


随着我们国家的国民经济的迅速增加,整个电力系统也进行了大幅度的升级和改造。收发信机作为高频保护中的重要装置,也面临着迫切的更新换代要求。
这是因为跟着时间推移,半导体技术和信息技术获得了迅猛发展,传统收发信机的一些弊端也逐渐显露出来,已经不能适应现代电力系统的发展,大多数表现在以下几个方面:
保护发生误动,用户往往需要分析造成事故的原因是由于通道、收发信机、还是其它因素。
传统收发信机不具有通道详细录波和开关变位录波功能,也不具有事件报文记录功能,当装置出现异常的时候不能记录下来有关信息,为事后故障分析增加了难度,拥有记录功能的收发信机也是收发信机发展的趋势。
收发信机由于直接和一次通道相连,工作条件相对恶劣,非常容易受到雷击和干扰的影响,各个厂家每年都有由于雷击造成的收发信机损坏,造成保护误动的事故也时有发生。
模拟方式的收发信机集成度低,依赖于大量分立的模拟电路和少量数字电路,其电路构成很复杂,加上阻容器件存在一致性的问题,所以装置在生产和维护过程中有必要进行大量调试或者调整,加重了生产、运行和维护人员的工作量;依赖于模拟电路的设计模式也导致了装置成本昂贵,升级困难等问题,所以要采用数字式收发信机来代替传统的模拟式收发信机。
传统收发信机中使用锁相环频率合成和加权式正弦信号合成的方法产生正弦信号,这种方法电路复杂成本比较高,锁相环的稳定性不易保证,频率调整不方便。
随着高精度高频率低价格直接数字频率合成(DDS)技术的出现,使得从很低的频率到上百兆的正弦波信号在一个芯片中就可以直接输出。DDS技术以其优良的性能可以产生高精度正弦波,使传统收发信机中使用的加权式正弦信号合成的技术优势和价格上的优势都不再存在。
随着变电站自动化、微机保护的持续应用和发展,追求人性化、操作便捷快捷已成为变电站二次设备发展的必然趋势。
能够方便地看到装置内部的各个参数和状态信息将能给用户的运行和维护带来很大方便,传统收发信机已不再能够很好的满足这些要求。
设通道信号频率为fx,本地参考频率信号为fy=1MHz-fset,两个信号混频后有:
优点:能够正常的使用一个中心频率为1Mhz窄带滤波器完成不同频率信号的解调工作,简化了滤波器的设计。
有的厂家的做法是使用DSP来控制DDS达到发信和停信的目的,一旦DSP出现异常,则装置完全瘫痪。我们则使用独立于DSP的FPGA来控制。
直接数字频率合成(DDS)是近年来快速地发展起来的一种新的频率合成方法。它应用了正弦信号相位连续的特性。
首先将一个正弦信号取样、量化和编码,形成一个正弦函数表存在ROM中。合成时改变相位增量,由于相位增量不同,一个周期内取样的点数也不同,产生的正弦信号频率也就不同。
则有f=ΔФ/(2π·ΔT),因此通过设定每个时钟周期的相位增量就能够获得不同频率的正弦波信号
由于收发信机对二、三次谐波的要求很高,小于-66dB,所以对信号源的要求也非常高。
A类的线性度良好,但功耗较大,不常见于功率放大,大多使用于小信号放大器。
B类的集极电流只流通半周期,会产生波形失真。由于效率较高,在含有经过调制的高频信号的信号放大场合,常使用到此类的放大电路。
C类的集极电流流通时间比半周期还短,因此失真更大,不要求线性的场合能够正常的使用此类放大。
AB类为介于A类与B类中间,兼顾了线性度和功耗,集电极电流的流通此半周期长一些,故意将工作点提高一点,主要是为减少失真。
我们采用了“电容耦合谐振式带通滤波器”的设计,这种设计方式比较适合于设计Q值较高的窄带滤波器。
由于耦合系数不能直接成为耦合元件来实现滤波器,所以要将耦合系数换为耦合电容,所以谐振器变为:
功率估计功能是在信号解调的基础上进行的,1MHz的信号经过精密整流和峰值提取后送往DSP中进行信号补偿,然后实现功率估计。
频率估计采用了分频测量的办法来进行。原理思想是将频率为X(KHz)的正弦波整形得到一个同频率方波信号,而后经过分频器产生低频率的方波,然后对其进行精确时间测量,经过测量低频率方波周期得到的时间和分频器分频的倍数还原正弦波频率。
在正弦波整形过程中,由于噪声引起的整形抖动往往使频率估计不准,我们采取了迟滞比较的方法来解决这一个问题。
在进行低频率方波测量的过程中,由图看出引入的测量误差是△t,其最大值近似为T。 T越小,测量的精度越高。我们采用主频为400MHz的计数器对方波做测量,得到了很好的精度。500KHz的信号估计误差小于4Hz。
DSP在进行实时功率估计监测信道功率的同时,采样收信和发信开关变量,并和标准时序图做比较。如果一致则判通道交换试验成功,否则判失败,判断完成后在液晶上显示判决结果及相关波形。
PCS-912型数字式收发信机是南瑞继保电气有限公司新一代的收发信机,它吸收了LFX-912和国内外同种类型的产品的优点,使用了最新的产品工艺和设计思想。主要特征有:
频率产生采用了直接数字频率合成(DDS)技术,这项技术的特点是可以输出高精度的载波频率信号,并且频率能通过软件任意调整。
用户和工程调试人员可以直接使用键盘完成发信频率整定、3dB告警电平整定和远方起动逻辑投入、通道试验等。
通过人机界面可以监视装置内部各个参数,通过状态查询查看装置的各项功能是否正常,加上完整的报告机制,这一切使得装置调试简单,维护使用方便,性能可靠。
内部具有高精度的频率估计功能,随时监视发信频率和载波频率,异常情况下能及时恢复频率,保证了装置可靠工作。
内部具有完善的收信和发信功率估计功能,并且收发功率低于阈值时,会自动产生事件记录。
这些功能既能有效地监视装置的工作,又能方便现场调试。装置可以将这些信息存储,便于事后故障分析。
由于采用了模块化设计的思想,DSP和FPGA在运行中分担不同的任务。当特殊情况下,DSP故障没有办法工作时,装置收发信回路不受任何影响依然正常工作,这样收发信机发送的高频闭锁信号就不会丢失,最大限度地防止了保护误动。
装置采用背插式结构,强弱电空间分离,尽可能避免了输入输出信号对内部插件的干扰。
考虑到收发信机直接和一次设备相连,易于遭受雷击而损坏,我公司对PCS-912高频通道输入进行了更为严酷的大雷电流试验,在雷电流达到15000安培时,装置依然正常运行,试验过程中无死机和复位现象。
设定值3dB告警电平为X,3dB跌落电平为Y,而通道收信电平为Z,则当ZX-Y时,3dB告警产生。
通道衰减损耗决定了装置起动电平.所以当收信板上有衰耗投入时,务必要整定定值中的通道衰减损耗 值和实际投入的值一致.
通常情况下,在现场投运装置的时候,收信裕度最好维持在12~15dB之间.达到这个目的往往是通过投入通道衰减损耗来完成的.
0: 收发信机内部远方起动逻辑被屏 蔽。和900系列保护装置配合使用 时,此定值必须整定为‘0’。
此校验方式为装置和打印机通信的串口校验方式,可以整定为0(无校验)、1(偶校验)或2(奇校验),停止位为1位。
此波特率为装置和打印机通信的串口波特率,可以整定为4800、9600、19200、38400或者57600bits/S。
1)“正常”灯熄灭 :首先检查装置是否正常上电,电源板是否插紧,其次看CPU板是否插紧还是有其它问题。
2)“报警”灯亮 :可以在菜单的报告显示中查看自检报文,自检报文中会给出相应报警的原因。
智能通道交换试验功能的提出,改变了以往人工观察多变量判断的方法,大大方便了运行人员。
高精度实时频率估计功能,时刻监视装置的发信频率和本地频率,当频率偏差超过允许值,装置自动恢复频率,并告警。防止了以往现场曾出现过因为频率偏移无法收信而造成保护误动的情况。
通道功率估计功能简化了调试,运行和维护人员的工作步骤,可以直接从液晶屏上获取装置发信和收信的电平。
强弱电空间隔离的设计方法和良好的整体去耦措施使装置关键电磁兼容性能指标(浪涌、快速瞬变等)都达到最高级别。
大雷电流试验表明PCS-912具备非常强大的抗雷电流能力,为装置现场稳定运行提供了很好的保障。
突出的稳定设计思想使DSP异常情况下整装置收发信回路不受影响,在极端情况下大大提高了装置稳定运行的能力。
人性化的操作方式使用户可以直接通过人机界面修改3dB告警值、装置发信频率值、远方起动逻辑投退等,并能够最终靠人机界面实时获取装置工作状态和工作参数,具有简洁、透明的特点。
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