无线电电子学在输配电方面的应用

电力是一切生产部门最主要的动力源泉。在近代电力工业中，电力的生产、输送、自动化、远动化以及负荷的自动经济分配等过程，都需要无线电电子设备的协助才能完成。因此，无线电电子设备是电力工业的一个重要组成部分。下面我们就概略地介绍它们在输配电方面的一些应用情况。

密布各地的电力线路，构成了庞大的电力网。在电力网的电力运行和维护中，各发电厂、变电站、配电站和调度所之间，经常要进行各种通信联系。近代的电力网都利用电力线兼作通信线路，以便节省架设通信线路的大量资金。由于电力线上传输高达几千伏、几万伏甚至几十万伏的电压，因此不能利用一般的电话设备来实现通信。实际上采用的是电力线载波电话机，这也是一种电子设备。

利用电力线通信的原理如图1所示。图中C是高压耦合电容器，它的容量很小，对频率很低（50赫或60赫）的电力电流有很大的阻抗，而高频设备发出的高频信号则能通过它送到线路上去，或者从输电线上通过它把高频信号引入高频设备。Z\(_{p}\)是高频阻波器，L1和C\(_{1}\)谐振高频信号频率上，因此它能阻止高频信号进入变电站。而变电站送出的低频电能却可以通过线圈L1送到线路上去。高频设备是用高频电缆与线路联接的。高频电缆的阻抗很低，为了与高阻抗的输电线达到阻抗匹配，必须使用结合滤波器f。结合滤波器的另一个作用是使高压耦合电容有一个接地的通路，以防止高压静电造成的危险。

图中的高频设备就是电力线载波机，它的原理与一般载波机相同。但是为了克服电力线上的高杂音电平的干扰，它的输出电平比一般载波机都高。目前电力线载波机所使用的频率范围为30千赫～320千赫。

利用这些设备，我们就可以将音频信号调制成高频信号，送到电力线上去，完成通信任务。此外，我们还可以利用这些设备，传送电力系统的遥测、遥控、遥调和高频保护等信号，以满足电力系统自动化和远动化的需要。

为了使调度员能够根据负荷的变化情况，迅速决定在某一时刻各发电厂应该发出的电量，调度员就必须及时地掌握有关的参量，如发电机发出的功率、电压和频率，火电厂的蒸汽压力和温度，水电站的水位以及用户的用电量等。这些参量都必须利用遥测的方法得到。

图2是对用户的用电量进行遥测的方框图。在需要用电的地方，装配一个电度表，它里面有一个圆盘（1），用圆盘的转动周数记录用户的用电量。圆盘每转一周，它轴上的小镜子（2）就把光线反射到光电管上一次，使光电管产生电流，从而改变电子管G的栅压，使电子管导电，发出一个脉冲。这个脉冲被放大后，利用电力线或专用的通信线路送到调度所。调度所收到这个脉冲以后，使接收装置中的闸流管导电，因而在继电器的线圈中有电流流通，继电器的衔铁控制计数器进行计数。从计数器的指示中，便可读出用电量的数值。

图3是对压力、温度和水位等进行遥测的方框图。在发送端装有感应变换器，变换器中的线圈N与压力表或温度表的指针用机械连接起来。在变换器的线圈A上加有220伏50赫的电压。在正常情况下，线圈N与B的感应电势的和为零，因此感应变换器没有电压输出。当表针指示的位置变化时，线圈N随着转动，这的线圈N与B的感应电势的和就不等于零，于是感应变换器有了电压输出。表针位置变化越大，说明外界的情况（压力、温度或水位等）变化越大，因而使感应变换器的电压输出也越大。这个电压经过JL型整流器以后，加到双拍桥式磁放大器上，破坏了电桥的平衡，使磁放大器有电压输出。然后再经电子管放大器送入相敏放大器，经相位选择放大和整流后，加到具有正栅偏压控制的多谐振荡器的栅极上，使多谐振荡器发出脉冲信号。这个脉冲信号的频率与被测量的变化成正比。为了保证测量的稳定性和精确性，在电路中加有负反馈电路。

因为多谐振荡器发出的脉冲频率很低（1～10赫），所以还要利用调制设备把它调变到音频或高频，然后传送到调度所去。

在调度所里，有一套相应的接收装置（如图4所示）。收到的信号先经过反调制还原成低频的脉冲信号，然后送入电子开关控制它的开或闭——电子开关的开闭次数与信号脉冲的频率成正比。电子开关的开闭又控制电容式频率接收器中电容的充放电次数，充放电电流的平均值可以在电流表上读出。因此电流表的指示与脉冲信号的频率成正比，也即与被测量成正比。所以从电流表上可以直接读出被测量的数值。

机械式电压调整设备的最大缺点是惯性大，调整起来不够迅速和灵活。例如冶金工业的炼钢炉在起动的瞬间，电流可能达数百甚至数千安培，而时间只是几秒。这时如果利用机械式电压调整设备，电厂的汽机转速便不能迅速提高，电网电压就要降低。如果我们采用动作迅速、灵敏的电子式电压调整器，就能在极短的时间内自动调整发电机的电压，保持电网电压的稳定。

图5是电子式电压调整器的方框图。当发电机发出的电压在正常值时，由二极管组成的电桥是平衡的；若电压偏离正常值，电桥的平衡就被破坏，于是电桥有电压输出。这个电压经放大后加到两个推挽连接的闸流管的栅极上，当达到一定值时，闸流管就起辉导电。将闸流管屏极电流中的直流成分加到激磁机的绕组上，就可以控制激磁机的电压。激磁机的电压又控制着发电机的励磁绕组，因此发电机的电压就随着发生变化，立即恢复到正常值。

当输电线路在某处发生短路故障的时候，为了不使整个电网都受到影响，必须利用保护设备把产生放障的局部线路迅速与整个电网断开。

在现代的超高压线路上，使用着迅速可靠的高频保护设备。如图6所示，在两个发电厂之间有两个变电站和三段输电线路。如果第二段输电线路中的K点短路，我们就希望油开关3、4跳闸；而油开关1、2和5、6仍然闭合，以保征第一、三两段输电线的正常供电。为达到这个目的，输电线的保护必须是分段的，每两个油开关之间的一段线路形成一个保护区。在每个保护区的两端，在每一瞬间，总有一端送出电流（即电流从变电站或发电厂流向线路，该端叫做送端），一端接受电流（即由流从线路流向变电站或发电厂，该端叫做受端）。因为电流的方向是不断变化的，所以送端和受端也就不断交替地变化着。我们就利用这个特点，在每个保护区的两端都设立一套高频信号发信器和接收器。这里的发信器有一个特点，只有它所处的那一端为受端时才工作（发出高频信号），而为送端时则停止工作。因此保护区两端的发信器是输流工作的。而两端的收信器可以接收任何一个发信器所发出的高频信号，这时它们就使两端的油开关处于合闸状态。如果线路中途发生了短路，则保护区两端的电流均流向线路的短路点（见图6K点），因此该保护区两端的发信器均停止工作，两端的收信器就收不到高频信号，因而启动油开关，使其跳闸，完成保护的任务。

电力生产的特点是电能不能储藏，发电量的多少要根据负荷的变化来调整。但是负荷的变化是很频繁的，白天和晚上显著不同，而在白天，用户的情况也随时都在变化着。对这些变化，用人工调整是不可能的。现代化的电力系统都采用自动经济分配负荷的办法。

图7为电力系统自动经济分配负荷的简图。图中虚线表示遥测通道，点划线方框里边是中央调度所的设备。P\(_{al}\)、Pa2、P\(_{a3}\)及Pa4为电力系统的实际负荷值，用遥测通道把它们传到中央调度所，经过总加设备1以后得出整个系统在某一时刻的实际负荷值，用∑P\(_{a}\)表2显示出来。然后再将此值送入差动表示器3与系统这时候的实际发电量∑P进行比较。如果两者相等，差动表示器就没有输出。如果两者不相等，差动表示器就有输出，这个输出经过放大器5进入伺服机件6。当∑Pa与∑P相差到一定值时，伺服机件开始动作，使电子计算装置7开始计算。电子计算装置是根据电力系统中各个发电厂的煤耗微增率、机组性能、煤价等许多经济因素来进行计算的。最后得出各发电厂在这一时刻应该发出的最经济的发电量后，在中央调度所内用电表P\(_{1}\)、P2、P\(_{3}\)和P4表示出来，并通过遥测通道分别将这些数值送到各发电厂，各电厂就根据此值来发电。由于电子计算装置的计算是非常迅速可靠的，所以能保证电力系统的负荷得到最经济最合理的分配。(本刊根据来稿综合编写）