专利名称：三相输电线路信息传输装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电工技术，更确切地说，是涉及沿三相交流输电线路进行信息传输的装置。本发明主要用来沿任意电压等级的三相输电线路的导线传输信号，且在不完全相运行状态下，仍能保持其工作能力。
已知的一些沿三相输电线路的导线传输信号的装置，是用来向两相中输入信号电流的，(如苏联专利SU，A，413596、970656、275157即是)。在这些装置中，信号电流是利用专用的电源设备形成，这就显著地增大了装置的外形尺寸和成本。
另一些已知的用来向两相中输入信号电流的沿三相输电线路导线传输信号的装置有如苏联专利SU，A，860274、1019649所示。
在这些装置中，信号电流不是利用专用的电源设备形成，而是以输电线路为电源设备，这可大大减小装置的外形尺寸和成本。
上述已知装置的共同缺点是当流通信号电流的相断开(不完全相运行状态)时，这些装置将丧失工作能力。
此外，当信号频率为f0的无线电脉冲中断传输后，信息脉冲中的信号电流不是立刻降到零，而是按指数形式下降。为了这些已知装置中的振荡电路都具有很高的品质因数，于是接收时电流降落的迟延可能造成假接收，这是所不希望的。而降低振荡电路的品质因数又会增大消耗功率。
还有一个缺点，就是当与负载同时输入信号电流且存在补偿电容器时，信号电流将被分流，造成信号电流的极大衰减。
已知的沿三相输电线路的导线传输信号的装置(SU，A，1223381)包括三个电感线圈;三个第一二极管和三个第二二极管;门电路。各电感线圈的第一引出线与输电线路的对应相A、B、C连接，各电感线圈的第二引出线与各第一二极管的阳极连接，每个第一二极管的阴极连在一起后接到门电路的第一输入端，门电路的第二输入端连接在第二二极管的互相连在一起的阳极上，每一个第二二极管的阴极直接接在输电线路对应相A、B、C上。门电路包括半导体开关元件、第二电感线圈、半导体开关元件的触发部分、电容器、电阻器。门电路的第一输入端经过电阻器连接在半导体开关元件的阳极上和电容器的第一极板上，电容器的第二极板与门电路的第二输入端和第二电感线圈的第一引线相连接，第二电感线圈的第二引线与半导体开关元件的阴极相接，半导体开关元件的触发部分连接在半导体开关元件的控制电极和它的阴极之间。
在上述装置中，当输电线路的任意一相断路时，仍能保持其工作能力，去掉了专用的电源部分，在该装置中该电源部分由三相电网来充当。频率为f0±F(f0-门电路的换向频率，F-电网频率)的无线电脉冲(门电路换向)中断传输后，信息脉冲中的信号电流便立刻降到零，而积蓄在振荡电路元件中的能量引起频率为f0的信号电流，该信号电流不可能被接收频率调整为f0±F的接收装置所接收，这样就避免了在传输“0”时可能产生的假接收“1”。
但是上述已知装置的缺点在于电流的波谱组成不好，也就是说，除了主频率外，装置还振荡出主频率的一系列倍频电流。
此外，信号电流还被补偿电容器分流，从而大大降低了输入到线路中的有效电流。
在可以与输电线路的输入电阻相比较的负载电阻的作用下，一部分信号电流被分流到负载中，降低了输入到输电线路中的有效信号电流，並在负载上引起不良的信号电压。
在上述已知的装置(SU，A，1223381)中，门电路是利用半导体开关元件、第一电感线圈(带有控制部分)、电容器和电阻器实现的。
如果在所观察的时间间隔中，A相电位高，而C相电位低，来自控制部分的脉冲到达半导体开关元件的控制电极上，则电流经过导通的半导体开关元件的流经通路如下相A-第一电感线圈-第一二极管-电阻器-半导体开关元件-第一电感线圈-第二二极管-相C。经过半导体开关元件的信号电流瞬时值由下式决定i = (E0)/(R) (1 - e- (R)/(L) t) (1)式中E0-整流的三相电压的恒定分量R-电路的有效电阻L-电路的电感t-半导体开关元件处于导通状态的时间导通状态的时间由如下条件选择t = τ (T0)/4 (2)式中T0= 1/(f0)f0-门电路换向频率考虑到式(2)、式(1)取如下形式Im = (E0)/(R) (1 - e- (R)/(L) τ)(3)
式中Im-在t＝τ时电流的峰值。
电路电阻值R这样来选择，即在O≤t≤ (T0)/4 的时间间隔内，使信号电流(式(1))的形式极大地接近于正弦波的形式，即将式(1)写成i＝ImSinwot (4)式中ω0＝2πf0-圆频率利用由电容器和第一电感线圈构成的强制换向电路，将半导体开关元件截止6，同时在时间间隔 (T0)/4 ≤t≤T0内(这时半导体开关元件截止)，电容器沿下述电路进行充电相A-第一电感线圈-第一二极管-电阻器-电容器-第二二极管-相C。在时刻 (T0)/2 时，电容器的充电过程结束。在 (T0)/2 ≤t≤T0的时间间隔内，电路处于稳定状态。在各时刻t＝nT0(n＝1、2、3…)，在半导体开关元件1的控制电极上重新通过触发脉冲，半导体元件1导通，过程重复进行。
因此，流经电阻器8的电流值由下式决定
信号电流是一次谐波电流。将式(5)展开成或付里叶极数i = (Im)/(π) + (Im)/2 sinwot - (2Im)/(π) ( (cos2wot)/3 +……)(6)由式(6)，第一谐波信号电流值等于i0= (Im)/2 sinwot(7)
该信号电流的有效值等于I0=Im22(8)]]>由式(6)可以得出在已知的装置中不仅能振荡出有效电流(式(7))，而且还有其它频率2W0、4W0……的电流。其它频率电流的形成，要消耗电源的附加功率，该电源就是三相电网，这就会极大地降低装置对输入到电网中有效功率的利用。
考虑到式(8)，输入到其输入电阻值为Z的电网中信号频率为W0的有效功率等于P0= I20Z = (I2m)/8 Z (9)本发明的任务是制造出这样一种三相输电线路信号传输装置，该装置通过将第二二极管的阴极连接到输电线路的对应相的新方法，来保证构成形成信号电流的振荡回路，该信号电流具有伴随第一谐波电流的最大峰值的门电路换向频率，这样就会导致提高输入到三相输电网路中的信号的有效功率。
完成这项任务的方法是在沿三相输电线路的导线传输信号的装置中包括门电路，该门电路有第一输入端和第二输入端，以及三个第一二极管和三个第二二极管。各第一二极管的阳极与输电线路的对应相A、B、C电路相耦合，各第一二极管的阴极接在一起后与门电路的第一输入端相连，门电路的第二输入端连接到互相连接在一起的第二二极管的阳极上，每一个第二二极管的阴极都与输电线路的对应相A、B、C电路相耦合。根据本发明，每个第二二极管的阴极与输电线路的对应相A、B、C之间电路相耦合，是通过固有的电感元件来实现的，而且各第二二极管的阴极和对应的各第一二极管的阳极连接在各公共点上，各公共点之间有电容耦合，以便与固有电感元件一起构成振荡回路。
利用按星形接线法连接的三个电容器，来实现各第二二极管的阴极和对应的各第一二极管阳极各连接点之间的电容耦合是适宜的。
利用按三角形接线法连接的三个电容器，来实现各第二二极管的阴极和对应的各第一二极管的阳极的各连接点之间的电容耦合，也同样适宜。
采用这种电路方案，能获得伴有第一谐波电流最大峰值的门电路的换向频率，这样，与负载同时向输电线路中输入信号电流时，功率就会被装置加以最大限度的有效利用。
下述作法是完全有益的，即对输电线路的每一相A、B、C都引入匹配变压器、耦合变压器、以及补偿电容器，而且每一个匹配变压器的初级绕组就是固有电感元件，用来实现每一个第二二极管的阴极与输电线路的对应相A、B、C之间的电路耦合，而匹配变压器的次级绕组的各第一引线连接在一起，而且上述每一个绕组的各第二引线连接在耦合变压器的对应次级绕组的各第一引线上，上述每一个耦合变压器的次级绕组的各第二引线连接在一起，而耦合变压器的每一个初级绕组与各对应的补偿电容器串联，构成向输电线路的相A、B、C输入信号电流的串联电路，而且各第二二极管的阴极和对应的各第一二极管的阳极的各连接点之间的电容耦合，必须借助于三个电容器来实现，每一个电容器都与对应的匹配变压器的初级绕组并联。
向输电线路的各相A、B、C输入信号电流的各串联电路之间可以按星形接线法连接。
这些向输电线路的各相A、B、C输入信号电流的各串联电路之间也可以按三角形接线法连接。当存在补偿电容器时，这种电路连接方案能保证与负载同时向输电线路输入信号电流，而不会被补偿电容器分流。
下面将表明通过下述方法来构成向输电线路的各相A、B、C输入信号电流的串联电路是适宜的，即将耦合变压器的初级绕组连接在A、B、C各相上，而各对应的补偿电容器以星形或三角形接线直接连接在输电线路的A、B、C各相上。
装置采用这种制作方案，以及当存在补偿电容器时，可以保证在连续负载的条件下向输电线路输入信号电流，且不会向负载上分流。
下面将通过对具体的实施例和附图的描述来说明本发明。
图1所示为沿三相输电线路传输信号的装置，根据本发明，这是有电容耦合的方案之一;
图2所示为同一种装置，根据本发明，这是有电容耦合的另一种方案;
图3所示为信号传输装置的另一种电路连接方案，根据本发明，输电线路的每一相都有变压器;
图4所示即为图3所示的装置，根据本发明，该装置有另外一种向输电线路的各相输入信号电流的串联电路;
图5所示也是图3所示的装置，根据本发明，该装置以另外一种方案构成向输电线路的各相输入信号电流的串联电路;
图6所示即为图1所示的装置，根据本发明给出了门电路的电路连接方案;
图7所示为本发明装置形成的信号电流矢量图，是向三个相中输入电流的情况。
三相输电线路信号传输装置包括门电路1(图1)，该门电路1有第一输入端和第二输入端，以及三个第一二极管21、22、23和三个第二二极管31、32、33。
各第一二极管21、22、23的阳极与输电线路的各对应相A、B、C电路相耦合，各第一二极管21、22、23的阴极连接在一起，並且与门电路1的第一输入端相连接，该门电路的第二输入端连接在互相连接在一起的第二二极管31、32、33的阳极上。
每个第二二极管31、32、33的阴极与输电线路的对应相A、B、C电路相耦合，通过固有电感元件41、42、43实现每个第二二极管31、32、33的阴极与输电线路的对应相A、B、C之间的电路耦合。第二二极管31、32、33的阴极与对应的第一二极管21、22、23的阳极连接在各公共点上，这些公共点之间有电容耦合，以便与固有电感元件41、42、43共同构成振荡回路。
以星形接线相连接的三个电容器51、52、53来实现第二二极管31、32、33的阴极与各对应的第一二极管21、22、23的阳极的各连接点之间的电容耦合。
图2所示，是以三角形接线相连接的三个电容器51、52、53来实现第二二极管31、32、33的阴极与各对应的第一二极管21、22、23的阳极各连接点之间的电容耦合。
在另一方案中，所制成的装置包括用于输电线路每相A、B、C的匹配变压器61、62、63(图3)、耦合变压器71、72、73和补偿电容器81、82、83。
每个匹配变压器61、62、63的初级绕组都是固有电感元件，用来实现每个第二二极管31、32、33的阴极与输电线路对应相A、B、C之间的电路耦合，而匹配变压器61、62、63的各次级绕组的第一引线连接在一起，且每个次级绕组的第二引线连接在各耦合变压器71、72、73对应的次级绕组的第一引线上，后者的每个次级绕组的第二引线连接在一起。耦合变压器71、72、73的每个初级绕组与各对应的补偿电容器81、82、83串联，构成向输电线路的各相A、B、C输入信号电流的串联电路。
利用三个电容器51、52、53，並将每一个电容器分别与匹配变压器61、62、63的初级绕组并联，来实现第二二极管31、32、33的各阴极与对应的第一二极管21、22、23的阳极相连接的各结点之间的电容耦合。
向输电线路各相A、B、C输入信号电流的串联电路，由各耦合变压器71、72、73(图4)的初级绕组和补偿电容器81、82、83构成，它们以三角形接线相接。
在图3所示的装置的制作方案中，向输电线路各相A、B、C输入信号电流的各串联电路之间，以星形接线相接。
在制作装置的另一种方案中(图5)，构成向输电线路各相A、B、C输入信号电流的串联电路，是通过下述方法实现的，即将耦合变压器71、72、73的初级绕组连接在A、B、C各相中，而将对应的补偿电容器81、82、83，以星形或三角形接线，直接连接在输电线路各相A、B、C上。
在图6所示的装置制作方案中，给出了门电路1的具体电路连接方法，门电路1包括半导体开关元件9、半导体开关元件的控制部分10、电容器11、电感线圈12和电阻器13。门电路1的第一输入端经过电阻器13连接在半导体开关元件9的阳极和电容器11的第一极板上，电容器11的第二极板经过电感线圈12，与门电路1的第二输入端和半导体开关元件9的阴极相连接。半导体开关元件的控制部分10连接在它所控制的电极和阴极之间。
三相输电线路信息传输装置的工作原理如下。
在来自半导体开关元件的控制部分10的控制脉冲尚未到达半导体开关元件9(图6)的控制电极之前，半导体开关元件9截止，电容器11被充电，如图6所示。在来自半导体开关元件的控制部分10的输入脉冲的作用下，半导体开关元件9导通之后，电流i0开始沿下述电路通过(A相的电位比C相的电位高)相A-电感线圈41-第一二极管21-电阻器13-半导体开关元件9-第二二极管33-电感线圈43-相C。该电流值类似地由式(1)决定。
利用由电容器11和电感线圈12组成的强制换向电路的作用，将半导体开关元件9截止。
在半导体开关元件9被截止的瞬间，在电感线圈41和43中积蓄的能量W之值等于W=I2mo(L41+L41)2(10)]]>式中
-电感线圈41和43的电感值Imo-在半导体开关元件9截止瞬间，流经电阻器13的电流值。
在半导体开关元件9截止后，利用所积蓄的能量W，在回路相A、电感线圈41、电容器53、电感线圈43、相C中，激起频率为ω0的自由振荡，ω0之值由下式决定ω0=12πLϵCϵ(11)]]>式中Lϵ=L41+L41]]>Cϵ=C51C51C51+C51]]>式中
-电容器的电容值(在计算式(11)时，相A和相C之间的输入电阻值未计入。)取各电容器C上的信号电压值小于或等于E0。这时，当振荡器工作时，下面的关系式是正确的Im02LE2=E02CE2(12)]]>考虑到当 (Rτ)/(L) ＜＜1时，e- (R)/(L) τ≈(1- (R)/(L) τ)一定能实现，这时式(3)取下式Imo≌ (E0)/(Lε) τ(13)式中τ-在上述条件下，半导体开关元件9处于截止状态的时间间隔。
考虑到式(11)、(12)和(13)，计算ττ≤0.159T0(14)
当满足条件(14)时，在所推荐的装置中，有信号频率为f0的有效电流振荡(SU，A，1223381)，与提到过的已知装置相比，所产生的频率为6Ω、12Ω、18Ω……的电流，由于它们都很微小，所以加以忽略，这可通过下述的证明得到证实。将三相工频整流电压展开成傅里叶级数，有如下形式μ(t) = (3μm)/(π) + (3μm)/(π) (2 (COS6Ωt)/35 -2 (COS12Ωt)/143 ……)(15)式中Ω＝2πF-电源电压频率μm-相电压的峰值由于级数(15)迅速收敛，我们来看一下形成有效信号电流i0的恒定分量E0- (3μm)/(π) 对产生不良的六次谐波电压的峰值之比μmo = (6μm)/(π×35) ,即 (E0)/(μm6) ≌17.5 (16)式(16)表明所产生的频率为6Ω、12Ω…的电流可以忽略。
由于是以三相输电线路的电压作为电源，我们来看一下线路中形成一些什么样的电流，这些电流的频率是两个频率-电网频率Ω＝2πF和门电路的换向频率ω0-同时互相作用的结果。
相A中电流的瞬时值可以写成如下形式
相C中为
考虑到式(17)，图7中给出了在向三相输入电流时，由装置产生的信号电流的矢量图。分析式(17)可知，向三相输电线路输入两种频率f0±F的电流，且频率为f0-F的信号电流是相A、C、B的负序电流，而频率为f0+F的信号电流是相A、B、C的正序电流，而且I2(f0-F)=I1(f0+F)=I0(f0)2(18)]]>式中I2(f0-F)-频率为f0-F的负序电流的有效值I1(f0+F)-频率为f0+F的正序电流的有效值I0(f0)-总电流的有效值考虑到总电流的峰值等于Im，当输入电阻为Z时，所推荐的装置中信号频率为ω0的输入到电网中的有效功率p0.3，计算为P0.3= (I2m)/2 z(19)当本申请专利的装置和已知的装置中的输入电阻相同时，比较一下输入到电网中的有效功率的大小，根据式(9)和(19)有(P0.3)/(P0) = 4(20)式(20)表明，本申请专利的装置向三相电网输入的有效功率是已知装置的四倍，这就证明了所推荐的装置的优越性。
由图1可知，信号电流与负载同时进入三相电网，负载的输入电阻对于信号频率来说，通常大于电网的电阻，因此在计算时，分流到负载上的电流予以忽略或加以计算。
但是，当装上用来增大COSφ的补偿电容器后，信号电流将被所述的电容器分流，这是一个缺点。
为了消除上述的缺点，建议采用图3所示的装置原理图。
根据图6，装置的换向部分由门电路1组成。门电路1装有半导体开关元件9、电感线圈12、半导体开关元件的控制部分10、电容器11、电阻器13、各第一二极管2和各第二二极管3。因此当相A的电压高及相C的电压低时，半导体开关元件9(门电路1，图3)的工作情况与前面所述的半导体开关元件9(图6)的工作情况相符。
在半导体开关元件9截止后，利用积蓄在匹配变压器61和63(图3)初级绕组中的能量，在由匹配变压器61的初级绕组和电容器51、以及匹配变压器63的初级绕组和电容器53构成的各振荡回路中，开始产生频率为门电路的换向频率后的自由振荡。
上述各回路中的元件这样来选择，即保证能将这些回路调谐到频率f0。
由于匹配变压器6的次级绕组的变压结果，在下述电路中产生电流匹配变压器61的次级绕组-匹配变压器63的次级绕组-耦合变压器73的次级绕组-耦合变压器71的次级绕组-匹配变压器61的次级绕组。在经过耦合变压器的初级绕组变压后，在由下述元件组成的回路中引起电流耦合变压器71的初级绕组-补偿电容器81-补偿电容器83-耦合变压器73的初级绕组-相C-输电线路的输入电阻-相A-耦合变压器71的初级绕组(分流到负载上的信号电流忽略不计)。
因此，在装置中避免了信号电流被补偿电容器8分流。
在分析装置的运行时，我们忽略了分流到负载上的电流。但是，在某些情况下，例如当负载电阻的大小可以同输电线路的输入电阻相比较时，就必须消除信号电流对负载电阻的影响。为此，当以星形或三角形接线将各补偿电容器8直接地接入输电线路中时，必须将各耦合变压器7的初级绕组按照图5连接到输电线路的各相上。
我们来看一下信号电流在各耦合变压器7的初级绕组和各补偿电容器8组成的电路中的流通回路耦合变压器71的初级绕组-补偿电容器81-补偿电容器83-耦合变压器73的初级绕组-相C-输电线路的输入电阻-相A-耦合变压器71的初级绕组。由于补偿电容器的阻抗对于信号频率来说，要比负载电阻小很多，实际上排除了信号电流落到负载上。若没有补偿电容器8时，可以用将其频率调节到信号频率的串联的LC滤波器来代替它们。
所推荐的本发明，能够最为有效地用来将从通常建立在低压电网中的监控点发出的信息，传输到位于供电变电站的主控台。上述两个地点之间的距离l，通过在音频范围内选择适当的波长l＜ (λ)/4 来决定。三相交流电网中的各个负载、变电站、分段点、备用的自动投入点，都可作为所述的监控点。
权利要求
1.三相输电线路信号传输装置包括门电路(1)，该门电路有第一输入端和第二输入端，以及三个第一二极管(21、22、23)和三个第二二极管(31、32、33)，各第一二极管(21、22、23)的阳极与输电线路各对应相A、B、C电路相耦合，各第一二极管(21、22、23)的阴极连接在一起，並与门电路(1)的第一输入端连接，门电路(1)的第二输入端连接在互相连接在一起的各第二二极管(31、32、33)的阳极上，每一个第二二极管(31、32、33)的阴极与输电线路对应相A、B、C电路相耦合，其特征为每个第二二极管(31、32、33)的阴极与输电线路对应相A、B、C之间通过固有电感元件(41、42、43)实现电路耦合，且各第二二极管(31、32、33)的阴极和各对应的第一二极管(21、22、23)的阳极连接在各公共点上，这些点之间有电容耦合，用来与固有电感元件(41、42、43)一起构成振荡回路。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征为各第二二极管(31、32、33)的阴极和各对应的第一二极管(21、22、23)的阳极的各连接点之间的电容耦合，是以星形接线连接的三个电容器(51、52、53)实现的。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征为各第二二极管(31、32、33)的阴极和各对应的第一二极管(21、22、23)的阳极的各连接点之间的电容耦合，是以三角形接线连接的三个电容器(51、52、53)实现的。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征为该装置包括用于输电线路每相A、B、C的匹配变压器(61、62、63)、耦合变压器(71、72、73)、补偿电容器(81、82、83)，每个匹配变压器(61、62、63)的初级绕组就是固有电感元件，用来实现每个第二二极管(31、32、33)的阴极与输电线路对应相A、B、C之间的电路耦合，而匹配变压器(61、62、63)的各次级绕组的第一引线连接在一起，每一个上述绕组的第二引线连接在对应的各耦合变压器(71、72、73)的次级绕组的第一引线上，后者每个次级绕组的第二引线连接在一起，而每个变压器(71、72、73)的初级绕组与对应的补偿电容器(81、82、83)串联，构成向输电线路的各相A、B、C输入信号电流的串联电路，而且各第二二极管(31、32、33)的阴极和对应的各第一二极管(21、22、23)的阳极的各连接点之间的电容耦合，是借助于三个电容器(51、52、53)来实现的，上述的每个电容器与对应的匹配变压器(61、62、63)的初级绕组并联。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征为向输电线路各相A、B、C输入信号电流的串联电路彼此之间按星形接线连接。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征为向输电线路各相A、B、C输入信号电流的串联电路彼此之间按三角形接线连接。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征为构成向输电线路各相A、B、C输入信号电流的串联电路，是借助于下述方法来实现的，即将各耦合变压器(71、72、73)的初级绕组连接到A、B、C各相上，而将各对应的补偿电容器(81、82、83)按照星形或三角形接线直接连接在输电线路的A、B、C各相上。
全文摘要
三相输电线路信号传输装置包括门电路(1)、三个第一二极管、(2123)和三个第二二极管(3123)，各二极管阳极分别与电路ABC相耦合，各第一二极管阴极接门电路第一输入端，门电路第二输入端接二极管(3123)阳极，各第二二极管阴极经固有电感元件(4123)与对应相ABC耦合。各二极管(3123)阴极和各二极管(2123)阳极接在有电容耦合的各公共点上。
文档编号H04B3/54GK1048960SQ89104820
公开日1991年1月30日 申请日期1989年7月15日 优先权日1989年7月15日
发明者科拉夫迪·伊奥西夫维奇·古丁, 西维里安·亚力山大罗维奇·特萨戈雷西维利 申请人:乌塞苏玖兹尼自然调查研究所电气化光电管联合体