一起高頻保護通道異常的實例分析

徐建平，吳文聯(lián)

（1.浙江省電力公司，杭州 310007；2.杭州市電力局，杭州 310006）

隨著電網(wǎng)接線越來越復雜，要求開關跳閘必須有選擇性，線路縱聯(lián)保護具備綜合判別能力。能同時反應兩側(cè)電氣量的變化，快速切斷故障線路。其故障信號測量涉及到通信通道，通信通道的異常直接影響高壓線路保護的運行。

1 一起電力載波高頻通道異常的初步檢查

圖1是典型的電力載波高頻通道，使用的信號頻率是50～400 kHz。信號經(jīng)高壓輸電線路傳送，在輸電線路和收發(fā)信機之間有耦合電容器、結(jié)合濾波器、高頻電纜等連接設備，在輸電線路和斷路器之間還裝有阻波器以隔離高頻電流。這些設備一方面實現(xiàn)高壓低壓的隔離以確保人身與設備安全，另一方面實現(xiàn)阻抗匹配并防止輸電線路上的高頻電流外泄到母線，以減少傳輸衰耗。

220kV亭中2400線是220kV亭山變和220kV中埠變的聯(lián)絡線，亭山變一側(cè)間隔為新建，中埠變間隔的高頻通道設備運行了10多年。2009年10月，亭中2400線第2套高頻保護B相通道（使用頻率為164 kHz）在交換信號時，高頻收發(fā)信機頻繁出現(xiàn)“3 dB告警”，幾次交換信號后“3 dB告警”又消失，第2天早上交換信號時又會出現(xiàn)告警情況。檢修試驗人員對高頻通道進行了初步檢查。經(jīng)檢查，兩側(cè)高頻電纜及結(jié)合濾波器等單個通道元件在工作頻率下的衰耗均在正常范圍，兩側(cè)的收發(fā)信機工作正常，外部接線也未發(fā)現(xiàn)異常情況。進一步進行了通道衰耗測試，通道檢查點布置見圖1的A，B，A′，B′點，其中A側(cè)為中埠變，A′側(cè)為亭山變。表1分別列出了通道衰耗正常和捕捉到兩側(cè)通道告警時的測試電平數(shù)據(jù)。

圖1 電力載波高頻通道示意圖

表1 2種狀態(tài)下的測試電平數(shù)據(jù)

2 電力載波高頻通道異常的推理分析

根據(jù)值班人員反映，高頻收發(fā)信機 “3dB告警”信號經(jīng)常出現(xiàn)在上午氣溫較低露水凝結(jié)時（富陽的秋季10月還未結(jié)霜），而到了下午或傍晚，告警信號會自動消失；檢修試驗人員在檢查時也發(fā)現(xiàn)“3 dB告警”會在幾次交換信號后消失的情況。由此推斷，高頻通道異常的原因是高頻通道的某處存在結(jié)露，結(jié)露形成的水珠產(chǎn)生了高頻信號的對地分流衰耗，一旦環(huán)境溫度升高或多次交換信號后加熱了分流點的水珠，對地分流通道斷開，通道又恢復正常。由于二次系統(tǒng)電壓較低，不足以擊穿水珠，判斷異常點出現(xiàn)在耦合電容或阻波器中的可能性較大。

根據(jù)通道異常時的數(shù)據(jù)——中埠側(cè)發(fā)信時對側(cè)的收信電平明顯小于亭山側(cè)發(fā)信時中埠側(cè)收信電平這一情況，判斷通道異常點在中埠變一側(cè)，判斷依據(jù)見圖2。將載波線路及連接設備等效為四端網(wǎng)絡，將水珠表示為分流阻抗Z，將接收端的高頻電纜及收發(fā)信機視為負載。從圖2可以看出C點電平高于C′點電平，模擬水珠的分流阻抗Z接在C點時消耗的功率比接在C′點時要高，而負載消耗功率正好相反；因此水珠出現(xiàn)在發(fā)信側(cè)時對側(cè)收信電平比水珠出現(xiàn)在收信側(cè)時的收信電平要低一些。

圖2 高頻保護通道等效電路圖

阻波器通常易發(fā)生的故障是避雷器或調(diào)諧元件電容擊穿，經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明由于阻波器的避雷器或電容擊穿引起的分流衰耗一般小于3 dB，而現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)顯示在通道告警時兩側(cè)電平相比正常情況跌落偏大（10 dB左右），可以斷定阻波器不是“3 dB告警”的主要原因。綜合了多方面的判斷以后，確定高頻通道異常的原因在中埠變的高壓耦合電容上。

3 載波通道設備的檢查

檢修人員將耦合電容器拆除后發(fā)現(xiàn)，耦合電容器底部銹蝕較嚴重，下底面相當潮濕，有明顯的水珠；末屏引出鍍錫銅軟帶與上底板的間隙非常小，很容易因為結(jié)露造成接地短路，如圖3所示。

圖3 耦合電容器底部受潮

該型號耦合電容器戶外安裝，底座與支架頂板之間用螺栓緊固，無密封措施；由于晝夜溫差原因，底座與頂板之間的空氣室每天呼吸1次，潮氣很容易侵入；又因為氣室頂部是密封的，潮氣一旦侵入就難以消散，日積月累后遇低溫低壓天氣，潮氣就凝結(jié)成露珠而附著于耦合電容器底部，使得氣室內(nèi)收容了更多的潮氣。在冬、春季節(jié)，由于空氣溫度低，氣室內(nèi)所含潮氣總體較少，再加上晝夜溫度差別不大，大量結(jié)露的機率很??；在盛夏季節(jié)，由于日曬時間長、平均氣溫高，氣室內(nèi)的潮氣多數(shù)以氣體狀態(tài)存在，結(jié)露形成大水珠的機率也不高。而在秋季，晝夜溫差大為大量結(jié)露創(chuàng)造了條件。

中埠變220kV亭中2400線B相耦合電容器正是在秋季出現(xiàn)異常。在此之前的夏季，因為結(jié)露比較輕微，底板處雖有水珠，但還不致于造成短路接地。進入秋季之后，耦合電容器底部氣室在夜間結(jié)露逐漸加重，水珠也逐漸變大；到一定程度，水珠將鍍錫銅軟帶與上底板連接構成水電阻通電，相當圖1中的C點通過水電阻接地，此后高頻信號通過時出現(xiàn)信號分流。所以高頻通道經(jīng)常在上午有“3 dB告警”信號。經(jīng)過一上午的太陽照射后，到了下午及傍晚，耦合電容器底座內(nèi)溫度升高，水珠蒸發(fā)變小，鍍錫銅軟帶與上底板之間的水電阻被切斷，通道交換信號恢復正常。同樣，在多次通道交換后，由于高頻泄漏電流對水珠的加熱作用將水珠蒸發(fā)，切除了分流通路，交換信號也會恢復正常。

4 載波通道異常設備的處理

鑒于該型號耦合電容器的結(jié)構性缺陷，對其進行了更換。更換后的耦合電容器型號為WCC220-0.005H，底部采用敞開式結(jié)構。

220kV亭中2400線高頻通道在更換耦合電容器后進行的通道衰耗測試正常，測試數(shù)據(jù)如表2。線路投入運行后，高頻通道未再出現(xiàn)“3 dB告警”現(xiàn)象。

表2 耦合電容器更換后收發(fā)信電平測試數(shù)據(jù)dB

這次通道異常的分析處理表明，繼電保護調(diào)試人員不僅要熟悉掌握二次設備及二次系統(tǒng)的狀況，還要充分了解一次設備，只有提高了綜合判斷、分析能力，才能正確處理調(diào)試工作中遇到的各類問題。

[1]毛錦慶.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術問答[M].2版.北京：中國電力出版社，2004.

[2]南京南瑞繼保電氣有限公司.LFP912高頻收發(fā)信機，技術說明書[G].2002.