36798

Исследование распространения сигналов тональных частот по ЛЭП 6(10) кВ с использованием программной среды PSpice

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Магистральные ЛЭП напряжением 110_кВ и выше, соединяющие между собой энергорайоны, при их использовании в качестве линий связи, как правило, обработываются с помощью заградителей, обходов и т.д

Русский

2014-03-20

93.83 KB

3 чел.

ЛАБРАТОРНАЯ  РАБОТА №5

Исследование распространения сигналов тональных частот по ЛЭП 6(10) кВ с использованием программной среды PSpice

Цель работы

Исследование распространения сигналов тональных частот по ЛЭП 6(10) кВ, подбор элементов фильтров присоединения с использованием программной среды Spice.

Общие сведения

Линии электропередачи хотя и являются специфическими линиями связи, используются для целей телеуправления как линии связи каналов высокочастотной связи уже с 20-х годов [1].

Магистральные ЛЭП напряжением 110_кВ и выше, соединяющие между собой энергорайоны, при их использовании в качестве линий связи, как правило, обработываются с помощью заградителей, обходов и т.д., что позволяет уменьшать затухание высокочастотного сигнала. В сравнении с ними ЛЭП 6-35_кВ, относящиеся к распределительным, имеют более разветвленную конфигурацию, малую протяженность линий и ответвлений, содержат относительно многочисленные силовые трансформаторы, часто имеют кабельные вставки, статические конденсаторы,, а в ряде случаев высоковольтные двигатели, - элементы, существенно влияющие на распространение высокочастотных сигналов. В связи со своей разветвленностью высокочастотная обработка тахих ЛЭП очень затруднена, что ограничивает диапазон используемых для организации каналов связи частот [2]..

Исследование распространения сигналов тональных частот в лабораторной работе проводится на примере системы телекоммуникаций работы нефтяных скважин с использованием линий электропередач напряжением 6(10) кВ в качестве физических линий связи (СТК РНК - ЛЭП). Система предназначена для телеуправления, телеизмерений и телесигнализации нефтяных скважин и других объектов добычи и первичной переработки нефти [4]. СТК РНК - ЛЭП позволяет осуществлять телесигнализацию и телеуправление:

  1. станков - качалок (СКН), причем они могут быть снабжены регулируемыми электроприводами (РЭП СКН) и установками электронагрева скважин (УЭНДС),
  2. групповых замерных установок (ГЗУ),
  3. кустовых насосных станций (КНС), оснащенных комплексной защитой синхронного двигателя и управляемым возбудителем синхронного двигателя,
  4. распределительных подстанций энергоснабжения 35/6(10) кВ (РП)
  5. других объектов  нефтедобычи и первичной переработки  нефти.

Система в своем составе имеет:

  1. диспетчерский пункт (ДП),
  2. станции управления центральные (СУЦ) на распределительных подстанциях 35/6(10) кВ (РП),
  3. станции управления контролируемых пунктов (СУ КП).

Диспетчерский пункт СТК РНК-ЛЭП оборудован IBM - совместимым компьютером. Станции управления контролируемых пунктов устанавливаются на объектах телеуправления. СУ КП, имеющие проводные линии связи с диспетчерским пунктом НГДУ (СУ РП, КНС и др.), подключаются к ДП непосредственно, удаленные СУ КП используют ЛЭП в качестве физических линий связи с распределительной подстанцией 35/6(10) кВ (РП) и затем через СУЦ связываются с ДП по проводным линиям связи. Высокочастотная обработка ЛЭП 35/6(10) кВ заградителями и другими средствами не производится. На рис. 5.1 в качестве примера схематично показано размещение  элементов СТК РНК - ЛЭП при решении задачи телесигнализации и телеуправления двумя подстанциями 35/6(10) кВ и тремя кустами скважин с СКН.

Рис. 5.1. Схема размещения  элементов СТК РНК-ЛЭП

на объектах нефтепромысла.

С ПЭВМ диспетчерского пункта запросы и команды по проводным линиям связи поступают на станции управления объектов телеуправления, связанные с ДП непосредственно (СУ РП, КНС), и на СУЦ. На последней команды ретранслируются и с помощью устройства присоединения центрального (УПЦ) осуществляется ввод сигнала в ЛЭП 6(10) кВ, по которой запросы и команды ДП поступают на скважины. Станции управления КП через устройства присоединения контролируемых пунктов (УП КП).

В СТК РНК - ЛЭП использется конденсаторный способ подключения к ЛЭП. Ввод сигнала в ЛЭП осуществляется  по схеме "фаза-земля".. Устройства присоединения представляют собой последовательный полосовой фильтр, состоящий из высоковольтного конденсатора и дросселя и согласующий трансформатор ввода.. Устройства присоединения, решая задачу ввода тонально-частотного сигнала в линию электропередачи, обеспечивают также гальваническую развязку приемопередающих устройств от цепей высоко напряжения 6(10)_кВ.

Расчеты параметров линий электропередачи как линий связи основываются на теории распространения электромагнитных волн по многопроводным линиям и проводятся путем решения телеграфных уравнений [1,4]. Для однопроводной однородной линии телеграфные уравнения имеют вид :

d2U/dx2 - z y U = 0

        (5.1)

d2I/dx2 - y z I = 0

где x- координата по длине линии,

U, I - напряжение и ток, 

z, y, - собственные сопротивления и проводимости проводов на единицу длины линии.

Для многопроводной линии вблизи поверхности земли телеграфные уравнения в матричной формой имеют вид :

d2U/dx2 - Z Y U = 0

        (5.2)

d2I/dx2 - Y Z I = 0 .

где U I - матрицы столбцы напряжение и ток,,

и Y - квадратные матрицы собственных сопротивлений и проводимостей проводов на единицу длины

Определение напряжения на выходе тракта передачи Uн путем решения телеграфных уравнений (5.1, 5.2) при известных параметрах линии, сопротивлениях нагрузки по ее концам и ЭДС генератора выполняется методом модальных составляющих. При этом однородные участки линии и все пункты сосредоточенных неоднородностей представляются отдельными многополюсниками, соединенными последовательно. По параметрам каждого многополюсника определяются параметры эквивалентного многополюсника, эквивалентному линейному тракту в целом. После этого при заданной ЭДС источника рассматривается напряжение и ток на входе и выходе тракта и определяется его затухание. Алгоритмы этих расчетов достаточно сложны и выполняются на ЭВМ.

Упрощенные методы расчета основаны на замене многоволнового тракта эквивалентным одноволновым или двухволновым трактом. Это возможно, когда на вход приемника попадает напряжение только одной или двух модальных составляющих. Другие модальные составляющие или значительно больше затухают на длине линии, или не воспринимаются приемником при выбранной схеме присоединения. Одноволновая модель используется при расчете затухания линейных трактов на симметричных линиях, к которым можно отнести распределительные сети 6-35 кВ нефтедобывающих предприятий.

В лабораторной работе линия электропередачи 6(10) кВ упрощенно моделируется длинной линией с распределенными параметрами. Силовые трансформаторы, статические конденсаторы, и др. элементы подключенные к ЛЭП и существенно влияющие на распространение высокочастотных сигналов моделируется с помощью эквивалентных индуктивностей, емкостей, и резисторов.

Выполнение работы

Порядок выполнения работы рассмотрим на примере исследование распространения сигналов тональных частот по фидеру ЛЭП 6(10) кВ. На рис. 5.2 приведена принципиальная схема замещения элементов ЛЭП 6(10) кВ для одной из ветвей ЛЭП (см. рис. 5.1).

Рис 5.2. Схема замещения элементов ветви ЛЭП 6(10) кВ

Рис 5.3. Схема замещения элемента ЛЭП 6(10) кВ

На схеме замещения моделируются :

LT11, LT12, K1    LT11 LT12, RL11, RL12 - трансформатор 35/5(10) кВ,

LT41, LT42, K4  LT41 LT42, RL41, RL42 - трансформатор 5(10)/0,4 кВ,

L21 L22, K2  L21 L22, RL21, RL22 - трансформатор устройства присоединения центрального,

L31 L32, K3  L31 L32, RL31, RL32 - трансформатор устройства присоединения контролируемого пункта,

RD, LD - электродвигатель станка - качалки нефти,

CH - косинусные конденсаторы,

CP1, CP2, LP1, LP2, RLP1, RLP2 - фильтры устройств присоединения центрального и контролируемого пункта, соответственно,

RPR - входное сопротивление приемника контролируемого пункта,

TVL - линия электропередачи напряжением 6(10) кВ.

Текст задания на моделирование, приведенный ниже, занесен в файл STK_RNK.CIR.

 STK_RNK.CIR.

* TR1 35/6 kv

LT11  2 0         97.4

LT12  3 0         3.155H

K1    LT11 LT12   0.99

RL11  1 2         1.5

RL12  3 4         0.25

*

*  TR2 6/0.4 kv

LT41  18 0        63H

LT42  19 0        0.23H

K4    LT41 LT42   0.99

RL41  11 18       1.5

RL42  19 20       0.25

*

*  TRP1

L21   8  0        5MH

L22   9  0        1.763MH

K2    L21 L22     0.99

RL21  7  8        0.48

RL22  9 10        0.24

*

*  TRP2

L31  15 0         26MH

L32  16 0         0.796

K3   L31 L32      0.99

RL31 14 15        22.8

RL32 16 17        0.24

*

*  PRIV

RD   20 21        10

LD   21 0         50MH

*

CH    4  0        1UF

CP1   4  5        0.47UF

CP2   11 12       33NF

LP1   5  6        1.44MH

RLP1  6  7        0.24

LP2   12 13       19MH

RLP2  13 14       8.6

RPR   17 0        600

TVL   4 0 11 0     Z0=650 TD=66.6US

VIN   0  1        SIN(0 35K 50H 0 0)

VINP  0 10        AC 1 0 SIN(0 40 6.2K 0 0)

.AC  DEC 40 4K 10K

.TRAN 0.02S       0.2s

.PROBE

.END

В первой строке указан заголовок задания. Затем идет описание схемы замещения элементов ЛЭП. По директиве .АС производится расчет частотных характеристик в диапозоне частот от 4 до 10 КГц (всего 40 точек по частоте). После по директиве .TRAN рассчитываются переходные прпоцессы на интервале времени от 0.02 с до 0.2 с (шаг интегрирования устанавливается автоматически).

В качестве примера результатов исследования на рис.5.3 показан график АЧХ напряжений в узлах 14 и 17.

Рис.5.3

Задание к лабораторной работе

  1. Составьте описание Вашего варианта схемы замещения элементов ЛЭП 6(10) кВ.
  2. В соответствии с № Вашего варианта выполните подбор элементов фильтров присоединения станций управления центральной и контролируемого пункта для указанного значения несущей частоты или выполните исследование условий распространения сигналов тональных частот по ЛЭП 6(10) кВ в зависимости от значения несущей частоты сигнала, от величины емкости косинусных конденсаторов и от длины проводов ЛЭП.
  3. Представьте результаты исследований в виде таблиц и графиков.

Таблица 5.1

Вари-ант

Содержание задания

F

кГц

Длина

км

Cф

МкФ

Подбор элементов фильтров присоединения

1

12

3

Подбор элементов фильтров присоединения

12

3

1

Исследование затухания ЛЭП в зависимости от длины линии

1 - 16

Исследование затухания ЛЭП в зависимости от длины линии

Исследование затухания ЛЭП в зависимости от емкости косинусных конденсаторов

0,5 - 4

Исследование затухания ЛЭП в зависимости от частоты несущей

1 - 100

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

  1. Микуцкий Г.В., Скитальцев В.С. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. М., Энергоатомиздат, 1987.
  2. Ефремов В.Е. Передача информации по распределительным сетям 6 - 35_кВ. М.: Энергия, 1971. Ефремов В.Е. Передача информации по распределительным сетям 6 - 35_кВ. М.: Энергия, 1971.
  3. Чаронов В.Я., Генин В.С., Кирюшин В.В. Cистема телекоммуникаций работы нефтяных скважин с ЛЭП 6(10) кВ в качестве физических линий связи. Альметьевск, Отдел оперативной полиграфии управления ТатАСУнефть АО Татнефть, 1997,- 45 с.
  4. Минуцкий Г.В., Шмарин Ю.П. Линейные тракты каналов высокочастотной связи по линиям электропередачи. - М: Энергоатомиздат, 1986 г. - 200 с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

  1. Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ: в 4-х выпусках. Вып. 2: Модели компонентов аналоговых устройств- М.: Радио и связь, 1992,- 64 с.
  2. Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ: в 4-х выпусках. Вып. 3: Моделирование аналоговых устройств- М.: Радио и связь, 1992,- 120 с.
  3.  PSPICE USERS GUIDE. MisroSin Corporation,- La Cadena Drive, Laguna Hills, 1989,- 450 p.


На линиях 6(10) кВ со стороны подстанций 35/6(10) кВ на междуфазное напряжения включаются косинусные конденсаторы, которые по ВЧ закорачивают все три фазы. В таких линиях возможно осуществление ВЧ тракта только по схеме "фаза-земля" и возбуждается только земляная волна. При отсутствии косинусных конденсаторов на ВЛ 6(10) кВ в ВЧ тракте по схеме "фаза-земля" можно учитывать только междуфазную волну, так как земляная волна на тональных частотах затухает значительно больше (в 5-6 раз), чем фазная.

Упрощенные методы расчета параметров ВЛ используются обычно для ВЛ низких классов напряжения без грозозащитных тросов либо со стальными тросами, влияние которых на значение модальных параметров несущественно. В наибольшей степени возможны упрощения расчетов модальных коэффициентов затухания применительно к симметричным линиям, у которых первичные параметры всех проводов одинаковы. Строго говоря, к таким линиям относятся только трехфазные кабели с поясной изоляцией или двухпроводные воздушные линии с одинаковой высотой подвеса проводов. С наилучшим приближением к симметричным линиям могут быть отнесены линии 6(10) кВ, у которых расстояние между фазными проводами много меньше расстояния от фаз до земли (соответственно 1 м и 6 - 9 м). В целом к симметричным линиям в соответствии с руководящими материалами энергетики могут быть отнесены все ВЛ напряжением 35 кВ и ниже, ВЛ напряжением 110 кВ с треугольным расположением проводов и другие линии 110 - 220 кВ с ограничением по волновой длине линии.

Междуфазные каналы симметричной линии имеют одинаковые междуфазные параметры, т.е. одинаковые коэффициенты распространения ф=(ф)j (ф) и одинаковые волновые сопротивления Zв(р). Одинаковы и скорости распространения волн в междуфазных модальных каналах V(ф). Соотношение токов и напряжений для результирующей междуфазной волны зависят от схемы подключения передатчика к проводам ВЛ. Земляная волна характеризуется коэффициентом распространения  о = (о)j (о)  и волновым сопротивлением Zв(о) одинаковым для всех проводов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67756. Исследование последовательного колебательного контура (резонанс напряжений) 374.5 KB
  В процессе выполнения работы исследуются и изучаются следующие вопросы: Явление резонанса возникающее в неразветвленной цепи содержащей катушку индуктивности и конденсатор последовательный колебательный контур; Условие возникновения резонанса в цепи и его проверка в лабораторных условиях...
67757. Исследование параллельного колебательного контура (резонанс токов) 542.5 KB
  Ответить на следующие вопросы: а что понимают под явлением резонанса б изменением каких параметров можно достичь резонанса в параллельном контуре в почему явление резонанса в параллельном контуре называют резонансом токов г какие энергетические процессы происходят в контуре при резонансе д как определить...
67758. Исследование магнитной связи и связанных колебательных контуров 442.5 KB
  В процессе выполнения работы исследуются и изучаются следующие вопросы: 1 Магнитная связь между катушками входящими в разные колебательные контура; 2 Явление резонанса в двух одинаковых связанных колебательных контурах: полная настройка в резонанс связанных колебательных контуров...
67759. Исследование пассивного четырехполюсника переменного тока 501 KB
  Цель работы: Исследование пассивного четырехполюсника переменного тока определение параметров четырехполюсника проверка основных соотношений. б Какие основные формы записи уравнений пассивного четырехполюсника Основной формой записи уравнений для пассивного четырехполюсник является система типа...
67761. Исследование модели шинной ЛВС со случайным доступом 1.32 MB
  Исследование особенностей построения и функционирования шинной ЛВС со случайным методом доступа и определение основных характеристик сети. Определить основные характеристики ЛВС шинной топологии со случайным методом доступа на основе исследования аналитической модели сети. Исследовать следующие зависимости...