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1、纵联保护载波通道构成及其应用南瑞继保电气有限公司 戚朝银 1 纵联保护载波通道的构成一、高频保护信号传输衰耗二、高频收发信机的工作电平和裕度三、高频通道整组试验四、四、高频通道测量方法目 录2纵联保护载波通道的构成 高压输电线路及其加工和连接设备（阻波器、耦合电容、结合滤波器、高频收发信机）与高压线路保护装置一起构成输电线路全线速动的主保护电力线载波纵联保护（简称高频保护）,利用高压输电线路构成的双高频保护仍然是目前国内电网的主要运行方式。3图一 纵联保护载波通道的构成 4方向纵联保护故障的方向性 方向纵联保护是由线路两侧的方向元件分别对故障的方向作出判断，然后通过高频信号作出综合判断，即对两
2、侧的故障方向进行比较以决定是否跳闸。一般规定从母线指向线路的方向为正方向，从线路指向母线的方向为反方向。方向纵联保护 闭锁式方向纵联保护的工作方式是当任一侧方向元件判断为反方向时，不仅本侧保护不跳闸，而且由收发信机发出高频信号，对侧收发信机接收后就输出脉冲闭锁该侧保护。在外部故障时是近故障侧的方向元件判断为反方向故障，所以是近故障侧闭锁远故障侧；在内部故障时两侧方向元件都判断为正方向，都不发送高频信号，两侧收信机接收不到高频信号，也就没有输出脉冲去闭锁保护，于是两侧方向元件均作用于跳闸，这就是故障时发信闭锁式方向纵联保护。5良好的高频通道良好的高频通道 高频保护依靠两侧收发信机传输、交换信号，
3、以此判断是否动作出口,收发信机是通过高压输电线路传输高频信号。 在电力系统无故障的正常情况下，干扰相对来说较小，基本处于待命状态；但在系统突然发生故障的瞬间，它要在比正常时严重几倍的干扰情况下，及时启动，并完成收、发信，把保护动作信息准确送至对侧高频保护装置，这就要求除输电线路的加工设备提供良好的通道外，还需要高频收发信机具有良好的抗干扰性能。否则，每一种干扰都有可能在这种连续的时间间隔中，造成信号的误发、误收，导致保护错误判断，以至以误动。6一、高频保护信号传输衰耗 在高频保护信号传输过程中，对高频信号传输衰耗的计算：实际线路传输衰耗的经验公式： 式中： bc 线路总传输衰耗(dB) bz
4、线路终端衰耗(dB) bJM、bJN 线路M、N两侧结合滤波器衰耗(dB) bFM、bFN 线路M、N两侧分频滤波器或差接网络衰耗(dB)取实测值 对应工作频率下高频电缆衰耗常数(dB/Km) LM、LN M、N两侧高频电缆长度(Km) F 传输信号的频率（KHz） L 线路长度 (Km)7二、高频收发信机基本工作要素 为了保证高频保护正常安全而可靠地工作，收发信机的运行性能必须满足下列基本条件：灵敏启动电平： 继电保护专用电力载波收发信机技术条件 DL/T5242002规定收信电平为+4dBm+14dBm，启动电平应能可靠地躲过通道中可能出现的最大的干扰电平。启动电平不宜过低，对于220Kv
5、线路，启动电平一般取+4dBm （除湖北省启动电平取+10dBm外）。最小收信裕度： 继电保护及电网安全自动装置检验条例中规定收发信机最小收信裕度是8.68dB。根据运行经验，正常天气及正常运行条件下的接收电平应高于启动电平8.68dB， 线路途经重冰区、严重污染区还需增加3dB。最大串扰电平： 由于保护专用收发信机是按门坎电压工作的，所以对串扰信号的最大绝对值规定必须大于启动电平17.4dB。8三、高频通道加工设备原理及故障处理 结合加工连接设备（阻波器、耦合电容、结合滤波器、高频电缆）在系统发生故障的瞬间，要求输电线路的结合加工设备必须提供良好的通道，否则，有可能在这种连续的时间间隔中，造
6、成信号的误发、误收，导致保护错误判断，以至以误动。通过对通道设备的分析和判断可以及时处理通道设备的故障，确保高频通道的畅通。91、线路阻波器高频阻波器的作用： 防止高频信号向母线方向分流的设备。电感与电容构成并联谐振回路，调谐的频率决定了它的工作频段，对工频电流呈现的阻抗很小，不影响工频电力的传输，对高频电流呈现的阻抗很大。高频阻波器的构成： 在高频通道设计阻波器F0的上、下频带中，各有一个并联谐振的峰值阻抗，其频率F1和F2，由于强流线圈的Q值不高，两个峰值略有差异。线路阻波器由主线圈，调谐元件和避雷器组成。10宽带调谐线路阻波器 在设计高频通道阻波器时，通常取母线分流损耗为2dB。 如果母
7、线分流损耗，仅仅比设计值偏高1dB左右,甚至更小一个数值,阻波器故障现象并不十分明显，但是阻波器的调谐元件、放电间隙击穿损坏的可能性却大大的增加。 虽然高频收发信机的收信电平裕度满足正常运行条件，但是母线的高频阻抗受到运行条件或者接线方式的影响，分流损耗将随母线的工作状况而改变。 对阻波器的背后保护区外（母线故障）发生短路故障的时刻，母线分流损耗会剧烈地增加，甚至出现高频阻波器特殊故障，导致高频通道异常。 阻波器故障较多的是避雷器和调谐电路故障引起的。11避雷器主要故障 避雷器故障击穿爆炸故障： 避雷器的阀门是经干燥处理装在瓷套内，长期运行未进行试验和维护，密封圈可能老化龟裂，或上下金属盖锈蚀
8、穿空，致使潮气进入，绝缘降低，击穿电压下降，经多次雷电大电流冲击而放电；或进入到避雷器内部的空气产生游离或受潮影响，固体的介质损耗迅速增加，很容易造成热击穿，大电流流入产生大量气体引起避雷器击穿爆炸故障。避雷器引线断线故障： 避雷器至调谐器与强流线圈的引线断了，使避雷器自然退出，被保护的调谐器很快就击穿烧毁。避雷器放电间隙击穿故障： 有些避雷器的阀片带有串联间隙，经多次放电后，间隙也会被烧结而短路，相当于避雷器阀片直接与调谐电容并联，由于故障把阀片电容引入与主电容C并联，降低原来谐振频率而使频响特性变差。调谐电路故障： 阻波器大部分有调谐元件，其元件的损坏将直接影响线路阻波器的性能，致使阻波器
9、的特性变坏。12线路阻波器的测试方法1电压比较法： 停电时不吊下阻波器对其特性进行测试，线路虽停电，但周围设备仍在运行，阻波器和测量仪器都在高压场下，用选频测量出P1、P2，阻波器的阻抗可用下式计算： 13线路阻波器的测试方法2近端跨越衰减法： 线路不停电，阻波器阻塞特性可用变电站近端跨越衰减值判断。变电站近端跨越衰减可用下式计算： 式中：Z入=Z阻1+（Z阻2+Z负） /Z站 Z入线路侧母线的输入阻抗 Z阻1 阻波器1阻塞阻抗 Z阻2阻波器2阻塞阻抗 Z负线路侧的负载阻抗 Z站变电站母线对地输入阻抗14测试线路阻波器的方法2 1、 两宽带阻波器阻塞特性的计算和性能的判断： Z阻1 = Z阻2
10、 = 600， 取Z负 = Z内 = 400，设Z站=j80, 求正常运行时A站近值。 当Z负 = Z内 ， Z阻1 = Z阻2 时，发送信号从左或从右送入A站近值都是一样的，但是只要 其中一只阻波器坏（如阻波器坏）， A站近值将发生明显的变化。 2、 若Z阻1 =0 ， Z阻2 =600 则 A站近=8 dB; 3、 若Z阻2 =0 ， Z阻1 =600 则 因此只要有一只阻波器，就破坏了对称性，不但A站近明显降低，且哪只阻波器坏， A站近值都不一样，若将发、收信号端位置互换，就可准确判断出靠近发送端的那只阻波器坏。15测试线路阻波器的方法3回波损耗法： 有些变电站只有一条出线，仅加工了一相
11、，用于开设高频保护或载波通道，检查阻波器的故障只能用测量结合设备的回波损耗的方法来测试。其结线如图示，等效电路见图的计算公式为： 测量的结果： 结合设备回波损耗应大于12dB（根据国际电工委员会IEC(481)标准 及国家标准GB/T 7329_1998规定）16测试线路阻波器的方法3用回波损耗法测量阻波器的阻抗，从等效图可得： 其中： 设： ，推导得： ， 而 可得： 因 ，若 ，则 （宽带阻波器的有效值）。 高频保护要求R阻=2000，结合设备的 。 设： ， 验证结果符合要求。 172、耦合电容器外部检查： 耦合电容器是高压设备，它的故障将直接影响电力系统的运行，所以将要对安装的和已运行
12、的设备进行安装前和定期的测量、检查。 应检查耦合电容器及电容式电压互感器的垂直度，有无漏油痕迹，瓷外壳有无裂纹等。 当高频通道衰耗偏大时，如检查阻波器与结合滤波器没有问题，应检查电容式电压互感器的接线盒中的放电间隙是否短路。 电气测量： 1） 工频耐压试验； 2） 电容器量：与标称值相差不大于10% 3） 损耗角正切值（tg）：介质损耗应小于0.004,该指 标应每年定检、测量。 183、结合滤波器结合滤波器结合滤波器作用： 结合滤波器是电力线载波通道中高频信号的结合设备，用以传输有用的高频信号，同时抑制工频电流及带外的干扰信号，是保证通信质量，设备及人身安全所不可缺少的重要设备。实现传输通道
13、与电力线载波设备之间的阻抗匹配，实现高压设备与电力线载波设备之间的隔离，为电力线载波信号传输提供很小的插入衰减。 线路特性阻抗300（双分裂导线）用于220、330、500千伏高压分裂电线；线路特性阻抗400用于10、35、110、220千伏高压输电线。常用的高频电缆阻抗为75欧、100欧，为了达到通道的阻抗匹配，而应用了结合滤波器，它的高压侧与线路阻抗匹配，低压侧与高频电缆相匹配，从而达到减少信号失真，减少衰耗的目的。 19结合滤波器电原理图结合滤波器电路一般由排流线圈和耦合电容器以及电感、电容组成高通或带通电路。电感器和匹配变量器经硅橡胶密封，电容器具有较高的电压等级，选用氧化锌避雷器作为
14、保护元件，壳体上装有电缆引线装置，用来锁紧SYV-75-9电缆线,接地刀闸用于在检修结合滤波器时进行安全接地。20结合滤波器主要故障绝缘水平下降： 1）结合滤波器经过长期运行，由于四季温度变化以及一些结合滤波器的高频电缆接线端子与底板的距离较小，或者密封的橡胶圈会老化龟裂，雨水渗透到结合滤波器内部，并积存在底部，造成高频电缆头和接线端子排绝缘下降；当内部受潮后，绝缘电阻随着气候变化下降，通道的传输衰减增加。 2） 蜂巢故障。避雷器损坏： 1） 变量器击穿 2） 结合滤波器特性变坏： 元件的损坏，致使其特性变坏在运行中发现通道衰减突然增大，此后又能恢复正常。应注意检查结合滤波器的电容C的容量是否
15、减小，电感线圈的Q值是否下降，匝间短路，多股导线中的少数断股等21反措工频电容与定检工频电容的作用 结合滤波器为高频保护提供专用接口，即在输出变量器的输出端接入50000pF(3KV)的电容。为了防止工频电流进入电抗器，引起变量器饱和造成通道阻塞，造成高频保护区外故障造成继电保护误动，继电保护高频通道要求：结合滤波器和收发信机之间串有电容器。定检 每年必须对结合滤波器的回波损耗、工作衰减及避雷器等部件进行认真的检查。如发现内部元件损坏，一定要及时更换。 在结合滤波器线路侧并接选频表时要注意，必须在有经验的人监护下由23人共同完成，在确保安全的前提下，才能把选频表跨接在结合滤波器的线路侧进行测量
16、。224、高频电缆高频电缆的作用： 收发信机与结合滤波器之间是用高频电缆进行联结的，构成了高频通道的一部分。高频电缆主要存在的问题： 高频电缆在敷设的电缆沟的过程中，高频电缆的高频信号易受到干扰影响因素比较多，但是主要存在的问题：串扰其它通道、阻抗失配、高频电缆接地。231）、串扰其它通道高频电缆的基本原理： 高频电缆中的工作电流是分别集中在内导体的外表面和外导体的内表面，而外来的干扰电流是集中在外导体对着干扰源那一面的外表面上。工作电流和干扰电流是分开的。外导体不仅是信号电流传输的回归导体，还起着抗干扰屏蔽作用。高频电缆的影响： 由于电力系统操作时，拉隔离刀闸。因线路上还有剩余电荷（拉开隔离
17、刀闸的瞬间出现弧光引起的），因为这种弧光很强，是一种平滑的强干扰，或称为白色噪声，它在很宽的频带内干扰幅度几乎相等，有可能穿过屏蔽层后由电缆芯线引入收发讯机，由于外来干扰幅度过高，信号穿透高频电缆有可能将装置内部的部分元件击穿或者串扰其它通道引起收发讯机的异常启信。242）、阻抗失配 高频电缆的负载： 结合滤波器和收发信机是高频电缆的实际负载。当结合滤波器所选配的耦合电容器的电容量小于结合滤波器要求值时，两者的阻抗失配。此时低频阻抗特性变差，易引起工作频带内各种信号的比例失调，电缆和结合滤波器阻抗失配还因高频电缆输入阻抗可能呈现感性或容性对并联连接的收发讯机的滤波器特性产生影响，阻抗的变化对收
18、发讯机的收信和发信都有影响。谐振法测量的原理： 为了保证运行中的高频电缆获得较好的阻抗匹配应对高频电缆的电气长度进行测量。 一般采用谐振法测量Z短和Z开根据高频电缆在一定频率下具有谐振特性，即当长度为14波长的整数倍时。电缆终端开路或短路时输入阻抗为电阻性。相当于串联或并联谐振测得的谐振频率，然后计算出电缆长度。25阻抗失配测量方法因为 所以式中：波长 电磁波在电缆中的传播速度，SYV型高频电缆为：(19.519.8) Km/s f0电缆终端开路输入阻抗为串联谐振时的频率（KHz)电磁波在均匀线中的传播速度为 ，改变 L与 C，可以改变 V，也相当于改变电缆长度。例：用一条158.7m的SYV
19、-100-7型高频电缆，测出终端开路谐振的频率f0=308.7（KHz) 19.6 Km/s 计算该频率 的长度为： 263）、高频电缆接地高频电缆接地： 高频电缆与结合滤波设备均处于同一地网内，通常将高频电缆屏蔽层的两端都接地。这种方法可以保证载波设备和工作人员的安全，因为在本地的大地和高频电缆屏蔽层之间没有电位差。 在开关操作或发生故障时，在结合滤波器内，电缆屏蔽层与当地大地之间可能出现的地电位差。如果结合滤波器和收发信机不是接在同一接地网上，电力系统接地故障及操作引起的瞬时过电压，地电位会更大，电缆屏蔽层中的环流可能达到危险的程度。274）、高频电缆的衰减、阻抗特性 高频电缆的衰减特性：
20、输入阻抗特性： 衰减计算公式中：R1=R2 28四、高频通道测量方法29附文：国家电力调度通信中心文件国调(l998)112号 关于印发继电保护高频通道工作改进措施的通知各网、省电力(集团)公司，南电联: 为解决目前普遍存在的高频通道工作不正常造成继电保护不正确动作的情况，国调中心组织专家工作组和部分网、省调专业技术人员进行了大量调研、试验、计算分析等工作经研究，初步确定对继电保护高频通道工作进行部分改进，复用载波通道可参照执行。 现将继电保护高频通道工作改进措施印发给各有关单位，请各网、省(集团)公司根据本网具体情况认真执行,并请设计、科研、制造等单位协助生产运行现场解决有关问题。 执行中的
21、问题和建议请及时报国调中心。 附件：继电保护高频通道工作改进措施 一九九八年七月三十一日30附件：继电保护高频通道工作改进措施一、 为了防止工频量进入变量器，引起变量器饱和，造成通道阻塞，新安装的结合滤波器和收发信机与高频电缆芯线相连接端均应分别串有电容器。 对于现已运行的采用高频变量器直接耦合的高频通道(结合滤波器及收发信机高频电缆侧均无电容器)，要求在其通道的电缆芯回路中串接一个电容器，其参数为: 0.05uF左右，交流耐压2000V，一分钟。串接电容器后应检查通道裕量。二、关于原部颁“反措重点”中高频通道同轴电缆敷设铜导线的补充说明：可根据现场实际情况在主电缆沟内敷设一根截面为100mm
22、的铜导线，该铜导线在控制室电缆夹层处与地网相接，并延伸至与保护屏铜排连接；有必要时，还应延伸到通信机房，便于保护相关的通信设备部分的接地。在开关场一侧、由该铜导线焊接多根截面不小于50mm的铜导线，分别延伸至保护用结合滤波器的高频电缆引出端口，距耦合电容器接地点约-m处与地网连通，上述铜导线应放置在电缆沟的电缆架顶部（参见附图）。三、 结合滤波器的一、二次线圈间接地连线应断开。结合滤波器的外壳和高频同轴电缆外罩铁管应与耦合电容器的底坐焊接在一起。高频同轴电缆屏蔽层，在结合滤波器二次端子上，用大于10mm的绝缘导线连通引下，焊接在上述分支铜导线上，实现接地（参见附图），亦可采用其它连通方式。在控
23、制室内：高频同轴电缆屏蔽层用.52.5mm的多股铜导线直接接于保护屏接地铜排。四、 收发信机应有可靠，完善的接地措施，井与保护屏接地铜排相连。31五、 当母线运行方式改变引起收发信机3dB告警，如果收发信机无异常应重点检查阻波器调谐回路是否损坏；当由于通道干扰引起收发信机频繁启动时；可能是线路架空地线的放电间隙频繁击穿，应要求一次人员检查架空地线并解决此问题。六、 不允许用电缆并接在收发信机通道入口引出高频信号进行录波。要求收发信机提供能直接反映该机入口处工作频率信号幅度大小并经检波输出直流电位信号端口，且当该输出端因故被短接时，不致于影响收发信机的正常工作。该直流电位信号输出端不应与高频电缆
24、共地，应通过双绞屏蔽线引入录波屏，双绞线屏蔽层于录波屏处接地。同时，要求故障录波器有能反映该直流信号大小的录波输入接口。七、在收发信机的功率放大、电源、高频通道输入等回路不应设置过载、过压等保护性措施，以防系统异常，故障时收发信机不能正常工作。八、不允许在继电保护高频通道中接入带电监测设备。日常运行中的高频通道检查应通过保护装置进行，若有问题再进行收发信机通道试验，以判断是通道异常或保护收发信逻辑回路异常。九、 附图：高频电缆铜导线敷设参考示意图32附图：高频电缆铜导线敷设参考示意图33 谢谢 谢！谢！ 感谢您对我们的支持和理解，提供优质的感谢您对我们的支持和理解，提供优质的产品和最优秀的服务是本公司的宗旨！产品和最优秀的服务是本公司的宗旨！ 感谢您对本公司的大力支持和信任！感谢您对本公司的大力支持和信任！ 34
