专利名称：小功率音频信号的传输方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在电力系统中传输信号的领域。是关于在音频控制系统中传输音频信号以对电力负荷或工业、交通系统的控制对象进行控制、调整的发明。
目前我国制造和使用的音频负荷控制系统和德国西门子公司、瑞士的兹尔维格[Zellweger]公司、法国的斯伦贝谢公司等，所制造的音频负荷控制系统是由中央机、地方机、三相调制机、注入设备及接收执行机构五部分组成的。由于它的信号发送端(三相调制机、注入设备)是采用三相功率音频信号注入的方案，即在高压网的A、B、C三相上各装一套由电容、电感组成谐振槽路的注入设备，而且接收执行机构接在低压线的相线和零线上以取得音频信号，所以三相音频信号在线路及低压侧的消耗很大。因此注入容量大为主变容量的千分之一左右；注入设备庞大，引起了基建费用的膨胀。例如一个50000kVA的变电站的注入容量达40kVA；用在三相调制机、注入设备及其基建方面的费用就高达40万元，其中三相调制机和注入设备占25万元左右，这是我国目前经济上难以承担的。因而一个很好的音频负荷控制系统很难在国内推广使用。
本发明的目的是提供一种大幅度降低现有的音频信号传输系统中的调制机、注入设备及其基建费用和节能的在电力系统中传输音频信号的系统，以便推广音频负荷控制系统在我国的应用。
本发明的另一个目的是为了给工业、交通控制系统的控制对象提供一个通过在电力系统中传输音频信号的系统以达到集中控制、调整的途径。
本发明提出的小功率单相音频信号(单相音频信号，以下称信号)串联注入的信号传输方法(以下称信号传输方法)是在电力系统中高压网的最多两条相线上串联注入信号，在低压侧传输信号相应的两线上接入接收执行机构以取得信号，执行中央机或地方机(中央机或地方机以下称控制器)发出的指令。对于要求低压侧相线对零线有信号的场合，采用二次电压注入的方法。因此大大降低了系统对信号能量的要求；大大降低了信号传输系统和基本建设的费用，进而实现了本发明的目的。
目前已在制造、运行的音频信号传输系统中的接收执行机构是接在相线和零线上并取得信号的，将它改接在低压侧线电压的两线上取得信号，亦可达到降低注入容量的目的。
本发明提出的小功率单相音频信号串联注入的信号传输系统(以下称信号传输系统)是由发送端、接收发送端和接收端构成的(其中视系统需要装设接收发送端)。电力系统中可以同时存在若干个这样的信号传输系统。
本发明可以从某一级电网的任意不多于两条相线上串联注入信号及在低压侧二次电压注入到至少一条相线上。为了阐述方便，下面以把信号串联注入到某一级高压网的A、C两线上，在低压线传输信号相应的a、c两线上取得信号及将信号二次电压注入到三相四线低压线的三相上，在低压侧a、c两线上以及在各相线和零线上取信号为例，通过附图进一步说明。这些附图是
图1.1所示为信号传输方法及信号传输系统图。图中同时给出了接收发送端的二次注入设备的连接方案之一。
图1.2所示为接收发送端的二次电压注入设备的连接方案之二。
图1.3a所示为控制器发出的代码电平图。
图1.3b所示为经单相调制机调制后的信号图。
本发明的信号传输方法(图1.1)，是在电力系统中通过单相调制机[102]将控制器发出指令中代码的“1”电平(图1.3a)调制成某一选定频率的信号(图1.3b)。经单相注入变压器[104](图1.1)、不多于两个注入电流互感器组成的偶合电路[117]，串联注入到某一级高压网的任意不多于两条相线上。在注入电流互感器的二次出线端并联接入一套由电容器、电感器组成的谐振在电网频率上的串联谐振回路[116]，以便通过注入电流互感器二次侧的电网频率的电流。为了进一步减少注入功率和抑制信号向上一级电网扩散，在偶合电路[117]一次侧进线端前的两线上，连接由电容器和电感器组成的一套谐振在某一选定频率的串联谐振槽路的信号通道[118]。接收执行机构接在传输信号相应的低压线上以取得信号，执行控制器发出的指令。对于要求低压侧相线对零线有信号的场合，采用二次电压注入的方法用接收发送端[115]的二次单相调制机[103]将低压线相应两线上的信号复制并调制成另一选定频率的信号，经包含有串联谐振槽路的二次注入设备[107]，注入到变压器中性点串有匹配线圈[106]后接地的三相四线低压线的至少一条相线和零线上，零线从接地端引出。接收执行机构接在传输信号的相线和零线上，以取得信号。只在低压侧传输信号时，由相应的控制器发出指令控制二次单相调制机[103.2]，将代码中的“1”电平调制成某一选定频率的信号。通过二次注入设备[107]将信号注入到变压器中性点串有匹配线圈[106]后接地的三相四线低压线的至少一条相线与零线上，零线从接地端引出。接收执行机构接在低压线传输信号的相线与零线上，以取得信号。
本发明的信号传输系统(图1.1)由发送端[112]、接收发送端[115]和接收端[113]构成(其中视系统需要装设接收发送端[115])。它们分别与高压网[110]、低压线[111]有电偶合。
发送端[112](图1.1)由信号通道[118]、谐振回路[116]、偶合电路[117]、单相注入变压器[104]和单相调制机[102]构成。另一种发送端[112]的构成，不装设信号通道[118]。接收发送端[115]由二次单相调制机[103]、二次注入设备[107]和电感量＜50mH的匹配线圈[106]构成。在低压侧容量较小的场合，接收发送端[115]由二次单相调制机[103.1]、二次注入设备[107]和匹配线圈[106]构成。其中，二次单相调制机[103.1]将低压线相应两线上的信号简单复制并调制成另一选定频率的信号。接收端[113]由接收执行机构108.1、108.2......和接收执行机构109.1、109.2、109.3......构成。信号通道[118]由电容器[C7]、电感器[L7]组成串联谐振槽路。谐振回路[116]由电容器[C6]、电感器[L6]组成串联谐振槽路。偶合电路[117]由注入电流互感器[T1]或[T1]、[T2]组成。二次注入设备[107]需由电容器[C2]、[C3]、[C4]及电感器[L2]、[L3]、[L4]组成。
各部分的接线方案是单相调制机[102]的输出端与单相注入变压器[104]的原边对应相接。单相注入变压器[104]输出的两端分别和注入电流互感器[T1]二次侧的两端相接。谐振回路[116]的电容器[C6]和电感器[L6]串联后，并联接在注入电流互感器[T1]二次侧的两端。偶合电路[117]中的注入电流互感器[T1]一次侧的首、尾端和注入电流互感器[T2]一次侧的首、尾端以同名端在同一侧，分别串联接在高压网[110]的A、C两条相线上。注入电流互感器[T1]二次侧的首、尾端和注入电流互感器[T2]二次侧的尾、首端分别相接，并且一端接地。信号通道[118]中的电容器[C7]、电感器[L7]相串联后，两端分别接在高压网[110]A、C两线的y、r两点上。偶合电路[117]中只使用注入电流互感器[T1]时，则[T1]的一次侧串联接在高压网[110]的C相线上(或A相线上)。注入电流互感器[T1]二次侧的一端接地。二次单相调制机[103]的信号输入端分别接在低压线[111]传输信号相应的a、c线电压的两线上。二次单相调制机[103]输出的一端与匹配线圈[106]的接地点相接，低压线[111]的零线也由此接地点引出，匹配线圈[106]的另一端与变压器[114]的中性点相接。二次注入设备[107]由三只电容器[C2]、[C3]、[C4]分别与三只电感器[L2]、[L3]、[L4]串联组成三个谐振槽路并接成星形后，星点与二次单相调制机[103]的另一输出端相接，另外三端分别接在低压线[111]的各相线上。接收执行机构108.1、108.2......接在低压线[111]传输信号相应的a、c两线上。接收执行机构109.1、109.2、109.3......接在低压线[111]传输信号的各相线与零线上。
只在低压侧传输小功率单相音频信号时，接收发送端[115]由二次单相调制机[103.2]、二次注入设备[107]、匹配线圈[106]组成低压侧二次发送端。此时，接收端[113]由接收执行机构109.1、109.2、109.3......构成。二次单相调制机[103.2]受控于相应的控制器。并且二次单相调制机[103.2]的信号输入端和相应控制器的输出端对应相接。二次单相调制机[103.2]输出的一端与匹配线圈[106]的接地端相接，低压线[111]的零线也由此接地端引出。匹配线圈[106]的另一端与变压器[114]的中性点相接。二次注入设备[107]由三只电容器[C2]、[C3]、[C4]分别与三只电感器[L2]、[L3]、[L4]串联组成三个谐振槽路并接成星形后，星点与二次单相调制机[103.2]的另一输出端相接，另外三端分别接在低压线[111]的各相线上。接收执行机构109.1、109.2、109.3......接在低压线[111]传输信号的相线与零线上。
单相注入变压器[104]的作用是使谐振回路[116]、偶合电路[117]对单相调制机[102]进行电气隔离；并配合信号传输系统的注入信号参数。
信号通道[118]由电容器[C7]串接电感器[L7]组成串联谐振槽路以便某一选定频率的信号通过，抑制信号向上一级电网扩散，进一步降低信号注入功率。电容器[C7]可使用电力电容器。
谐振回路[116]由电容器[C6]串联电感器[L6]组成串联谐振槽路，用以通过注入电流互感器[T1]或[T1]、[T2]二次侧的电网频率的电流。电容器[C6]可使用电力电容器。
偶合电路[117]的作用是将信号按信号传输系统的要求偶合到某级高压网[110]上，并进行电气隔离。
二次注入设备[107]是由电容器[C2]、[C3]、[C4]及电感器[L2]、[L3]、[L4]构成的三个谐振槽路，以便另一个选定频率的信号通过(图1.1)。二次注入设备[107]的等效形式是电容器[C2]、[C3]、[C4]及电感器[L2]、[L3]、[L4]的等效电感器[L5]构成的谐振槽路，以便以便另一个选定频率的信号通过(图1.2)。电容器[C2]、[C3]、[C4]可使用无极性电容器或交流电容器。
匹配线圈[106]的作用是配合变压器[114]的零序阻抗，以减少二次电压注入的信号通过零线。
接收端[113](图1.1)由接收执行机构108.1、108.2......和接收执行机构109.1、109.2、109.3......构成，用以分别接收注入的信号与二次电压注入的信号，以便对电力负荷、工业交通系统的控制对象进行控制、调整。
本发明的效果是由于结构简单，所以提高了信号发送的可靠性；由于在高压侧使用单相串联注入信号，及低压侧使用二次电压注入信号，在低压线上传输信号的两线上以及相线和零线间取得信号，因此大大降低了系统对信号能量的要求，也就大大降低了信号传输系统和基本建设的费用，因而推动了音频负荷控制系统这样一项节能技术在电力系统和工业、交通系统中的应用，为国家节约了大量资金。
权利要求
1.一种在电力系统中的小功率单相音频信号串联注入的信号传输方法，是在电力系统中通过调制机将中央机(或地方机)发出指令中代码的“1”电平调制成2000Hz以下的某一选定频率的单相音频信号，经注入变压器、注入设备，注入到高压网上，经高压网导线、变压器、低压线的传输，接收执行机构接在低压线的相线上以取得单相音频信号，执行中央机(或地方机)发出的指令，其特征是在电力系统中通过单相调制机[102]将控制器发出指令中代码的“1”电平调制成某一选定频率的单相音频信号，经单相注入变压器[104]、不多于两个注入电流互感器组成的偶合电路[117]，串联注入到某一级高压网的任意不多于两条的相线上；在注入电流互感器的二次出线端并联接入一套由电容器、电感器组成的谐振在电网频率上的串联谐振回路[116]，以便通过注入电流互感器二次侧的电网频率的电流；为了进一步减少注入功率和抑制单相音频信号向上一级电网扩散，在偶合电路[117]一次侧进线端前的两线上连接由电容器和电感器组成的一套谐振在某一选定频率的串联谐振槽路的信号通道[118]；接收执行机构接在传输单相音频信号相应的低压线的两线上以取得单相音频信号，执行控制器发出的指令；对于要求低压侧相线对零线有单相音频信号的场合，采用二次电压注入的方法用接收发送端[115]的二次单相调制机[103]将低压线相应两线上的单相音频信号复制并调制成另一选定频率的单相音频信号，经包含有串联谐振槽路的二次注入设备[107]，注入到变压器中性点串有电感量＜50mH的匹配线圈[106]后接地的三相四线低压线的至少一条相线和零线上，零线从接地端引出；只在低压侧传输单相音频信号时，由相应的控制器发出指令控制二次单相调制机[103.2]，将代码中的“1”电平调制成某一选定频率的单相音频信号，通过二次注入设备[107]将单相音频信号注入到变压器中性点串有电感量＜50mH的匹配线圈[106]后接地的三相四线低压线的至少一条相线与零线上，零线从接地端引出；接收执行机构接在低压线传输单相音频信号的相线与零线上，以取得单相音频信号。
2.一种在电力系统中的小功率单相音频信号串联注入的信号传输系统，该系统由发送端[112]、接收端[113]构成，它们分别和高压网[110]、低压线[111]有电偶合，接收端[113]由接收执行机构108.1、108.2......和接收执行机构109.1、109.2、109.3......构成；其特征是发送端[112]由信号通道[118]、谐振回路[116]、偶合电路[117]、单相注入变压器[104]和单相调制机[102]构成；信号通道[118]由电容器[C7]、电感器[L7]组成串联谐振槽路；谐振回路[116]由电容器[C6]、电感器[L6]组成串联谐振槽路；偶合电路[117]由注入电流互感器[T1]、[T2]组成；由不少于一只电容器和不少于一只电感器，分别串联成不多于三套串联谐振槽路，以组成二次注入设备[107]，并且各个谐振槽路的两个同名端的同一个同名端连接成一个结点；各部分的接线方案是单相调制机[102]的输出端与单相注入变压器[104]的原边对应相接；单相注入变压器[104]输出的两端分别和注入电流互感器[T1]二次侧的两端相接；谐振回路[116]的两端并联接在注入电流互感器[T1]二次侧的两端，并且其中一端接地；偶合电路[117]中的注入电流互感器[T1]一次侧的首、尾端和注入电流互感器[T2]一次侧的首、尾端以同名端在同一侧，分别串联接在高压网[110]的两条相线上；注入电流互感器[T1]二次侧的首、尾端和注入电流互感器[T2]二次侧的尾、首端分别相接，并且一端接地，偶合电路[117]中两注入电流互感器[T1]、[T2]一次侧进线端前的两线上连接信号通道[118]的两端；在电力系统中的小功率单相音频信号串联注入的信号传输系统中还有接收发送端[115]；接收发送端[115]由二次单相调制机[103]、二次注入设备[107]和电感量＜50mH的匹配线圈[106]构成，接收端[113]由接收执行机构108.1、108.2......和接收执行机构109.1、109.2、109.3......构成；只在低压侧传输小功率单相音频信号时，接收发送端[115]由二次单相调制机[103.2]、二次注入设备[107]、匹配线圈[106]组成低压侧二次发送端，此时，接收端[113]由接收执行机构109.1、109.2、109.3......构成。
3.根据权利要求2所述的在电力系统中的小功率单相音频信号串联注入的信号传输系统，其特征是发送端[112]还可由谐振回路[116]、偶合电路[117]、单相注入变压器[104]和单相调制机[102]构成；接收发送端[115]由二次单相调制机[103]、二次注入设备[107]和电感量＜50mH的匹配线圈[106]构成；。
4.根据权利要求2、3所述的在电力系统中的小功率单相音频信号串联注入的信号传输系统，其特征是在偶合电路[117]中只使用注入电流互感器[T1]，则一次侧串联接在高压网[110]的一条相线上；注入电流互感器[T1]二次侧的一端接地，偶合电路[117]中的注入电流互感器[T1]的一次侧进线端前和另一相线上连接信号通道[118]的两端；。
5.根据权利要求2所述的在电力系统中的小功率单相音频信号串联注入的信号传输系统，其特征是在低压侧容量较小的场合，接收发送端[115]由二次单相调制机[103.1]、二次注入设备[107]和匹配线圈[106]构成，接收执行机构接在传输单相音频信号的相线和零线上，以取得单相音频信号。
6.根据权利要求2所述的在电力系统中的小功率单相音频信号串联注入的信号传输系统，其特征是二次注入设备[107]的等效形式是由不少于一只电容器和一只电感器，串联成不多于三套串联谐振槽路，并且不少于一只电容器的同一端与电感器的一端连接在一起。
全文摘要
已知的音频负荷控制系统是采用三相功率音频信号注入的方案，注入容量大、费用昂贵。本发明提出了串联式注入单相小功率音频信号的传输方法及其系统。根据传输方法该系统由一个发送端[112]、接收端[113]及接收发送端[115]构成(其中视系统需要装设接收发送端[115])它是一种注入容量小、设备简单、费用低而又节能的小功率音频信号的传输系统。
文档编号H04B3/54GK1085702SQ92111229
公开日1994年4月20日 申请日期1992年10月9日 优先权日1992年10月9日
发明者杨中孚 申请人:杨中孚