединена с одной стороны с шиной нулевого потенциала, а с другой стороны через конденсатор связи с токонесущим проводником силового кабеля.
Таким образом, схема устройства согласования не отличается от традиционно используемых в системах ВЧ-связи, но реализуется несколько своеобразно. В частности, в качестве конденсаторов связи используются «паразитные» емкости силового кабеля, служащего одновременно и для передачи электроэнергии. А вторичная обмотка высокочастотного трансформатора реализована путем «нанизывания» кольцевого сердечника трансформатора с намотанной на нем первичной обмоткой на проводник, заземляющий бронирующую оплетку кабеля. За счет этого обеспечивается надежная защита обслуживающего персонала и приемопередающей аппаратуры от высокого напряжения. При этом не требуется каких-либо иных устройств согласования.
Представление о том, что «земля» в данном случае работает как участок цепи, обеспечивающий прохождение тока по контуру «экран – земля», не выдерживает критики. Результаты математического моделирования и экспериментальные данные свидетельствуют о том, что сигнал в кабельной линии распространяется как за счет тока, протекающего по экранирующей оплетке, так и за счет тока, протекающего по токонесущим жилам силового кабеля. Процессы, протекающие в линии при распространении сигнала, близки к тем, которые имеют место в цепях с распределенными параметрами, или так называемых «длинных линиях». Сложный характер взаимосвязи между качеством связи, частотой несущего колебания и длиной линии – лишнее тому подтверждение.

Обмен информацией между узлами
Обмен информацией между узлами НТС-сети осуществляется с помощью блоков или пакетов данных. Каждый пакет снабжен адресом отправителя, адресом получателя и маршрутом доставки. При поступлении пакета по линии связи на вход приемопередатчика контроллер связи сверяет адрес в маршруте со своим собственным адресом и при их совпадении обрабатывает поступившее сообщение. Если данное сообщение необходимо транслировать дальше, то ППЛ отправит его по локальной сети на соответствующий приемопередатчик, с выхода которого пакет данных будет передан на следующий уровень.
Таким образом, ППЛ обеспечивает не только маршрутизацию сообщений в НТС-сети, но и выполняет регенерацию сигнала, усиливая его и тем самым обеспечивая его продвижение в пространстве информационной сети. Важно отметить, что приемопередатчики могут функционировать и в конфигурации «точка-точка» или «звезда». В этом случае отпадает необходимость в использовании ПО «Коммсервер», но при этом должны быть обеспечены устойчивые электрические и коммутационные характеристики линии связи. Таким образом, этот режим применим для организации канала связи между двумя соседними подстанциями или между ТП и счетчиками в домах.

Стандартный интерфейс
Приемопередатчик обменивается информацией с внешними устройствами, подключенными к локальной сети с помощью стандартного интерфейса RS-485. Благодаря этому в составе автоматизированной системы телемеханики «НТС 7000» успешно функционируют не только контроллеры, разработанные НВП «НовоТестСистемы», но и многие другие, снабженные аналогичным интерфейсом, например, преобразователь измерительный цифровой «ИПЦ-6806/03» НПО «Электромеханика»; электронные микропроцессорные счетчики Нижегородского завода имени М.В. Фрунзе и Концерна «Энергомера». В принципе нет ограничений и на использование любых других контроллеров, снабженных интерфейсом RS-485, совместно с описанной каналообразующей аппаратурой.

Положительный опыт эксплуатации системы на предприятиях городских электрических сетей в ряде регионов России свидетельствует о правильности выбранного направления.
С разработчиками можно связаться по телефону в Новороссийске: (8617) 23-79-39.