Виртуальный компьютерный музей. Как шифровалась связь: технологии защиты в годы войны Вч связь по линиям электропередачи

Цифровая система ВЧ связи MC04−PLC предназначена для организации каналов телемеханики (ТМ), передачи данных (ПД) и телефонных каналов (ТФ) по высоковольтным линиям электропередач (ЛЭП) распределительной сети 35/110 кВ. Аппаратура обеспечивает передачу данных по высокочастотному (ВЧ) каналу связи в полосе 4/8/12 кГц в диапазоне частот 16-1000 кГц. Присоединение к ЛЭП производится по схеме фаза - земля через конденсатор связи и фильтр присоединения. Подключение ВЧ окончания аппаратуры к фильтру присоединения несимметричное и выполняется одним коаксиальным кабелем.

Аппаратура изготавливается с разнесенным и смежным расположением полос пропускания направлений приема и передачи.

Функциональные возможности:

Количество ВЧ каналов шириной 4 кГц - до 3-х;
режим каналов: аналоговый (частотное разделение) и цифровой (временное разделение);
модуляция низкочастотного цифрового потока ‒ QAM с разделением на 88 поднесущих OFDM;
модуляция ВЧ спектра - амплитудная с передачей одной боковой полосы частот АМ ОБП;
адаптация битовой скорости цифрового потока (ЦП) к изменяющемуся отношению сигнал/шум;
интерфейсы телефонии: 4‒х проводные 4W, 2‒проводные FXS/FXO;
количество каналов телефонии в каждом ВЧ канале - до 3-х;
преобразование сигнализации АДАСЭ в абонентскую сигнализацию FXS/FXO;
диспетчерское и абонентское соединение по протоколу АДАСЭ по одному каналу ТФ;
цифровые интерфейсы ТМ и передачи данных: RS232, RS485, Ethernet;
интерфейс управления и мониторинга - Ethernet;
встроенный анализатор уровней передачи/приема ВЧ тракта, измеритель ошибок, температуры.
регистрация неисправностей и сигнализации в энергонезависимой памяти;
цифровой переприем ‒ транзит каналов на промежуточных подстанциях без потерь качества;
мониторинг ‒ программа MC04‒Monitor: конфигурация, настройка, диагностика;
удаленный мониторинг и конфигурирование через встроенный в ВЧ канал обслуживания;
поддержка SNMP ‒ при оснащении сетевым модулем S‒port;
радиальные и древовидные схемы мониторинга удаленных полукомплектов;
электропитание: сеть ~220 В/50 Гц или постоянное напряжение 48/60 В.

Основные параметры
Рабочий диапазон частот 16 – 1000 кГц
Ширина рабочей полосы 4/8/12 кГц
Номинальная пиковая мощность огибающей ВЧ сигнала 20/40 Вт
Максимальная скорость передачи ЦП в полосе 4 кГц (адаптивно) 23,3 кбит/с
Глубина регулировки АРУ при коэффициенте ошибок не более 10–6 не менее 40 дБ.
Допустимое затухание линии (с учетом помех) 50 дБ

Потребляемая мощность от сети питания 220 В или 48 В – не более 100 Вт.
Габаритные размеры блока − 485*135*215мм.
Вес не более 5 кг.

Условия эксплуатации:

− температура окружающего воздуха от +1 до + 45°С;
− относительная влажность воздуха до 80 % при температуре плюс 25°С;
− атмосферное давление не ниже 60 кПа (450 мм рт. ст.).

Конструкция и состав аппаратуры:

Цифровая трехканальная система ВЧ связи MC04−PLC включает два блока 19 дюймов высотой 3U, в которые устанавливаются следующие функционально–конструктивные узлы (платы):
ИП01− блок питания, сетевой вход 220В/50Гц, выход +48В,−48В,+12В;
ИП02− блок питания, вход 36…72В, выход +48В,−48В,+12В;
МП02− мультиплексор каналов ТМ, ПД, ТФ, кодек G.729, цифровой эхокомпенсатор;
МД02− модуляция/демодуляция ЦП в аналоговый ВЧ сигнал, мониторинг и управление;
ФПРМ − линейный трансформатор, аттенюатор и 4−х контурный фильтр ПРМ, усилитель ПРМ;
ФПРД – 1/2−х контурный фильтр ПРД, высокоомный импеданс вне полосы ПРД;
УМ02− усилитель мощности, цифровая индикация уровней ПРД, индикация аварий.
ТР01 − транзит содержимого ВЧ канала между блоками, устанавливается на место плат МП02.

Информация для заказа

Количество плат МП02 соответствует количеству базовых ВЧ каналов с полосой 4 кГц, конфигурируемых на плате МД02 − от 1 до 3. В случае транзита одного из ВЧ каналов между блоками на промежуточной подстанции на место платы МП02 устанавливается плата транзита ТР01, обеспечивающая прием/передачу содержимого ВЧ канала без преобразования в аналоговую форму.
Блок имеет два основных исполнения по пиковой мощности огибающей ВЧ сигнала:
1P − установлен один усилитель УМ02 и один фильтр ФПРД, мощность ВЧ сигнала – 20 Вт;
2P − установлены два усилителя УМ02 и два фильтра ФПРД, мощность ВЧ сигнала – 40 Вт.

Обозначение блока включает:
– количество задействованных ВЧ каналов 1/2/3;
– исполнение по пиковой мощности огибающей ВЧ сигнала: 1P – 20 Вт или 2P – 40 Вт;
– типы пользовательских стыков каждого из 3‒х ВЧ каналов / плат МП‒02 или плата ТР01;
– напряжение питания блока ‒ сеть ~220 В или постоянное напряжение 48 В.
На плате МП–02 по умолчанию имеются цифровые интерфейсы RS232 и Ethernet, которые в обозначении блока не указываются.

МОСКВА, 11 мая - РИА Новости. В книге Владимира Богомолова "Момент истины" о Великой Отечественной Войне часто упоминаются "записки по ВЧ" и аппараты ВЧ-связи, по которым верховный главнокомандующий связывался со штабами. Связь была защищенной, и ее невозможно было подслушать без использования специальных средств. Что это был за тип связи?

"ВЧ-связь", "кремлёвка", АТС-1 - система защищенных каналов связи, которая и по сей день обеспечивает стабильность и конфиденциальность переговоров руководителей государства, министерств, стратегических предприятий. Методы защиты многократно усложнились и усовершенствовались, но задача осталась неизменной: беречь разговоры государственного уровня от посторонних ушей.

В годы Великой Отечественной Войны, по словам маршала И.Х.Баграмяна "без ВЧ-связи не начиналось и не проводилось ни одного значительного военного действия. ВЧ-связь сыграла исключительную роль как средство управления войсками и содействовала выполнению боевых операций". Ей обеспечивались не только штабы, но и командование непосредственно на передовых линиях, на дозорных пунктах, плацдармах. Уже на исходе войны наиболее кратко вклад правительственной связи в победу охарактеризовал прославленный маршал К.К. Рокоссовский: "Использование средств правительственной связи в годы войны произвело революцию в управлении войсками".

В основу правительственной связи, появившейся в 1930-е годы, был положен принцип высокочастотного (ВЧ) телефонирования. Он позволяет передавать человеческий голос, "перенесенный" на более высокие частоты, делая его недоступным для прямого прослушивания и давая возможность передавать несколько переговоров по одному проводу.
Первые опыты с внедрением высокочастотной многоканальной телефонной связи проводились с 1921 г. на Московском заводе "Электросвязь" под руководством В.М. Лебедева. В 1923 г. ученый П.В. Шмаков завершил опыты по одновременной передаче двух телефонных переговоров на высоких частотах и одного на низкой частоте по кабельной линии протяженностью 10 км.
Большой вклад в развитие высокочастотной телефонной связи внес ученый, профессор Павел Андреевич Азбукин. Под его руководством в 1925 г. на Ленинградской научно-испытательной станции была разработана и изготовлена первая отечественная аппаратура ВЧ-связи, которую можно было использовать на медных телефонных проводах.

Чтобы понять принцип телефонной ВЧ-связи, вспомним, что обычный человеческий голос производит колебания воздуха в полосе частот 300-3200 Гц, и поэтому для передачи звука по обычному телефонному каналу необходима выделенная полоса в пределах от 0 до 4 кГц, где звуковые колебания будут преобразовываться в электромагнитные. Прослушать телефонный разговор по простой телефонной линии можно, просто подключив телефонный аппарат, телефонную трубку или динамик к проводу. Но можно пустить по проводу более высокую полосу частот, значительно превышающую частоту голоса - от 10 кГц и выше.

Это будет так называемый несущий сигнал. И тогда колебания, возникающие от человеческого голоса, можно "спрятать" в изменении его характеристик — частоты, амплитуды, фазы. Эти изменения несущего сигнала и будут передавать звук человеческого голоса, образуя огибающий сигнал. Попытки подслушать разговор, подключившись к линии простым телефонным аппаратом, без специального устройства не получится - будет слышен только высокочастотный сигнал.
Первые линии правительственной ВЧ-связи были протянуты от Москвы в Харьков и Ленинград в 1930 году и вскоре технология распространилась по всей стране. К середине 1941 г. сеть правительственной ВЧ-связи включала в себя 116 станций, 20 объектов, 40 трансляционных пунктов и обслуживала около 600 абонентов. Работы инженеров того времени позволили также запустить в 1930 году первую автоматическую станцию Москвы, которая впоследствии проработала 68 лет.

В годы Великой Отечественной войны Москва ни минуты не оставалась без телефонной связи. Работники музея МГТС показали уникальные экспонаты, которые обеспечивали в тяжелые годы бесперебойное сообщение.

В тот период ученые и инженеры решали задачи по усовершенствованию защиты линий связи и одновременно вели разработки сложной шифрующей аппаратуры. Разработанные системы шифрования были очень высокого уровня и по оценкам руководства армией во многом обеспечили успех воинских операций. Маршал Г.К. Жуков отмечал: "Хорошая работа шифровальщиков помогла выиграть не одно сражение". Сходного мнения придерживался и маршал А.М. Василевский: "Ни одно донесение о готовящихся военно-стратегических операциях нашей армии не стало достоянием фашистских разведок".

Для передачи информации между защитами и автоматикой по концам высоковольтной линии используется канал, созданный для токов высокой частоты по схеме соединения “фаза–земля”.

В составе тракта включается одна фаза действующей ВЛ, которая через конденсаторы связи на подстанциях соединяется с землей для создания замкнутого контура ВЧ токам.

Наиболее часто на линии используют две удаленные фазы “А” и “С” для передачи по одной из них с подстанции команд частоты №1, а по второй – приема на частоте №2.

Устройство и назначение канала ВЧ связи . На каждой подстанции устанавливаются передатчики и приемники высокочастотных сигналов. В данном случае современная аппаратура ВЧ приемопередатчиков выполнена на микропроцессорной базе терминалов ETL640 v.03.32 копании АВВ.

Для обработки сигналов на каждой частоте изготавливается свой приемопередатчик. Поэтому для одной подстанции требуется 2 комплекта терминалов, настроенных на одновременное принятие и передачу сигналов по разным фазам ВЛ.

Подключением ВЧ приемопередатчика к ВЛ занимается специальная аппаратура, отделяющее высокое напряжение от слаботочного оборудования и создающая магистраль для передачи ВЧ сигналов. Ее комплектуют:

Высоковольтным конденсатором связи (КС);
- фильтром присоединения (ФП);
- высокочастотным заградителем (ВЗ);
- ВЧ кабелем.

Назначение высоковольтного конденсатора связи состоит в надежном изолировании от земли транспортируемых по ВЛ мощностей с промышленной частотой и пропускании через себя высокочастотных токов.

На фотоснимке рассматриваемой линии установлено 3 конденсатора с ФП в каждой фазе. Они используются для связи с оборудованием дальнего конца линии в целях:

1. Передачи команд РЗ и ПА;
2. Приема команд РЗ и ПА;
3. Работы ВЧ аппаратуры службы связи.

Для отделения ВЧ сигнала от высоковольтного оборудования подстанции в фазный провод ВЛ высокого напряжения монтируется ВЧ заградитель. который ограничивает величину потерь ВЧ сигналов через параллельные контуры.

Сквозь него хорошо проходят токи промышленной частоты и не пропускаются высокочастотные. ВЗ состоит из реактора (силовой катушки), пропускающего рабочий ток линии, и элементов настройки, параллельно подключенных с реактором.

Для согласования параметров входных сопротивлений ВЧ кабеля и линии используется фильтр присоединения, который выполняется моделью воздушного трансформатора с отпайками от обмоток, позволяющих выполнять необходимые регулировки. ВЧ кабель соединяет фильтр присоединения с приемопередатчиком.

Высокочастотные приёмопередатчики (ETL640), назначение . Приёмопередатчики типа ETL640 (ПРМ/ПРД) предназначены для передачи и приема ВЧ сигналов в виде команд, формируемых релейной защитой (РЗ) и противоаварийной автоматикой (ПА) на противоположный конец ВЛ.

Проверка исправности ВЧ канала . Сложное оборудование тракта ВЧ передачи располагается на расстояниях в сотни километров, требует контроля и поддержания его целостности. Приёмопередатчики ETL640 по концам ВЛ постоянно в обычном режиме эксплуатации обмениваются (осуществляют передачу/приём) сигналами контрольной частоты.

При уменьшении сигнала по величине или изменении его частоты сверх допустимых пределов срабатывает сигнализация неисправности. После восстановления работоспособности приёмопередатчик в автоматическом режиме возвращается к нормальному режиму работы.

Обмен сигналами . Передача и прием сигналов производится на выделенных частотах, к примеру:

Комплекс на фазе “А”: Тх: 470 + 4 кГц, Rx: 474 + 4 кГц;
- комплекс на фазе “С”: Тх: 502 + 4 кГц, Rx: 506 + 4 кГц.

Аппаратура ETL640 предназначена для круглосуточной постоянной работы в условиях отапливаемых ОПУ.

Прием и передача команд . Терминалы №1 и №2 комплексов ETL640 принимают и передают по 16 команд от РЗ и ПА.

Команды приемопередатчиков ETL640 . Типовые команды приемопередатчика любого комплекса ETL640 могут иметь вид:

1. Отключение 3-х фаз ВЛ-330 кВ с дальнего конца ВЛ без контроля с запретом ТАПВ и пуском от УРОВ или ЗНР комплекса №… REL-670;

2. Отключение 3-х фаз ВЛ-330 кВ с дальнего конца ВЛ с контролем измерительными органами Z3 ДЗ и 3-й ступени НТЗНП комплекса №… защит REL670 без запрета ТАПВ и пуском от фактора 3-х фазного отключения комплекса №… защит REL;

3. Телеускорение ДЗ с действием на одно или 3-х фазное отключение ВЛ-330 кВ с дальнего конца ВЛ, с контролем параметров ступени Z3 ДЗ комплекса №… защит REL670 с ОАПВ/ТАПВ и пуском от ступени Z3 ДЗ комплекса №… защит REL-670;

4. Телеускорение НТЗНП с действием на одно или 3-х фазное отключение ВЛ-330 кВ с дальнего конца ВЛ с контролем параметров ступени Z3 НТЗНП комплекса №… защит REL670 с ОАПВ/ТАПВ и пуском от измерительного органа 3 ступени НТЗНП комплекса №… защит REL670;

5. Фиксация отключения линии со своей стороны ВЛ и действием в схему логики АФОЛ комплекса №… защит РЗА. Пуск от выходного реле схемы логики АФОЛ комплекса №… защит РЗА при отключении линии со своей стороны;

6. III очередь ОН, действующая на пуск:
- 5-й команды АКАП прд 232 кГц ВЛ №…;
- 2-й команды АКПА прд 286 кГц ВЛ №…;
- 4-й команды АНКА прд 342 кГц ВЛ №….

7. Фиксация включения линии со своей стороны и действием в схему логики АФОЛ комплекса №… защит РЗА ВЛ с пуском от выходного реле схемы логики АФОЛ комплекса №… защит РЗА ВЛ-330 при включении со своей стороны;

8. Пуск от 1-й ступени схемы САПАХ … с запуском:
- 6-й команды АНКА прд 348 кГц ВЛ №…;
- 4-й команды АКАП прд 122 кГц ВЛ №….

9. 3-я очередь отключения нагрузки с действием …

Каждая команда формируется для конкретных условий ВЛ с учетом ее конфигурации в электрической сети и эксплуатационных условий. Выходные реле ВЧ аппаратуры и переключающие устройства расположены в отдельном шкафу.

Цепи сигнализации ВЛ . Сигнализация терминалов. На лицевой панели терминалов расположено 3 светодиода, отражающих состояние самого устройства REL670 и 15 светодиодов, указывающих на срабатывания защит, неисправности и состояние оперативных переключателей.

Светодиоды терминалов REL670 (защита 1-го и 2-го комплексов) и REC670 (автоматика и УРОВ 1-го и 2-го комплекса В1 и В2) первых шести номеров имеют красную окраску. Светодиоды с номерами от 7 до 15 имеют желтый цвет.

Светодиоды статусной индикации. Над блоком ЖКД терминалов REС670 и REL670 вставлены 3 светодиодных индикатора “Ready”, “Start” и “Trip”. Для обозначения разной информации они светятся разным цветом. Зеленый цвет индикатора обозначает:

Работу устройств - устойчивым свечением;
- внутреннее повреждение - миганием;
- отсутствие питания оперативного тока - затемнением цвета.

Желтый цвет индикатора обозначает:

Пуск аварийного регистратора - устойчивым свечением;;
- нахождение терминала в тестовом режиме - сопровождается миганием.

Красный цвет индикатора обозначает выдачу команды аварийного отключения (устойчивое свечение).

Таблица светодиодной сигнализации терминала REС670

Сброс и опробование сигнализации . Сброс сигнализации, счетчиков учета приема и передачи ВЧ команд и информации по зонам ДЗ и НТЗНП для терминала производится от нажатия на кнопку SB1 (сброс сигнализации) на передней стороне шкафа.

Для опробования светодиодов терминалов REL670 (REС670) требуется нажать и удерживать дольше 5 секунд кнопку SB1.

Общепанельная световая сигнализация . С лицевой стороны шкафов REС670 находятся лампы:
- HLW – работы АПВ, ЗНФ, УРОВ;
- HLR2 – неисправность комплексов автоматики и УРОВ В-1или В-2.

С лицевой стороны шкафов REL670 находятся лампы:
- HLW – работы защит;
- HLR1 – комплекс защит выведен;
- HLR2 – неисправность комплексов защит.

С лицевой стороне шкафов ETL находятся лампы сигнализации:
- HLW1 – неисправность ETL 1-го комплекса;
- HLW2 – неисправность ETL 2-го комплекса.

Перспективы развития оборудования воздушных ЛЭП . Проверенные временем воздушные выключатели для высоковольтных ЛЭП постепенно вытесняются современными элегазовыми конструкциями, которым не требуется постоянная работа мощных компрессорных станций для поддержания давления воздуха в баках и воздушных магистралях.

Громоздкие аналоговые устройства РЗА и ПА для высоковольтного оборудования, требующие пристального внимания со стороны обслуживающего персонала, заменяются новыми микропроцессорными терминалами.

Разделение вертикально интегрированной структуры постсоветской электроэнергетики, усложнение системы управления, увеличение доли выработки электроэнергии малой генерации, новые правила подключения потребителей (сокращение сроков и стоимости подключения) при этом повышение требований к надежности энергоснабжения влечет за собой приоритетное отношение к развитию систем телекоммуникаций.

В энергетике применяется множество типов связи (порядка 20-ти) различающиеся по:

назначению,
среде передачи,
физическим принципам работы,
типу передаваемых данных,
технологии передачи.

Среди всего этого многообразия выделяется ВЧ связь по высоковольтным линиям (ВЛ) электропередачи, которая в отличие от остальных видов создавалась специалистами-энергетиками для нужд самой электроэнергетики. Оборудование прочих видов связи, изначально созданное для систем связи общего пользования, в той или иной степени, адаптируется к потребностям энергокомпаний.

Сама идея использования ВЛ для распространения информационных сигналов возникла при проектировании и строительстве первых высоковольтным линий (так как строительство параллельной инфраструктуры для систем связи влекло существенное удорожание), соответственно, уже в начале 20-х годов прошлого века вводятся в работу первые коммерческие системы ВЧ связи.

Первое поколение ВЧ связи было больше похоже на радиосвязь. Присоединение передатчика и приемника высокочастотных сигналов выполнялось с помощью антенны длинною до 100 м, подвешиваемой на опоры параллельно силовому проводу. Сама же ВЛ, являлась направляющей для ВЧ сигнала - в то время, для передачи речи. Антенное присоединение еще долго применялось для организации связи аварийных бригад и на железнодорожном транспорте.

Дальнейшая эволюция ВЧ связи привела к созданию оборудования ВЧ присоединения:

конденсаторов связи и фильтров присоединения, что позволило расширить полосу передаваемых и принимаемых частот,
ВЧ заградителей (заградительные фильтры), что позволило снизить влияние устройств подстанции и неоднородностей ВЛ на характеристики ВЧ сигнала до приемлемого уровня, и соответственно, улучшить параметры ВЧ тракта.

Следующие поколения каналообразующей аппаратуры стали передавать не только речь, но и сигналы телеуправления, защитные команды релейной защиты, противоаварийной автоматики, позволили организовать передачу данных.

Как отдельный вид ВЧ связь сформировалась в 40-ые, 50-ые годы прошлого столетия. Были разработаны международные стандарты (МЭК), руководящие указания для проектирования, разработки и производства оборудования. В 70-ые годы в СССР силами таких специалистов как Шкарин Ю.П., Скитальцев В.С. были разработан математические методики и рекомендации расчета параметров ВЧ трактов, что существенно упростило работу проектных организаций при проектировании ВЧ каналов и выборе частот, повысило технические характеристики вводимых ВЧ каналов.

До 2014 года ВЧ связь официально была основным видом связи электроэнергетики в Российской Федерации.

Появление и внедрение волоконно-оптических каналов связи, в условиях широкого распространения ВЧ связи, стало взаимодополняющим фактором в современной концепции развития сетей связи электроэнергетики. В настоящее время актуальность ВЧ связи остается на прежнем уровне, а интенсивное развитие и существенные инвестиции именно в оптическую инфраструктуру способствуют развитию и образованию новых сфер применения ВЧ связи.

Неоспоримые преимущества и наличие огромного положительного опыта применения ВЧ связи (почти 100 лет) дают основания полагать, что направление ВЧ будет актуально как в ближайшей так и в отдаленной перспективе, развитие же данного вида связи позволит решать как текущие задачи, так и способствовать развитию всей электроэнергетической отрасли.