PCS-912继电保护专用收发信机工作原理和工程调试

  • 收信原理 设通道信号频率为fx fx， 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： fy=1MHz-fset，两个信号混频后有：

  • 线路滤波器原理 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， 波器，所以要将耦合系数换为耦合电容，所以 谐振器变为： 谐振器变为：

  PCS-912继电保护专用收发信 继电保护专用收发信 机工作原理和工程调试

  • • • • • • 立项背景 装置的关键技术 功能比较 试验 工程调试 总结

  随着我们国家的国民经济的迅速增加， 随着我们国家国民经济的快速增长，整个电力系统 也进行了大幅度的升级和改造。 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。 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， 是因为跟着时间推移，半导体技术和信息技 术得到了迅猛发展，传统收发信机的一些弊端也逐 术得到了迅猛发展， 渐显露出来，已经不能适应现代电力系统的发展， 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： 大多数表现在以下几个方面：

  • DDS频率合成的原理 DDS频率合成的原理 设每隔一个时钟周期ΔT ΔT， 设每隔一个时钟周期ΔT，输出相位变化为 ΔФ，则有 =ω·ΔT=2πf· ΔФ=ω·ΔT=2πf·ΔT 则有f=Δ /(2π· f=ΔФ 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

  操作的方便性不能够满足用户需求 随着变电站自动化、 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 追求人性化、 设备发展的必然趋势。 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， 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。 发信机已不再能够很好的满足这些要求。

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  模拟式收发信机不便于生产和调试 模拟方式的收发信机集成度低， 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，其电路构成比较复 立的模拟电路和少量数字电路， 加上阻容器件存在一致性的问题， 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， 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； 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， 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 等问题， 的模拟式收发信机。 的模拟式收发信机。

  将滤波后的信号进行峰值提取得到Vp， 将滤波后的信号进行峰值提取得到Vp，则输入信 Vp Vp 号幅值 A=2

  有的厂家的做法是使用DSP来控制 来控制DDS达到发 有的厂家的做法是使用 来控制 达到发 信和停信的目的，一旦DSP出现异常，则装置完全 出现异常， 信和停信的目的，一旦 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。 来控制。 瘫痪。我们则使用独立于 的 来控制

  如果fx=fset， fxfy=1Mhz， 如果fx=fset，则fxfy=1Mhz， fx=fset 因此混频后的信号将包含有频率为1Mhz的信号分量。 1Mhz的信号分量 因此混频后的信号将包含有频率为1Mhz的信号分量。 优点：能够正常的使用一个中心频率为1Mhz 1Mhz窄带滤波器完 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。 成不同频率信号的解调工作，简化了滤波器的设计。

  • DDS频率合成的原理 DDS频率合成的原理 直接数字频率合成（DDS） 直接数字频率合成（DDS）是近年来迅速发 展起来的一种新的频率合成方法。 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。 相位连续的特性 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， 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 ROM中 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， 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。 的点数也不同，产生的正弦信号频率也就不同。

  缺乏事故分析功能 保护发生误动， 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。 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， 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， 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， 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。 发信机发展的趋势。

  • 收信原理 混频信号通过中心频率为１ＭＨz 混频信号通过中心频率为１ＭＨz的窄带滤波 器后， 被滤除， 器后，低频项 cos 2π ( f X − fY )t 被滤除，有：

  • 功放原理 类的线性度良好，但功耗较大， A类的线性度良好，但功耗较大，不常见于功率放 大多使用于小信号放大器。 大，大多使用于小信号放大器。 类的集极电流只流通半周期，会产生波形失真。 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， 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。 放大场合，常使用到此类的放大电路。 类的集极电流流通时间比半周期还短， 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。 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 类与B类中间，兼顾了线性度和功耗， 类为介于A 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， 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。 提高一点，主要是为减少失线） ）

  抗雷电浪涌电流破坏的性能要进一步加强 收发信机由于直接和一次通道相连， 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 相对恶劣，非常容易受到雷击和干扰的影响， 厂家每年都有由于雷击造成的收发信机损坏， 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。 保护误动的事故也时有发生。 因此， 因此，提高收发信机抗雷击和抗干扰能力的需 求非常迫切。 求非常迫切。

  • DDS谐波分析 DDS谐波分析 由于收发信机对二、三次谐波的要求很高， 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。 66dB,所以对信号源的要求也非常高。 所以对信号源的要求也非常高

  • 功放原理 放大级采用了AB类变压器耦合的输出方式 放大级采用了 类变压器耦合的输出方式

  • 线路滤波器原理 滤波器主要提供发信谐波抑制， 滤波器主要提供发信谐波抑制，线路阻抗匹配 和同相并机的隔离能力。 和同相并机的隔离能力。 我们采用了“电容耦合谐振式带通滤波器” 我们采用了“电容耦合谐振式带通滤波器”的设 这种设计方式比较适合于设计Q值较高的窄带 计，这种设计方式比较适合于设计 值较高的窄带 滤波器。 滤波器。

  谐振频率点选取和阻抗匹配都是经过仔细修改L和 的 谐振频率点选取和阻抗匹配都是经过仔细修改 和C的 值来完成。 值来完成。

  传统收发信机频率合成复杂 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 正弦信号合成的方法产生正弦信号, 杂成本比较高，锁相环的稳定性不易保证， 杂成本比较高，锁相环的稳定性不易保证，频率调整 不方便。 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， （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 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， 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。 价格上的优势都不再存在。