<Desc/Clms Page number 1>
Schaltungsanordnung zur Übertragung von Signalen, z. B. Schaltbefehlen, mit Hilfe von Hochfrequenzimpulsen auf störbeeinflussten Leitungen, insbesondere Hochspannungsleitungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von Signalen, z. B. Schaltbefehlen, mit Hilfe von Hochfrequenzimpulsen auf störbeeinflussten Leitungen, insbesondere Hochspannungsleitungen.
Schaltungsanordnungen zur übertragung von Schaltbefehlen über Hochspannungsleitungen. werden beispielsweise zur Auslösung von Schaltern an einem fernen Ort benötigt. Hierbei besteht die Aufgabe, den Schaltbefehl in verhältnismässig kurzer Zeit, d. h. in einer Zeit, die beispielsweise maximal 35 ms betragen darf, zu übertragen. Dabei muss die Übertragung mit grösstmöglicher Sicherheit erfolgen, wobei im besonderen darauf zu achten ist, dass nicht Schaltbefehle durch Störeinflüsse vorgetäuscht werden können.
Die genannte Aufgabe, Schaltbefehle sehr rasch zu übertragen, besteht u. a. bei Kraftwerken mit grossen Maschineneinheiten, bei denen die Generatorspannung durch einen mit dem Generator starr verbundenen Aufspanntransformator auf 100 bis 200 kV, in letzter Zeit auch auf 380 kV, heraufgesetzt wird. Der Aufspanntransformator steht hierbei unmittelbar am Kraftwerk, damit für die grossen unterspannungsseitigen Ströme nur möglichst kurze Verbindungen zwischen dem Generator und dem Transformator notwendig sind. Oberspannungsseitig wird dann der Transformator über einen Schalter an eine Hochspannungssammelschiene angeschlossen.
Liegt nun bereits in der Umgebung des Kraftwerkes eine Schalt- oder Umspannstation der gleichen Spannung, so wird im Regelfall über eine entsprechende Zuleitung auf die Sammelschiene dieser Station eingespeist. An dieser Stelle ist dann ein weiterer Schalter Nötig, der nur mit dem Schalter im Kraftwerk in Reihe liegt. Der am Kraftwerk befindliche Schalter kann dann eingespart werden, sofern die Übertragung des Schaltbefehls an den Schalter in der Umspannsta- tion rasch und sicher erfolgt.
Bei der Neuerrichtung von Hochspannungsschaltanlagen werden vielfach die Schalter in grösserem Abstand vom Kraftwerk aufgestellt. Zum einen ist in der Nähe des Kraftwerkes oft kein Platz für eine Schaltanlage, zum anderen müssen beispielsweise bei - Dampfkraftwerken die Schalter mit Rücksicht auf die Verschmutzungsgefahr in einiger Entfernung aufgestellt werden.
In beiden Fällen müssen die Schaltbefehle vom Kraftwerk an die Schalter gegeben werden. Auch in diesen Fällen muss eine Fehlauslösung mit Rücksicht auf die angeschlossenen Verbraucher vermieden werden.
Bei der Übertragung von Schaltbefehlen mit Hilfe von Trägerfrequenz über Hochspannungsleitungen ist zu berücksichtigen, dass auf diesen Leitungen verhältnismässig viel Störungen auftreten, die durch Korona, besonders stark jedoch durch Blitzschläge, Kurzschlüsse sowie Schalthandlungen im Verbundnetz hervorgerufen werden. So führt beispielsweise jede Betätigung eines Leistungsschalters zu einer dichten Folge von Spannungsstössen sehr hoher Amplitude, die auf Grund ihrer steilen Flanke ein sehr breites Frequenzspektrum einnehmen. Da die übertragung der Schaltbefehle mit Trägerfrequenz, z. B. auch Tonfrequenz, erfolgt, können die in dem für den Schaltbefehl benutzten Frequenzbereich liegenden Frequenzen der Störspannungen zu einer falschen Auswertung führen.
An eine Schaltungsanoranung zur Übertragung von Schaltbefehlen auf Hochspannungsleitungen ist also die Forderung zu stellen, dass
<Desc/Clms Page number 2>
Störspannungen weitgehend unwirksam gemacht werden müssen. Ausserdem ist dafür Sorge zu tragen, dass Schaltbefehle nicht durch Störspannungen vorgetäuscht werden können, bzw. tatsächlich gegebene Schaltbefehle unterdrückt werden, da ja Schaltbefehle, die beispielsweise einen Kurzschluss auf einer Leitung ausschalten sollen, schnellstens ausgeführt werden müssen.
Man könnte an sich daran denken, Schaltbefehle unter Verwendung eines sogenannten Sicherheitscodes zu übertragen. Derartige Sicherheitscodes sind aus der Fernschreibtechnik, insbesondere zur Übertragung von Fernschreibzeichen auf Funkstrecken, ganz allgemein bekannt. Sie ermöglichen beim Empfänger, festzustellen, ob ein empfangenes Codezeichen, das in diesem Fall einem Schaltbefehl entsprechen würde, richtig sein kann oder nicht.
Für die vorliegende Aufgabe jedoch ist ein derartiges übertragungsverfahren nicht geeignet, da die Übertragung einer Mehrzahl von Impulsen, wie sie zum Aufbau eines Sicherheitscodes notwendig sind, bei den gefor- derten hohen Übertragungsgeschwindigkeiten eine Erhöhung des Nachrichtenflusses bedeutet, was bei gegebener Bandbreite und Sendeleistung zu einer Vergrösserung des Störeinflusses, also der Fehlerhäufigkeit führen muss.
Im übrigen ist es bei dem Empfänger einer derartigen Schaltanlage ungenügend, wenn lediglich festgestellt werden kann, dass ein fehlerhafter Befehl vorliegt, da in diesem Fall erst eine Rückfrage ausgelöst werden müsste, was wiederum zu erheblichen Zeitverzögerungen führen würde, die aber beispielsweise in Kurzschlussfällen nicht zustande kommen dürfen.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird den geschilderten Anforderungen gerecht. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzimpulse unter Verwendung der Frequenzmodulation mit grossem Frequenzhub und im Vergleich zu der Signalbandbreite am Ausgang grösserer Bandbreite übertragen werden, und dass innerhalb des Empfängers zur Unterscheidung des Signals von Störungen Einrichtungen vorgesehen sind, die den Pegel des Signals und den Pegel der Störungen bewerten und miteinander vergleichen und die Auswertung eines Signals nur dann zulassen, wenn der Signalpegel über dem Störpegel liegt.
Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird also zur Überwachung nicht nur der Pegel des Signals herangezogen, sondern es wird auch der Pegel der Störungen (Störpegel) von einer vom Signalpegel abhängigen Amplitudenregelung gesteuert und ebenfalls überwacht und bei übermässiger Annäherung dieses Pegels an den Signalpegel wird eine Auswertung verhindert, da in diesem Fall durch die Störungen ein Signal vorgetäuscht werden könnte.
Einzelheiten der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild für eine gesamte Schnellschaltübertragungsanlage und die Fig. 2 einen Stromlaufplan für die Überwachungseinrichtung innerhalb des Senders und des Empfängers.
In der Fig. 1 ist im linken Teil der Sender und im rechten Teil der Empfänger einer Übertragungsanlage wiedergegeben. Der Sender enthält Schaltglieder zur unabhängigen Übertragung zweier Signale S1 und S2 über eine Hochspannungsleitung 2 unter Verwendung gemeinsamer Überwachungseinrichtungen. Für die Belange der Erfindung bzw. für die Erläuterung der Wirkung ist an sich lediglich die Übertragung eines einzigen Signals, z. B. des Signals S2, von Bedeutung. Wie bereits erwähnt, ist als Übertragungsleitung eine Hochspannungsleitung 2 vorgesehen, die jeweils durch die Hochfrequenzdrosseln 1 in einzelne übertragungsstrecken unterteilt ist.
Die Ankopplung an die Hochspannungsleitung erfolgt jeweils über die Ankopplungsglieder 3 in an sich bekannter Weise.
Das Auslösekriterium für den zu steuernden Leistungsschalter liefert eine Relaisapparatur (z. B. Generatorschutz) S1 bzw. S2. Der Relaisanker jedes Relais steuert mit seinem Umschaltkontakt den Umtastmodulator 9 innerhalb des Senders. Der Umtastmodulator ist bis auf einen kurzzeitigen Übergang immer nur für eine Frequenz der beiden angeschlossenen Hochfrequenzoszillatoren 10 und 11 durchlässig. Mit Rücksicht darauf, dass Impulsstörer unwirksam gemacht werden sollen, haben die beiden Hochfrequenzoszillatoren einen verhältnismässig grossen Frequenzabstand, d. h. der Hub der Frequenzumtastung ist gross.
Er kann beispielsweise 600 kHz betragen.
Das am Ausgang des Umtastmodulators 9 auftretende Signal wird von dem Vorfilter 8 in der Bandbreite entsprechend begrenzt und von den Sendeverstärkern 6 und 7 verstärkt. Das Hochfre- quenzsignal gelangt dann über das Sendefilter 4 mit einer entsprechenden Leistung, z. B. mit 10 W, über die Anklopplung 3 auf die Hochspannungsleitung.
Die von der Hochspannungsleitung über die Ankopplung 3 dem Empfänger zugeführten Hochfrequenzsignale werden wie in einem Einseitenband- Nachrichtensystem verarbeitet. Nach Durchlaufen des Filters werden sie einem Hochfrequenzregel- verstärker 15 zugeführt und unter Verwendung der vom Oszillator 16 abgeleiteten Frequenz mit Hilfe des Umsetzers 17 in eine Zwischenfrequenzlage versetzt. Mit Hilfe des Zwischenfrequenzfilters 18 wird das Frequenzband nochmals sehr scharf begrenzt, so dass auch weniger starke, jedoch dicht benachbarte Bänder (sowie das Spiegelband) ausgesiebt werden.
Die durch die Umsetzung und Siebung hervorgerufenen Pegelverluste werden mit dem Verstärker 19 wieder ausgeglichen. Die Zwischenfrequenz des Oszillators 20 wird dem Umsetzer 21 zugeführt. Am Ausgang dieses Umsetzers erscheinen dann niederfrequent die einzelnen Schaltbefehle.
Der Tiefpass 22 siebt wiederum das niederfrequente Frequenzband aus und der Verstärker 23 hebt den Pegel auf einen für die Auswertung brauch-
<Desc/Clms Page number 3>
baren Wert an. Hierbei wird der Pegel so gewählt, dass der dynamische Begrenzer 24 genügend durchgesteuert wird.
Unter einem dynamischen Begrenzer ist ein Be- grenzerglied zu verstehen, das sprunghafte Erhöhungen der Eingangsspannung, insbesondere durch grosse Impulsstörungen, sofort unterdrückt, stetigen Änderungen der Eingangsspannung aber dynamisch nachgibt. über den Hochpass 26 und den Tiefpass 27 wird das gesamte Empfangsband so aufgeteilt, dass nur die zwei zu einem Kanal gehörenden Frequenzen an die Signalempfänger 29 gelangen können.
Die eigentlichen Signalempfänger 29 bestehen in an sich bekannter Weise aus einem FM-Empfänger mit je einer Verstärkerstufe, einer trägheitslosen Amplitu- denbegrenzung für den ihnen zugeführten Frequenzbereich, einem auf die beiden Frequenzen abgestimmten Diskriminator und zwei stark handbegrenzenden Tiefpässen, über die die Auswerterelais 32 entsprechend gespeist werden.
Durch diese Zusammenfassung von Schaltteilen, die eine Begrenzung im breiten Band und eine Auswertung bei geringer Bandbreite ermöglichen, wird erreicht, dass Impulsstörer mit nicht zu grosser Impulsdichte, deren Amplituden wesentlich grösser als der Nutzpegel sein können, unwirksam werden. Ausserdem können Pegelsprünge des Signals in weiten Grenzen nicht wirksam werden.
Die beschriebene Schaltungsanordnung verhindert darüber hinaus Fehlauslösungen auf folgende Weise. Die der Überwachung dienenden Teile sind in der Darstellung ausgefüllt wiedergegeben. Die Sicherung gegen Fehlauslösungen besteht im wesentlichen darin, die Auslösemöglichkeit am Empfänger rechtzeitig zu verhindern. Dies muss dann geschehen, wenn die sichere Übertragung des Signals gefährdet erscheint. Die Überwachungseinrichtung muss deshalb nicht nur auf Fehler im Empfänger, sondern auch bei stark verschlechterten Übertragungseigenschaften der Leitung- sowie auch bei Fehlern im fernen Sender ansprechen.
Das Verfahren, die Befehle durch Frequenzum- tastung zu übertragen, erlaubt es, das Ausbleiben des Signalpegels sofort als Strömung zu bewerten. Dies wird innerhalb des Empfängers mit Hilfe des Signalpegelüberwachungsgliedes 31 erreicht, die über das Entkopplungsglied 25 angeschlossen ist. Dieses Signalpegelüberwachungsglied bewertet das ganze Übertragungsband. Mit Rücksicht darauf hat es eine verhältnismässig geringe Laufzeit, d. h. vor allen Dingen eine geringere Signallaufzeit als der eigentliche Signalempfänger 29. Wenn der Signalpegel plötzlich stark absinkt oder überhaupt keine Signalfrequenz vorhanden ist, spricht auf diese Störung sofort das Relais 34 an.
Von dem Signalpegelüberwachungsglied wird ausserdem die für die Pegelregelung notwendige Regelspannung für den Regelverstärker 15 abgeleitet. Mit Rücksicht darauf, dass die Regelspannung aber von dem im ganzen Übertragungsband aufgenommenen Pegel abgeleitet wird, sind besondere Vorkehrungen notwendig, um ein Anheben des Störpegels bei ausfallendem Signalpegel zumindest vorübergehend zu verhindern. Die Regelung für den Regelverstärker stellt sich bei zunehmendem Pegel verhältnismässig schnell ein. Bei Ausbleiben des Pegels geht sie jedoch voraussetzungsgemäss nur langsam auf eine grössere Empfindlichkeit zurück.
Dies hat zur Folge, dass der Störpegel, insbesondere die dauernd vorhandene Rauschspannung durch Korona, beim Ausbleiben des Signalpegels ebenfalls langsam ansteigt, so dass die Überwachung des Signalpegels vorerst von Störungen nicht beeinflusst wird und die Schaltungsanordnung rechtzeitig abschalten kann.
Zur Kontrolle des Störpegels innerhalb des Übertragungsbandes wird ein schmales Frequenzband zwischen den zur Übertragung verwendeten Frequenzen über das Filter 28 ausgesiebt und auf seine Amplitude überwacht. Der Störpegelempfänger 30 benötigt eine längere Zeit, um eine Änderung des Störpegels zu bewerten, da das Filter 28 jeweils erst einschwingen muss. Aus diesem Grund muss auch das Signalpegelüberwachungsglied 31 auf Ausfall des Signals sehr rasch reagieren, weil der eigentliche Signalempfänger 29, auf Grund seiner trägheitslosen Begrenzung, bei Ausfall des Signals sofort vollempfindlich für den Störpegel wird.
Eine Änderung des Störpegels, die bei Ausfall des Signals durch Hochregeln des Regelverstärkers nur langsam erfolgt, lässt aber dem Störpegelempfänger genügend Zeit, darauf zu reagieren, und zwar noch bevor das Signal- pegelüberwachungsglied den hochgeregelten Störpegel fälschlicherweise als Signalpegel bewerten könnte. Ohne dieses Zusammenwirken könnte ein rechtzeitiges und bleibendes Abschalten der Empfangsanlage unmöglich werden.
Die zuletzt angestellte Betrachtung bezieht sich auf den Fall, dass der dauernd vorhandene Störpegel im wesentlichen durch Korona hervorgerufen wird. Dieser ist an sich im Normalfall klein im Vergleich zum Signalpegel.
Impulsstörungen aber, .die bei Blitzschlägen, bei Kurzschlüssen sowie beim Schalten innerhalb der Hochspannungsanlage plötzlich mit grosser Amplitude auftreten, sind hingegen meistens von sehr kurzer Dauer und werden von dem Signalempfänger bevorzugt unterdrückt. An sich bestände die Gefahr, dass der Störpegelempfänger 30 derartige Störimpulse als Störungen bewerten könnte, doch wird dies durch den dynamischen Begrenzer 24 hinter dem niederfrequenten Verstärker 23 verhindert, da über diesen die Störimpulsspitzen nicht grösser werden können als der gerade anliegende Signalpegel.
Dies trifft auf alle Fälle dann zu, wenn die Störimpulse vereinzelt oder bei grosser Impulsdichte verhältnismässig kurzzeitig auftreten. Dauern hingegen die Störungen länger, was z. B. beim Schalten von Trennschaltern oder bei einem direkten Kurzschluss vorkommen kann, so wird diese Eigenschaft des dynamischen Begrenzers infolge der Verschiebung seiner Begrenzervorspannung langsam
<Desc/Clms Page number 4>
unwirksam. Bis zu diesem Zeitpunkt, bei der die Be- grenzervorspannung entsprechend verändert würde, kann aber der Störpegelempfänger 30 ansprechen, da er diese Störspannungen integriert.
Bei ordnungsgemässem Einsatz der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden aber die Übertragungsstrecken selten mehr als 50 km lang. In diesen Fällen dürfte der Signalpegel noch etwa so gross sein, wie die hinter dem Filter erscheinenden Störimpulse. Anhand der Fig.2 wird das Arbeiten der Überwachungseinrichtung noch kurz erläutert, das im wesentlichen darin besteht, dass die Ausführung eines Schaltbefehls nur dann möglich gemacht wird, wenn keine der im Empfänger und auch im Sender vorhandenen Überwachungseinrichtungen angesprochen hat. In der Zeichnung sind die Kontakte im Betriebszustand dargestellt.
Die Überwachung Ü 1 kontrolliert, ob genügend Signalpegel_ empfangen wird. Ü2 überwacht, ob der Störpegel einen festgelegten Pegelabstand gegenüber dem Signalpegel (Verhältnis von Signal zu Störspannung) einhält. Gleichzeitig werden in der Schaltungsanordnung mit Hilfe des Überwachungsrelais (l2 ebenso wie mit den Überwachungsrelais fI3 und Ü4. die Empfangsanlage selbst, also das Arbeiten der einzelnen Verstärkerröhren usw. überwacht. Die Funktion aller anderen in der Schaltungsanordnung notwendigen Schaltungsteile wird direkt oder indirekt durch die Signalpegelüberwachung ü1 mit kontrolliert.
Lediglich der Ausfall dar in der Regelbrücke verwendeten Röhre des Regelverstärkers 15 wird von der Störpegelüberwachung Ü2 mit erfasst, weil diese den im ungeregelten Zustand zu grossen Signalpegel trotz der Filterdämpfung als Störpegel bewertet. Der hierbei ebenfalls grössere Störpegel trägt mit zum Erkennen der Störung bei. Die eigentlichen Signalempfänger 29 werden von diesen übermässig grossen Signalen nicht gestört, da die ihnen zugeordneten Amplitudenbegrenzer für konstanten Pegel sorgen.
Sobald eine der genannten Überwachungen anspricht, wird der Stromkreis für die Auslöserelais ER1 bzw. ER2 sofort geöffnet, wie in der Fig. 2 gezeigt ist. Nach einer gewissen Verzögerungszeit wird das Empfangsalarmrelais Ae ausgelöst, welches anzeigt, dass über die Anlage kein Schaltbefehl mehr übertragen werden kann. Sobald die Störungen behoben sind, wird der richtige Zustand automatisch, vorzugsweise mit einer gewissen Verzögerung wiederhergestellt.
Innerhalb des Senders sind die überwachungs- glieder Ü5 und Ü'6 vorgesehen, die die Ausgangsspannungen der Sendeoszillatoren und die Signalgleichspannungen für die Modulatoren kontrollieren. Mit Hilfe der Überwachungseinrichtung Ü7 wird der Ausgangspegel des Sendeverstärkers kontrolliert. Hierdurch werden also indirekt alle Röhren, Quarze, Filter, Versorgungsspannungen usw. des Senders mit überwacht. Die Anzeige geschieht über das Sendealarmrelais As. Um die Anzeige eines Fehlers im Sender auch beim Empfänger zu ermöglichen, wird, sobald eine der Überwachungseinrichtungen anspricht, die End- röhre des Sendeverstärkers 7 (Fig. 1) gesperrt.
Hierdurch wird kein Signal mehr ausgesendet und der Empfänger wertet das Fehlen des Signals entsprechend aus.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können beispielsweise, wie erwähnt, über dieselbe Übertragungsleitung unter Verwendung gemeinsamer Überwachungsglieder auch zwei oder mehr Schaltbefehle parallel übertragen werden, sofern ein entsprechend breites Übertragungsband zur Verfügung steht. Ausserdem ist es im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich, dass die mechanisch arbeitenden Schaltglieder, die jedoch für die Verwendung in Schaltwarten besonders geeignet sind, teilweise oder gemeinsam durch elektronische Schaltglieder ersetzt werden.
Für die Belange der Erfindung ist es ohne Bedeutung, wie die einzelnen Funktionsglieder realisiert werden, d. h. der Aufbau des Sendeverstärkers oder des Empfangsverstärkers sowie der verschiedenen Begrenzer usw. ist für die Arbeitsweise an sich ohne Bedeutung.
Abschliessend wird darauf hingewiesen, dass die vorgeschlagene Schaltungsanordnung mit den gleichen Vorteilen für jede beliebige Signalübertragung, bei der ein Schutz gegen Störungen erstrebt wird, verwendet werden kann. Eine Auswertung der übertra- genen Signale kann ebenso unterbunden werden, wie dies für die Übertragung von Schaltbefehlen über Hochspannungsleitungen anhand der Ausführungsbeispiele erläutert wurde.