中華人民共和國國家標準單邊帶電力線載波系統

GB/T14430—93設計導則Planning

of

single-sidebandpowerlinecarriersystems

國家技術監督局1993-06-05批準

1993-12-01實行

本標準參照采用國際電工委員會663號出版物《單邊帶電力線載波系統的設計》(1980年版)。1

主題內容與合用范圍

本標準規定了電力線載波系統設計的基本方法，對有關概念及原理作了說明。

本標準合用于110～500kV交流電網單邊帶電力線載波系統，可作為系統設計的指導文獻。35kV電網也可參照使用。2

引用標準

GB4705

耦合電容器及電容分壓器

GB7255

單邊帶電力線載波機技術條件

GB7329

電力線載波結合設備

GB7330

交流電力系統線路阻波器

圖1表白了與電力線載波系統有關的國家標準示意圖。

圖1與電力線載波系統有關的國家標準示意圖3

電力線載波系統3.1

概述

電力線載波是運用電力線作傳輸媒介的載波通信，不需此外架設通信線路。電力線結構堅固，作為通信媒介使用可靠性很高。

電力線和電力設備在運營和操作中存在電暈、電弧和火花放電等現象，使電力線載波通道的噪聲較高。為保證傳輸信號的信噪比，電力線載波機的發信功率較大。

電力線路故障時，載波通道的衰減也許會發生較大的變化，為保證電力系統通信不中斷，電力線載波機應具有較好的自動電平調節特性。

電力線載波機除傳輸電話信號外，還需傳輸遠動、數據及遠方保護等非電話信號，因此有專用機和復用機之分。電話信號與非電話信號的復用有交替復用和同時復用兩種方式。

由于電力線載波信號的傳輸通過電力線，所以電力線載波通道的組織與電網的結構密切相關。電力線載波機一般安裝在發電廠、變電所或開關站內。

電力線載波通信是電力部門特有的一種通信方式，特別合用于以電力系統各發電廠、變電所和開關站為對象的電力系統調度電話、遠動，及在被保護的電力線路兩端間傳送保護信號的遠方保護系統。

電力系統中的電力線在發電廠和變電所內是連接在公共母線上的，在電力線上開設的電力線載波通道之間有較大的互相干擾。這種通道間的串擾，限制了電力線載波通道開設的數量，對電力線載波通信的質量也很不利。可以采用合理的安排電力線載波通道的頻率和安裝阻塞效果較好的阻波器或頻率分隔裝置等方法解決。

電力系統調度通信規定迅速、對的、可靠。電力線載波機一般設有自動互換系統(自動盤)與用戶直接連接，或二線、四線接口，與系統中的互換設備連接。

電力線載波傳輸頻率范圍，最低頻率由結合設備的傳輸性能及其費用擬定，最高頻率由傳輸衰減擬定，并考慮無線電信號干擾等因素。我國規定為40～500kHz。3.2

應用

電力線載波系統重要用來傳送：

電話信號：模擬信息；

非電話信號：電報、傳真、遠動、遠方保護、數據等模擬或數字信息，采用移頻鍵控(FSK)或移相鍵控(PSK)調制以音頻方式傳送。3.2.1

電話

電力線載波系統可以用作從簡樸的同線電話到專用電話互換網中的中繼線等廣泛范圍內的通話工具。

電話通路一般采用四線匯接互換方式，也可采用二線方式。

在復用機中，一般將電話的上限頻率減少到2023Hz或2400Hz，而將上音頻頻帶供非電話信號傳輸復用，也有將有效傳輸頻帶擴展到3400Hz以上的方式，以便安排更多的非電話信號通路。3.2.2

電報、傳真

電報(電傳)和傳真也可在電力線載波電路上使用。

有些電力部門在調度管理上使用電傳打字電報，由于電傳打字電報在命令端和執行端可以自動記錄互換的信息，在點對點和互換網的電路中都可以采用，傳輸速率一般為50或75波特，由所用的電傳打字機決定。傳真則需較高的速率。

電報和傳真通路的性能應符合國際電報電話征詢委員會(CCITT)的有關標準。3.2.3

遠動

遠動信號一般采用檢錯校驗編碼方式，以達成高度的安全性，避免錯誤動作或丟失信號。其傳輸速率從50bit/s到2400bit/s或以上，目前多數采用200、600、1200bit/s。3.2.4

遠方保護

為保護電力設備安全，防止事故擴大，保證電力系統穩定運營和連續供電，在電力系統發生故障時，需通過遠方保護系統在線路兩端間高速度地傳送繼電保護信息，控制兩端保護裝置有選擇性地快速動作，切除故障。

根據傳送信息形式和對保護裝置作用的不同，遠方保護系統有模擬系統與命令系統兩種。

模擬遠方保護在線路兩端間傳送工頻電量的幅值、相位信息。接受端將收到的模擬信息與本端相應值比較，鑒定故障發生在被保護線段區內還是區外。

命令遠方保護在線路兩端間傳送改變開關狀態的命令：斷開或投入，這類命令可分為跳閘式和閉鎖式兩種。

跳閘命令又可分為直接跳閘和允許跳閘兩種方式。在直接跳閘方式中，不管本端保護的動作情況如何，接受端收到命令信號后就可以跳閘；而允許跳閘方式，只在接受端收到命令并且本端保護也動作時才干實現跳閘。

在閉鎖方式中，接受端收到命令信號后，嚴禁本端保護裝置動作。

遠方保護系統的特點是：允許傳送和判別的時間很短，發送信號的次數很少(每年僅數次)沒有預定的發送時間，并且規定保護裝置對的動作的概率很高(安全性很高)和丟失命令的概很低(可依靠性很高)。電力系統發生故障時，線路的干擾和衰減會增長。這時，仍應可靠地接受遠方保護信號。對于直接跳閘式和允許跳閘式保護裝置，這點尤為重要。

在電力線載波系統中，遠方保護可以專用一條載波通路，也可以和電話信號等復用一條通路。根據對安全性、可依靠性、需要的操作時間、是否經濟以及可用的頻帶寬度等方面的規定作出適當選擇。

對于傳送遠方保護信號的復用電力線載波機，通常采用發送保護信號時中斷電話及所有或部分非電話信號，并相應提高保護信號電平的方式(交替復用)。

有些保護專用的電力線載波設備平時不發送載波信號，只在需要時發送很短時間。這種設備應裝設定期測試電路，每隔一定期間，例如24小時，發一次測試信號，以證實系統是否工作正常。進行電力線載波系統設計時，對這種平時不發信號的載波設備，在也許發生的干擾影響等方面，與連續發送電話或其他信號的一般載波機相比，顯然應有不同考慮。3.3

耦合裝置

為使電力線兼用于載波通信目的，需要裝設耦合裝置，涉及耦合電容器(或電容分壓器)、線路阻波器、結合設備及高頻電纜等。耦合裝置使載波信號進入電力線及從電力線引出時損耗較小，使通信設備和電力線的工作電壓、操作過電壓、雷電過電壓隔開，減少一次設備對載波信號引起的分流損失，并使通道的線路阻抗不受電力系統操作的影響。

設計耦合系統采用的線路阻抗值一般是：

單根導線：相地耦合為400Ω。相相耦合為600Ω；

分裂導線：相地耦合為300Ω，相相耦合為500Ω。

上述數值是在整個載波頻率范圍內以及未耦合相終端處在各種也許狀態的典型值。實際值也許和典型值相差較多，從設計的觀點看來，這個問題并不重要，線路輸入阻抗的失配雖然會使損失增長十分之幾分貝，但不會使功率放大器產生失真。3.3.1

耦合電容器(或電容分壓器)

耦合電容器連接在結合設備和電力線之間，具有承受高電壓的性能。耦合電容器的技術規定見GB4705。

耦合電容器的費用隨電容量的增長而增長很多，耦合裝置的通頻帶寬度又取決于耦合電容器的電容量。因此，建議對于220kV以下線路選用10000pF；220kV及以上線路選用5000pF。3.3.2

線路阻波器

線路阻波器與電力線串聯，連接在耦合電容器與電力線的連接點和變電站之間，或接在電力線的分支處。線路阻波器重要由能通過所有線路電流的強流線圈、調諧元件和保護元件組成。強流線圈的電感值為0.2～2mH。線路阻波器的技術規定見GB7330。

用于提高線路阻波器阻塞效果的調諧元件有幾種電路。一種具有單頻調諧性能，在一個載波頻帶內呈現高阻塞阻抗。另一種具有雙頻調諧性能，在兩個不相鄰的載波頻帶內呈現高阻塞阻抗。尚有一種具有寬頻帶調諧性能，在一個較寬載波頻帶內呈現高阻塞阻抗。為保證阻塞效果，建議按電阻分量法調諧，一般分流損失按GB-7330不應超過2.6dB，這相稱于阻波器阻塞電阻為線路特性阻抗倍的情況。3.3.3

結合設備

結合設備與耦合電容器一起，在電力線和高頻電纜之間傳輸載波信號，由以下基本元件組成：

接地刀閘：在維修和其他需要的情況下，將結合設備的初級端子直接有效地接地，保證設備和人身安全；

避雷器：限制來自電力線的瞬時過電壓；

排流線圈：為通過耦合電容器的工頻電流提供接地通路；

調諧元件(涉及匹配變量器)：與耦合電容器一起組成高通、帶通濾波器或其他網絡，以提高載波信號的傳輸效率。

在結合設備工作頻帶內，工作衰減應小于2dB。

結合設備應盡也許與線路特性阻抗匹配，以提高傳輸效率。在結合設備的工作頻帶內，線路側和電纜側的回波損耗應大于12dB。測試時應計及耦合電容器低電壓端子雜散電導和雜散電容的影響。結合設備的其他規定見GB-7329。3.3.4

高頻電纜

高頻電纜接在結合設備的次級端子和載波機之間，按照載波機載波輸出輸入端不同阻抗的規定，可以用不對稱電纜(同軸電纜)，也可用對稱電纜。電纜的阻抗值，同軸電纜一般為75Ω；對稱電纜一般為150Ω。我國重要采用同軸電纜。

采用同軸電纜時，屏蔽層的接地有不同的方法。

如電纜處在同一個接地網范圍內，有兩種接地方法：一種是將同軸電纜屏蔽層的兩端都接地，另一種是只在載波機一端將同軸電纜的屏蔽層接地。

前一種方法可以保證工作人員的安全，由于在本地的地和屏蔽層之間不會出現電位差。但是，采用這種接地方式，在發生故障時，同軸電纜的屏蔽層和芯線中會出現工頻環流電流。工頻環流將引起其他問題，例如結合設備的線圈有磁芯時將使磁芯飽和；如結合設備和載波機不在一個接地網范圍內，故障時兩端地電位也許相差很大，同軸電纜屏蔽層中的環流也許達成危險限度，使電纜損壞。這時，建議只采用在載波機一端將屏蔽層接地的方法。一端接地雖沒有工頻環流，但在結合設備匹配變量器兩線圈間會出現電位差。匹配變量器必須按這種情況設計，對故障時屏蔽層與本地的地之間也許有電位差的問題也應采用防止措施。采用鎧裝電纜時也會發生類似問題，應作同樣考慮。如采用對稱電纜，有些問題可能不致發生。3.4

耦合方式3.4.1

電力線耦合

載波設備與電力線之間的耦合方式，重要有相地耦合和相相耦合兩種。3.4.1.1

相地耦合

這種耦合方式是將載波設備接在一根相導線和地之間，在每個耦合點只需裝一個耦合電容器和一個阻波器，使用設備較少，但其衰減比相相耦合大。在耦合相發生接地故障時，衰減還會增長很多。需要指出，雖然耦合是按一相對地連接的，實際的信號傳輸卻涉及其他兩相在內，以復雜的方式進行著。

由于相地耦合比較經濟，在線路故障時不規定載波通道具有很高的可靠性的一般情況下，可以采用這種方式。3.4.1.2

相相耦合

這種耦合方式是將載波設備接在兩根相導線之間，可以用一個相相結合設備，也可以用兩個相地結合設備。如用一個相相結合設備，耦合電容器低壓端和結合設備之間的距離一般比用兩個相地結合設備時大，發生危險或中斷的也許性也較大。為了保證安全，通常均以兩個相地結合設備進行相相耦合，而將他們的匹配變量器的次級對的連接起來。

這樣，這種方式就需要在耦合點裝兩個耦合電容器和兩個阻波器，耦合設備的費用較高。但它的優點突出；衰減低；線路故障，特別是單相接地故障時，衰減變化小，可靠性高；發送的干擾和接受的干擾較小等。

由于80%的線路故障是單相故障，這種耦合方式在實際應用中具有重要意義。

尚有一種耦合方式可以看作特殊的相相耦合方式，稱為線路間耦合。在同桿架設的雙回路電力線上，可以運用每回線路中的一個相的導線組成相稱于單回線路的相相耦合，也可以運用每回線路中兩個相的導線組成差接形式耦合。采用后面這種耦合方式時，即使一回線路不送電并接地，載波通信也不致中斷。3.4.2

絕緣地線耦合

在電力線桿塔頂部，常架設有一根或兩根接地的導線，稱為架空地線。其主要作用是防止線路遭受雷擊并減少線路故障對鄰近通信線的危險影響。

為了減少輸電工頻損耗，有時將地線用帶放電間隙的絕緣子絕緣起來，而在遭受雷擊時地線仍可以通過放電間隙使雷擊電流泄放，起到防雷的作用。絕緣地線也可認為通信使用，特別是采用良導體作絕緣地線的材料時，通信效果更好。

絕緣地線載波通信和電力線相線載波通信同樣也需要耦合裝置，但一般不需要線路阻波器，也無需耐受工頻高電壓的耦合電容器。因此，絕緣地線通信系統的耦合裝置的費用要比相線載波通信的耦合裝置低得多。并且電力線電壓等級越高，費用差距越大。

在絕緣地線上組織載波通道，幾乎不受電力系統運營方式改變的影響。絕緣地線載波通道中的線路噪聲電平也比電力線相線載波通道的噪聲電平低。但是非良導體的地線傳輸衰減較大。實際使用時，還必須注意防止正常運營時的工頻感應電壓通過地線絕緣子的間隙放電，線路兩端的耦合裝置的工頻接地也必須良好。3.4.3

電力電纜耦合

與架空電力線的耦合同樣，載波信號也可以與電力電纜進行耦合。在三相電纜或三根單相電纜上作相地或相相耦合都可以。相相耦合的衰減較小，但費用較多。

電力電纜的特性阻抗很低，為架空線的120至110。因此，與架空線耦合方式相比，阻波器的電感量可以減小，但在相同頻段上耦合電容器的電容量卻要增加相等倍數。4

載波頻率分派4.1

基本載波頻帶

在我國，大多數單邊帶電力線載波系統采用4kHz為基本載波頻帶，也有少數選用2.5kHz。在一個電網內，不宜同時采用4kHz及2.5kHz兩種基本載波頻帶。考慮到電力線載波通信多種目的的應用規定以及與國家電信網標準相適應，建議優先選用4kHz頻帶。

在一個基本載波頻帶內，電話有效傳輸頻帶有以下三種可供設計選用：

寬頻帶電路：300～3400Hz(不合用于基本載波頻帶為2.5kHz的設備)；

一般頻帶電路：300～2400Hz；

窄頻帶電路：300～2023Hz。

電話和非電話信號復用或專用的電力線載波機有效傳輸頻帶分派的典型值如表1所示。表1單向通路內有效傳輸頻帶典型值

注：在交替復用方式中，非電話信號的頻率也可以位于電話信號頻帶內。4.2

頻率分派的目的

電力線載波系統的頻率范圍是有限的，為了經濟合理地運用頻率資源，必須對各電力線載波通道的發收頻率作周密細致的安排。這就是頻率分派。

電力線上存在噪聲，載波信號在電力線上傳輸，其衰減受頻率等各種因素的影響。要通過計算，使線路傳輸衰減在允許范圍內，以滿足規定的信噪比規定。

電力系統是閉合的網絡，各電力線載波通道之間存在著較大的互相串擾影響。為保證電力線載波通道的傳輸質量，載波機對來自相鄰通道(涉及在同一廠站或不同廠站中運營的通道)的干擾應具有一定的克制能力。克制干擾的能力除取決于電力線載波機的技術性能外，還需在通道衰減計算的基礎上，通過妥善安排通道頻率，合理運用通道之間的跨越衰減實現。

頻率分派的目的，就是將相鄰載波通道之間的串擾影響限制在允許的限度內，以及最大限度地運用頻率資源。

由于各種型號載波機的性能不盡一致，應按制造廠的規定統一劃分和組合整個載波頻率范圍內的通道頻率。4.3

頻率分派的原則

工程設計中的頻率分派工作，是依據組織電力線載波通道的規定，在已選定機型的條件下，選擇具體的電力線載波通道的工作頻率，涉及發信頻率、收信頻率以及本機或鄰機的工作頻帶之間的間隔。

為了經濟合理地運用電力線載波頻率資源，建議先將載波頻率范圍按基本載波頻帶(通常以B表達)的整倍數，依據電力線載波機技術條件規定的頻帶間隔，劃分組合載波通道，一般遵循以下原則：

對于雙工工作的載波機，本機發收信頻帶間隔一般為3～7B，或以工作頻率的5%～10%作間隔。當載波機設有高頻差接網絡時，本機發收信頻帶可以緊鄰，即無間隔。

相鄰通道的載波機互為干擾機和被干擾機，它們之間的頻帶間隔應考慮發信—發信，發信—收信，收信—收信三種情況：

對于直接并聯在同一相上運營的載波機，考慮其發信—發信頻帶間隔的因素有：限制干擾載波機對工作載波機發信功率放大器過載的影響；限制干擾載波機對工作載波機發信功率分流的影響。

考慮發信—收信頻帶間隔與收信—收信頻帶間隔的因素基本一致；限制收信支路也許出現的過負載；滿足串音指標的規定。兩者的差別在于發信對收信的干擾影響要比收信對收信大得多。

然后，再按以下原則選用安排每一通道的實際工作頻率：

a.優先安排遠方保護和重要用戶的載波通道頻率；

b.先長通道，后短通道；

c.在滿足信噪比和線路衰減的條件下，選用較高頻率，保存較低頻率；

d.對也許覆冰的線路，選擇較低頻率；

e.盡也許地反復使用頻率。

分派頻率時，應注意到在有些地區某些頻率也許是不能使用或限制使用的。例如長波無線電廣播的頻率、授時無線電信號臺、航空無線電通信和羅盤的頻率以及電力線附近明線載波通信使用的頻率等。

對于接在同一耦合裝置(結合濾波器、線路阻波器等)上的載波設備，應注意選擇其頻率都在耦合裝置的工作頻帶以內。

同一廠站內，不管是在同一電壓等級還是不同電壓等級線路上的電力線載波通道，一般均不反復使用頻率，特別應注意不使發信頻率與收信頻率相同。在同一電壓等級電網中，通常需相隔兩段電力線且有阻波器阻塞時，才允許反復使用頻率。

若通過核算或實測不能反復使用頻率，而通道組織又規定必須反復使用頻率，建議在變電站不同方向的兩條出線的三相都串接寬頻帶線路阻波器；在阻波器和母線之間對地并接電容器；在電容器低壓端子連接調諧元件，構成頻率分隔裝置，將電力線載波網分隔成兩個獨立區域。在分隔頻帶內，兩區之間跨越衰減很大(一般為50～60dB)。這樣就可以反復使用頻率。

裝設頻率分隔裝置費用較高，也許受到開關站場地的限制，一般不采用。只在重要而又非常必須的情況才予以考慮，并應在變電站的一次系統設計中予以安排。

遠方保護專用收發信機的工作頻帶較窄。進行頻率分派時，應使它只占用一個載波頻帶，中心頻率宜與標稱載波頻帶的中心頻率一致。在基本載波頻帶為4kHz的電力線載波系統中，保護專用機頻帶的中心頻率可選為4n+2kHz,n=10,11,12,……124。5

電力線載波通道的衰減

電力線載波通道的衰減涉及線路衰減、耦合損失和橋路損失三部分。

線路衰減重要由以下參數決定：

a.線路長度和導線排列；

b.相導線的結構和材料；

c.地線的結構和材料；

d.載波頻率；

e.耦合方式；

f.大地電阻率；

g.鐵塔效應；

h.天氣情況；

i.線路的不均勻性(換位、分支、插入電纜等)。

耦合損失涉及：

a.通過結合設備和高頻電纜的損失；

b.由于阻波器和未阻塞相泄漏引起的載波信號分流損失；

c.其他損失，例如因并聯載波機引起的分流損失。

橋路損失是指載波信號在通道中通過高頻橋路時的損失。5.1

線路衰減5.1.1

模式分析

對多導線線路的分析表白，載波信號以幾種模式同時傳輸，自然模式的數目等于傳輸導線的數目(例如，有兩條在每一鐵塔接地的地線的單回三相線路有3個模式，而有一條絕緣地線的雙回三相線路有7個模式)。

自然模式的重要特點為：

a.每一模式有它固有的傳輸常數、傳輸速度和特性阻抗；

b.各模式間互不相關；

c.線路上任一點的相電壓、相電流為該點不同模式相電壓、相電流的向量和。

模式分析表白，應選用適當的耦合方式使發送機的功率以損失最小的模式進入電力線。但在實際的耦合方式中，例如在相地、相相和線路間的耦合等方式中，信號一般都以混合模式進入線路，其中總有一部分模式是高損失的(地模式)，從而引起一定的模式轉換損失。

由于模式分析理論的建立及電子數字計算機的應用，已能精確計算在構造形式不同的電力線路上開設的各種復雜形式的電力線載波通道的線路衰減，其中包括相導線和地線換位、覆冰及各種不同的耦合方式等情況。然而，精確計算線路衰減需要很多原始數據，其中有些基本參數在電力線路本體沒有完畢勘測設計之前往往無法提供。在電力系統通信規劃和設計階段，一般不具有精確計算條件。因此，在實際工程中常采用比較簡樸的工程計算方法。5.1.2

工程計算法15.1.2.1

線路衰減計算式

這個方法以大量經驗數據為基礎，按模式分析理論，略去傳輸衰減較大的模式，僅計算傳輸損失最低的模式的衰減、模式轉換損失和附加損失。

線路衰減計算式為：

式中A——線路衰減,dB；

a1-——最低損失模式的衰減系數，dB/km；

l——線路長度，km；

Ac——模式轉換損失，即所有模式的總輸入功率電平與最低衰減模式以外的其他模式的輸入功率電平的差值，dB,見圖2；

Aadd——由于耦合電路、換位等不連續性引起的附加損失，dB，見5.1.2.3條及表2。

表2不同線路排列及最佳耦合方式的附加損失

注：①lfmax≤105km·kHz(≤330kV)；

lfmax≤5×104km·kHz(＞330kV)。

②lfmax≤2×105km·kHz。

圖2最佳耦合方式及模式轉換損失Ac

通過對大量實驗和計算結果的分析得出最低損失模式衰減系數α1的近似式為：式中f——頻率，kHz；

dc——相導線的直徑，mm；

n——分裂導線束的分導體數。

圖3中列出以上式為基礎求出的曲線，可用查曲線的方法代替計算。

圖3最低損失模式的線路衰減常數α1dc—相導線的直徑，mm;n—分裂導線束的分導體數

上式對于電壓在150kV以上，大地電阻率約100～300Ωm的大多數線路是很近似的(300kHz以下誤差±10%，500kHz以下誤差±20%)。5.1.2.2

均勻線路的附加損失

不同耦合方式的選擇，對垂直排列和三角形排列的單回線的影響不如對雙回線明顯，但對水平排列的線路則影響很大。水平、垂直和三角形排列的線路的最佳耦合方式和模式轉換損失Ac如圖2所示。

各種排列的線路采用最佳耦合方式時，附加損失Aadd的近似值如下：

——單回路，垂直或三角形排列：Aadd≤3dB，相地及相相耦合。

——雙回路，垂直或三角形排列：Aadd=2～10dB，相地及相相耦合；≤1dB，雙回路差接耦合(圖2j)。——單回路，水平排列：Aadd=0dB，相地耦合；Aadd=0～6dB，相相耦合。5.1.2.3

不均勻線路的附加損失

線路的不均勻點，例如線路換位、線路分支或架空線接電力電纜等，會引起嚴重問題。作電力線載波系統設計，對此需慎重研究。

線路換位對載波信號傳輸的影響由線路的參數和長度、耦合方式、換位形式和次數、大地電阻率、載波頻率等決定，有時會使線路衰減增長到不能允許的程度。

在單回路垂直或三角形排列的線路上，假如線路兩端的耦合實接在一根導線上，則附加損失事實上與載波頻率、換位形式及次數無關，可以采用以下數值：

圖4相地耦合、相相耦合的最佳方式

相地耦合：Aadd=6～12dB；

相相耦合：Aadd=4～8dB。

在雙回路垂直或三角形排列的線路上，附加損失Aadd決定于換位次數、線路參數、大地電阻率、耦合方式以及載波頻率與線路長度的乘積，實測的數值為2～10dB甚至20dB。遇特殊情況時，建議通過模式計算程序或對所用線路作現場實測，求出衰減值。

在水平排列的線路上，選擇對的的耦合方式和載波頻率范圍是很重要的。如采用圖4的最佳耦合方式，附加損失為：

a.中點換位情況

相地耦合(圖4a)：=6dB；

相相耦合(圖4b,c)：=8.5～12dB。

由于模式不會抵消，上述數值合用于整個頻率范圍和任何線路長度。

b.等距換位情況

附加損失與載波頻率、線路參數、大地電阻率關系很大，并有模式抵消的可能。因此，對電壓330kV以下線路，線路長度與載波頻率的乘積(l·f)應不超過105km·kHz；對更高電壓的線路，應不超過5·104km·kHz。在大多數情況下附加損失約為：

相地耦合(圖4d)：

Aadd=1～10dB，大地電阻率ρ≥1000Ωm；

Aadd=3～8dB，大地電阻率ρ=30～300Ωm。

相相耦合(圖4e)：

Aadd=0～8dB，大地電阻率ρ≥1000Ωm；

Aadd=2～10dB，大地電阻率ρ=30～300Ωm。

在上述數值范圍中，較高值合用于以上l乘積較高情況，較低值合用于lf乘積較低情況。

以上附加損失數值綜合列于表2。5.1.3

工程計算法2

在5.1.2條工程計算法1中，模式轉換損失Ac和附加損失Aadd數值范圍較大，如沒有足夠的實踐經驗，難以對的選取。

如線路電壓為220kV或以下，且為相地耦合方式，可用以下經驗公式計算線路衰減：

(3)式中k——與線路電壓有關的衰減系數，見表3；

l——線路長度，km；

f——工作頻率，kHz。表3系數k與線路電壓的關系

這個公式雖然實用，但其中系數k只考慮了線路電壓等級的因素，而對大地導電率、導線型號、線路結構等完全沒有考慮，因此也比較粗略。如考慮到以上因素的影響，使計算結果更接近實際情況，可采用以下公式計算線路衰減：

(4)式中k1——與導線型號有關的系數，見表4；

k2——與線路電壓等級、線路結構有關的系數，見表5；

l——線路長度，km；

f——工作頻率，kHz。表4系數k1與導線型號的關系

表5系數k2與線路電壓及結構的關系

5.1.4

線路分支

線路如有T形分支又未加阻波器阻塞，會由于T接點阻抗失配及駐波效應引起嚴重問題，通常線路衰減會按下列間隔出現一串峰值及谷值：

(5)式中Δf——衰減峰值的間隔，kHz；

lT——分支線的長度，km。

消除衰減峰值的最有效的方法是在T接點對分支線路進行三相阻塞。一般按主干線上傳送信號功率最多的相位在分支線的一個相接阻波器就可以了。重要的是，阻波器應按所用頻段阻抗的最小電阻分量法設計，而不要用阻波器全阻抗的最小阻抗法設計。

假如由于某些因素，阻波器不能裝在T接點，也可以裝在分支線末端。這是特殊情況。這時，分支線的阻塞相導線必須終接以線路阻抗。因此，在分支線末端的變電站內要加裝一組耦合電容器、結合設備和終端匹配電阻。5.1.5

不良天氣情況下的線路衰減

載波信號在線路上的傳輸要受雨、霧、冰、雪等天氣情況的影響。雨、霧增加不了多少衰減，一般可以不計。

有時，在工廠區或海邊，下一次雨也許將電力線絕緣子表面沖洗干凈，衰減反會減少。

線路結冰情況不同，通道的傳輸衰減可增長到不能允許的限度，設計人員必須考慮。當然，架空線路全線范圍都結冰的情況是很少出現的。

線路結冰時，衰減的增長與以下因素有關：

a.電力線的排列；

b.導線冰層的厚度；

c.環境溫度；

d.載波頻率。

導線冰層厚度為0.5mm時，對于300kHz以上頻率，衰減系數增長到1.5～2.0倍。頻率愈高，衰減愈大。結冰極端情況下，受影響線段的衰減系數可增長到好天氣的6倍以上。分裂導線增長的倍數較少。因此對于會結冰的線路，建議選用較低頻率。5.2

耦合損失

耦合損失涉及三部分。5.2.1

耦合裝置和高頻電纜的損失

按照GB7329規定，由結合設備及其所接的耦合電容器組成的四端網絡的綜合損失(工作衰減)，在整個工作頻帶內應不大于2dB。這部分損失涉及耦合電容器介質損失在內，一般小于1.3dB。

在40kHz至500kHz范圍內，高頻電纜的衰減一般為1～5dB/km。5.2.2

分流損失

按照GB7330規定，阻波器的分流損失不應超過2.6dB，見3.3.2條。5.2.3

附加損失

幾臺電力線載波機的發送接受部分并聯接往共同的耦合裝置時，每臺載波機因并聯分流會增長損失0.5～1dB。設計時，應給這損失留有裕度。5.3

橋路損失

高壓電網的結構常和通信網絡的規定不一致，電力線載波通道的終端不一定都是電網的終端。有時電力線載波通道要在有中間變電站的兩段線路上建立；有時電力線載波信號又要通過中間站繼續傳送。從費用和頻率分派的觀點看來，全部裝設載波機進行音頻轉接是不經濟的，常用的方法是裝設高頻橋路。高頻橋路還可以防止帶電一側的線路的工作電壓傳到不帶電的一側去。高頻橋路由兩端帶通濾波器式的耦合裝置組成，其間用高頻電纜連接，并按一般方式裝設阻波器。這種橋路的通帶等于耦合裝置的通帶，其附加衰減涉及結合設備、線路匹配變量器、高頻電纜引起的損失。在直通橋路情況下，損失的典型值為4～8dB；橋路上并聯本地載波機時，為5～9dB。

在相地耦合情況下，信號通過中間站的橋路和通過未加工相導線而到達下一段線路的輸入端。由于通過這兩條途徑的信號電壓間的互相作用，也許使橋路損失在某些頻率處增大。

一條已有的線路需π接入一個新建變電站時常會出現線路平行情況，這時兩條平行的線路由本來線路的π接處引入新變電站。為了維持原有的通道，需在新變電站增設高頻橋路，而平行線路間的感應會形成載波信號傳輸的另一條途徑。與上述情況相似，橋路損失也許會在某些頻率處增長。

改變結合設備中匹配變量器極性方向，有時可以使上述橋路損失增長減少。5.4

通道總衰減計算

電力線載波通道的總衰減，涉及線路衰減、耦合損失、橋路損失三部分。如線路衰減采用5.1.2條方法計算，耦合損失、橋路損失可分別按5.2，5.3條方法選取，總衰減為這三者的和。

由于在這幾條中各種損失都有一定的數值范圍，設計時往往不易取值。

在進行系統設計時，也可采用下式計算通道總衰減：

(6)式中Atot——電力線載波通道總衰減,dB；

A——按5.1.3條式(3)或式(4)計算的線路衰減，dB；

N1——通道中高頻橋路數；

N2——通道中中間載波機與無阻波器分支線數之和；

N3——通道兩端并聯載波機與有阻波器分支線數之和；

Acab——高頻電纜的衰減，等于電纜每千米衰減值(dB/km)與其長度(km)的乘積(dB)(如電纜不長，此衰減可忽略不計)；

——終端衰減，取為5.7dB，其中發送終端衰減為3.5dB，接受端因結合設備使信號和噪聲同時衰減，不影響信噪比，所以不計結合設備的衰減1.3dB。

通道總衰減的這種計算方法比較簡樸，誤差一般在工程設計允許的范圍內，可以使用。6

電力線載波通道的允許衰減

電力線載波通道的允許衰減值，由載波系統的噪聲、信噪比允許值、信號發送電平、儲備電平等因素擬定。6.1

電力線載波系統的噪聲

電力線載波系統的噪聲由電力系統的運營產生，一般有兩種：

a.由跨過絕緣子及導線表面不規則放電(電暈)引起的、連續不斷類似白噪聲的噪聲，稱為電暈噪聲；

b.由隔離開關及斷路器操作，短路故障電弧、雷電放電等引起的，高幅度短而尖的突發脈沖群，稱為脈沖噪聲。

在電力線載波系統設計中，一方面需考慮電暈噪聲的影響。

電暈放電取決于導線表面的電位梯度。線路電壓等級不同，設計參數不同，導線表面電位梯度也不同。不同電壓等級的電力線在4kHz帶寬內的方均根噪聲功率電平取值范圍如表6所示。表6各種電壓等級線路4kHz帶寬內噪聲電平范圍

導線表面的污染、潮濕、雨水、濕雪能產生很高的噪聲電平。線路結構、海拔高度、已用時間、天氣狀況及污染也對電暈有很大影響。因此，噪聲電平應按地區特點及實際經驗選取適當數值。不良天氣條件下的噪聲電平相稱于表中較高數值。

如噪聲帶寬不同，噪聲電平的修正值為：

(7)式中ΔPn——噪聲電平修正值，dB；

Δf——實際使用帶寬。

對于由若干次中頻轉接、音頻轉接或中繼增音構成的電力線載波電路，尚需計入噪聲積累的影響。當通道中中頻轉接、音頻轉接及中繼增音的總次數為N時，噪聲電平積累增長值為：

(8)6.2

信噪比允許值6.2.1

電話

對于傳輸電話信號的電力線載波通道，即使在不良天氣條件下，也應保證在音頻端以噪聲計測得的信噪比不低于26dB。在設計載波通道時，接受機輸入端的載波信噪比往往取30～40dB。使用壓縮擴展器后，性能改善約10dB。因此，一般天氣音頻輸出端的信噪比可達40～50dB。6.2.2

遠動信號

遠動或數據信號在電力線載波系統中一般采用移頻鍵控調制方式(FSK)傳輸。對于這種調制方式，在不良天氣條件下，信噪比取為16dB是允許的，能滿足一般傳輸規定。6.2.3

遠方保護

專用于傳送遠方保護信號的載波機，與傳送電話、遠動信號的載波機不同。為了避免電力系統的脈沖噪聲干擾，一般將接受機靈敏度設計得很低，不按電暈噪聲電平及信噪比來考慮必需的信號接受電平值，而以制造廠提供的最低接受電平值進行通道設計。6.3

各種信號發信電平分派6.3.1

各種信號電平分派原則

a.載波機內各種信號的輸出電壓的總和等于峰值包絡功率相應的電壓值；

b.話音限幅器的限幅電平等于測試信號標稱電平；

c.各通路的線路噪聲功率與通路噪聲帶寬成正比；

d.呼喊及遠動等各種非電話信號都采用移頻鍵控調制；

e.各通路的信噪比裕度相等；

f.考慮壓擴器對電話通路的改善作用；

g.以50bit/s移頻鍵控通路為計算電平分派的參考通路。

本方法不合用于在電力系統發生故障時發送的遠方保護信號。6.3.2

參考通路電平計算式

計算式為：

(9)式中Pr——參考通路的信號電平，dBm；

PPEP——載波機輸出峰值包絡功率電平，dBm；

Br——參考通路的噪聲帶寬，Hz；

nsi——傳輸速率為i的遠動通路數量；

Bsi——傳輸速率為i的遠動通路噪聲帶寬，Hz；

Bts——呼喊通路的噪聲帶寬，Hz；

Brc——部分克制載頻(導頻)通路的噪聲帶寬。Hz；

Ba——電話通路的噪聲帶寬，Hz；

——電話通路的最小信噪比，dB；

——非電話通路的最小信噪比，dB；

Gc——壓擴器的改善增益，dB。

注：10expn=10n。6.3.3

各種信號發信電平計算

在求出參考通路電平Pr后，各種信號的發信電平可按以下公式計算：

傳輸速率為i的遠動信號：

(10)

呼喊信號：

(11)部分克制載頻(導頻)信號：

(12)電話信號：

(13)

當=26dB，=16dB,A=10(不用壓擴器，Gc=0dB),A=1(用壓擴器，Gc=10dB)時，以Pr為參考，各種信號發信電平值如表7所示。表7各種信號發信電平計算值

6.4

通道儲備電平

滿足電力線載波通道最低信噪比規定的接受電平稱為最低收信電平。該電平值顯然高于電力線載波機自身的收信靈敏度，可由下式計算：

(14)式中Pmin——電話通路的最低收信電平，dBm；

——電話通路帶寬內的噪聲電平，dBm，參照6.1條表6、式(7)及式(8)，依地區情況和實際經驗擬定；——電話通路允許最低信噪比，取為26dB。

為保證通路音頻輸出端信噪比，在進行電力線載波通道設計時，必須留有足夠的儲備電平，從而在通道總衰減Atot因各種因素變化時，通道的實際接受電平不會低于最低收信電平Pmin。

不同用途、不同地區條件下的通道儲備電平Pst，建議按表8取值。表8通道儲備電平Pst

dB

6.5

通道允許最大衰減

考慮到通道儲備電平以后，通道實際允許的最大衰減為：

(15)式中Amax——通道允許最大衰減，dB；

Pa——電話信號發信電平，dBm，式(13)；

Pmin——電話信號最低收信電平，dBm，式(14)；

——考慮轉接后噪聲電平積累增長值，dB，式(8)；

Pst——通道儲備電平，dB，參見表8。

7

干擾與串音

通過電力線間的傳導及各種也許的電磁耦合及靜電耦合途徑，在電力線載波通道間將會發生干擾與串音。進行電力線載波系統設計，除應將載波通道傳輸衰減限制在允許范圍以內，使音頻輸出端信噪比滿足規定外，還應將相鄰載流通道間的干擾限制在一定范圍內，使音頻輸出端的串音滿足規定。7.1

干擾發送電平

任一臺電力線載波機與相鄰通道的電力線載波機互為干擾機與被干擾機。電力線載波機的實際輸出電平是隨機變化的，因此在計算干擾時，不應以峰值包絡電平或電話測試信號電平為干擾發送電平，而應以載波機輸出平均功率電平為干擾發送電平。

峰值包絡電平與平均電平的差值取決于各種因素(例如電話音量的強弱，有無壓擴器，遠動信號的傳輸速率，通路數量等)。一般情況下，該差值可取為8.5～10dB，而在發電話通路測試信號時，差值可降為3.5～5dB。本導則推薦使用6dB，這樣計算出來的干擾電平也許比實際的干擾電平高些，為保證傳輸質量留有裕量。7.2

跨越衰減

電力線載波通道間干擾影響的大小以跨越衰減表達。跨越衰減為干擾信號由干擾通道到被干擾通道接受端之間的衰減。根據兩條通道發送、接受端在線路上相對位置的不同，跨越衰減可分為近端跨越衰減與遠端跨越衰減兩種。

如干擾通道的發送端與被干擾通道的接受端在同一廠站，干擾電流與干擾通道信號電流的傳輸方向相反，兩者之間的衰減為近端跨越衰減，如圖5a所示。

圖5近端跨越衰減和遠端跨越衰減

如干擾通道的接受端與被干擾通道的接受端在同一廠站，干擾電流與干擾通道信號電流的傳輸方向相同，兩者之間的衰減為遠端跨越衰減，如圖5b所示。

跨越衰減的數值，重要取決于有關載波通道、線路及電氣設備的結構和高頻特性。由于高頻特性與頻率有很大關系，因此，即使電網的結構不變，通道間的跨越衰減值也會隨頻率變化。在工程設計中，采用依據大量實測數據歸納的經驗數據為跨越衰減參考值，如表9所示，當有實測數據時，應采用實測值。表9跨越衰減參考值

dB

7.3

干擾接受電平

被干擾通道載波輸入端的干擾接受電平，根據通過近端跨越衰減或遠端跨越衰減產生的途徑不同，分別按以下兩式計算。

通過近端跨越衰減產生的干擾接受電平：

(16)通過遠端跨越衰減產生的干擾接受電平：

(17)式中——干擾通道干擾發送電平，dBm，見7.1條；

Pti——近端跨越衰減，dB，見表9；

Pri——干擾通道信號接受電平，dBm；

Atot——干擾通道總衰減，dB，見式(6)；

Afcr——遠端跨越衰減，dB，見表9。7.4

通道間的串音

相鄰通道間的互相干擾會在各自的音頻輸出端產生串音。兩條載波通道如使用不同工作頻率，其間的串音大多為不可懂串音，只在解調后音屢屢譜重合時才會出現可懂串音。兩條載波通道如反復使用頻率，其間的串音大多為可懂串音，只在解調后音屢屢譜互為倒置時才會出現不可懂串音。

可懂串音及不可懂串音均應被克制在允許范圍內。由于可懂串音的影響較大，更應予以有效克制。一般說來，在同一載波通信網內，假如統一選取調制信號的上邊帶或下邊帶，又不反復使用頻率，就可避免可懂串音的出現。

對于相鄰通道間串音的規定是：在電力線載波機的音頻輸出端，可懂串音電平應低于-60dBmop，不可懂串音電平應低于-47dBmop。這約相稱于，在電力線載波機的載波輸入端，由于近端、遠端跨越衰減產生的可懂串音及不可懂串音的干擾接受電平，應分別低于電話信號收信電平60dB及47dB。

在設計電力線載波系統時，可以按照上述規定核算通道間的串音。對反復使用頻率的通道，一般應按可懂串音規定核算；對頻率不同的通道，可按不可懂串音規定核算。考慮到一些系統應用的實際情況，可懂串音電平低于電話信號收信電平50～55dB也是允許的。由于，電力線載波機大都已裝壓縮擴展器。在這種串音電平情況下，由于擴展器的作用，在載波機電話輸出端的可懂串音電平，實際上將遠低于-50～-55dBmop。

遠方保護專用機對來自其他相鄰載波通道的干擾電平也規定了必要的信號干擾比，一般為17～20dB。可以此作為克制其他載波通道對遠方保護通道干擾影響的依據。8

電源

為保證電力線載波系統連續地傳送信息，必須裝設可靠的電源系統，特別要保證在電網發生事故時能繼續不間斷供電。因此，電力線載波機不宜由交流電網直接供電，也不建議采用變電站或發電廠的操作蓄電池供電。由于操作蓄電池端電壓變化較大，在開關操作時常會受到暫態過電壓的影響。應為電力線載波機及站內其他通信設備裝設通信專用不斷電電源系統。

通信專用不斷電電源系統以直流-48V(或-24V)或交流220V供電。當用直流直接供電時，專用蓄電池組的容量應按設計年限內通信設備的總耗電量計算。蓄電池室的面積可按規劃年限規模預留。

交流電源中斷時，由通信專用蓄電池組單獨供電的時間可按以下不同情況確定：

發電廠不少于1h；

變電站、開關站不少于1～3h。

蓄電池可裝設1組或2組，裝設兩組時，每組容量為總容量的50%。9

測量

為了客觀地評價電力線載波通道的傳輸性能，特別是在載波通道開始建立或重新調整的時候，需要進行一些測量。現場測量的重要項目有線路衰減、通道衰減、通道輸入阻抗和噪聲電平等。這些