一起混合線路高頻通道異常處理的分析

魏 煌

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局，廣東 梅州 514021）

隨著城市化建設(shè)與電力系統(tǒng)的日益發(fā)展，在電網(wǎng)中大量存在由電力電纜與架空線構(gòu)成的輸電線路，為了滿足故障快速切除的要求，現(xiàn)階段基本均采用光纖電流差動保護(hù)作為線路的主保護(hù)，但仍有少部分利用輸電線路傳輸載波信號的高頻保護(hù)在系統(tǒng)中運(yùn)行。由于電力電纜與架空線的不同長度的組合、高頻通道的工作頻率、不連續(xù)點(diǎn)的衰減等因素[1]，制約著高頻通道的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。本文將介紹一起110kV電力電纜與架空線混合線路高頻通道異常的情況，對異常原因進(jìn)行了查找分析，并提出一些解決措施。

1 情況介紹

某 110kV線路高頻保護(hù)正常運(yùn)行時頻繁發(fā)生3dB告警現(xiàn)象，繼保人員利用選頻表在工作頻率（80kHz）下對線路兩側(cè)的高頻通道進(jìn)行測試，各測試點(diǎn)如圖1所示。

圖1 高頻通道測試點(diǎn)示意圖

分別使M側(cè)、N側(cè)收發(fā)信機(jī)強(qiáng)制發(fā)信，測試圖1中各點(diǎn)電壓電平，對應(yīng)的測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 高頻通道各點(diǎn)中電壓電平測量值

從表1可以看出，兩側(cè)收發(fā)信機(jī)的收信電平都很低，整個通道衰耗過大，N側(cè)發(fā)信電平B′與C′差值Δb為11.44dB，而這兩個測試點(diǎn)間僅隔一個結(jié)合濾波器（其固有工作衰耗小于2dB），可初步判斷為高頻通道上存在嚴(yán)重的阻抗失配而引起。

繼保人員采用在兩側(cè)收發(fā)信機(jī)、高頻電纜、結(jié)合濾波器處解開高頻電纜接線，在A、B、C及A′、B′、C′點(diǎn)處分別接入模擬負(fù)載的方式，檢查確認(rèn)收發(fā)信機(jī)、高頻電纜、結(jié)合濾波器均無異常，試驗(yàn)人員對兩側(cè)耦合電容器進(jìn)行試驗(yàn)后均未發(fā)現(xiàn)問題。因線路無法停電，繼保人員亦無阻波器測試專業(yè)儀器，故此項(xiàng)目測試未能開展，不排除阻波器調(diào)諧元件損壞導(dǎo)致異常現(xiàn)象發(fā)生。

經(jīng)深入排查分析及咨詢專家意見，判斷由于架空線與電力電纜混合線路及阻波器、結(jié)合濾波器工作于非正常狀態(tài)，導(dǎo)致高頻通道阻抗失配造成收信電平過低。

2 原因分析

2.1 混合線路連接點(diǎn)的失配衰耗

該110kV線路為架空線與電力電纜混合輸電線路，架空線長度為 2.072km，電力電纜長度為0.25km，其連接示意圖如圖2所示。

圖2 架空線與電力電纜混合輸電線路示意圖

當(dāng)一條較短線路為一個不等于它的特性阻抗的負(fù)載終接時，由于連接點(diǎn)的能量反射引起線路輸入阻抗發(fā)生變化，將引起高頻信號衰減。電力電纜單位長度的載波傳輸衰減要比架空線大得多。架空線的特性阻抗相對地一般為 400 Ω，電力電纜的特性阻抗約為 25Ω[2]，當(dāng)架空線路與電力電纜直接相連時，失配比達(dá) 16∶1，阻抗失配很嚴(yán)重。該連接點(diǎn)產(chǎn)生的失配衰耗可根據(jù)式（1）計(jì)算：

式中，b為失配衰耗；z0為電力電纜阻抗；z1為架空線阻抗。

因此，該線路的架空線與電力電纜連接點(diǎn)將產(chǎn)生約6.5dB的固有衰耗。

2.2 “駐波效應(yīng)”引起反射衰耗

電磁波在空氣中傳播速度v=300000km/s，在電力線路中傳播速度v=296000km/s，高頻通道的工作頻率fp=80kHz，波長λ=v/fp=296000/80=3700m，λ/2=1800m，由上文可知，該線路架空線路長度為2.072km，約為工作頻率下的λ/2，從N端計(jì)算正好為架空線路與電力電纜的連接點(diǎn)處，若N側(cè)發(fā)信信號經(jīng)λ/2到達(dá)連接點(diǎn)，由于阻抗失配，除部分功率傳送到接收端，大部分功率經(jīng)λ/2反射回N端起始點(diǎn)，導(dǎo)致N端的發(fā)信信號在原點(diǎn)處反射波與入射波相抵消，由此形成由入射波與反射波相互作用產(chǎn)生的“駐波效應(yīng)”。反射衰耗與失配衰耗共同產(chǎn)生以上分析Δb近12dB。

2.3 阻波器、結(jié)合濾波器工作于非正常狀態(tài)

查看線路兩側(cè)阻波器銘牌型號均為XZK800-1.0/25-B5，其額定電感量為1mH，阻塞頻帶為 85～500kHz。兩側(cè)收發(fā)信機(jī)的工作頻率為80kHz，阻波器運(yùn)行在工作頻率中電阻分量應(yīng)大于570 Ω，而在80kHz處電阻分量僅為200Ω，造成阻波器分流衰耗大于 2.6dB，導(dǎo)致收發(fā)信機(jī)的發(fā)信功率損失，且工作很不穩(wěn)定。同時，不排除阻波器調(diào)諧元件損壞導(dǎo)致異?，F(xiàn)象發(fā)生。

線路兩側(cè)結(jié)合濾波器型號為JL-400-15-B8Z，其線路側(cè)阻抗為 400 Ω，對于該線路而言，M 側(cè)變電站為電力電纜，其特性阻抗僅為25 Ω，可見結(jié)合濾波器的線路側(cè)阻抗與電力電纜阻抗極不匹配，從而導(dǎo)致通道衰耗增大。繼保人員在利用模擬負(fù)載檢查結(jié)合濾波器過程中，未考慮到輸電線路M側(cè)為電力電纜連接，導(dǎo)致模擬負(fù)載選擇不當(dāng)，從而未能發(fā)現(xiàn)結(jié)合濾波器存在的問題。

3 解決措施

1）由于架空線與電力電纜的結(jié)構(gòu)、尺寸及長度無法改變，為降低上文提到的反射衰耗，最好的方法是更換該線路兩側(cè)收發(fā)信機(jī)工作頻率[3]，以避免λ/2、λ/4頻率的情況，通過測試選擇最佳頻率，如果選大于85kHz以上的工作頻率，線路兩側(cè)阻波器可不做改動。

2）利用回波損耗橋測出該線路高頻通道回波損耗值僅為4.88dB，遠(yuǎn)低于規(guī)程要求的12dB，因此需根據(jù)架空線與電力電纜直接連接的固有特點(diǎn)，特制相應(yīng)結(jié)合濾波器，可通過精準(zhǔn)測試輸入阻抗，選擇適當(dāng)阻抗值的電纜型結(jié)合濾波器及在收發(fā)信機(jī)的輸入電纜側(cè)投入3dB衰減器來改善高頻通道的回波損耗。

3）因該線路高頻通道已運(yùn)行達(dá)十余年，已超過保護(hù)通道改造年限要求，故可結(jié)合技術(shù)改造項(xiàng)目，將高頻通道更換為光纖通道，徹底解決此問題，同時可大大提高通道運(yùn)行的可靠性及穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

利用高頻通道作為混合線路保護(hù)信號的傳輸通道，對日常運(yùn)行維護(hù)提出了很高的要求，只有較好地解決混合線路中架空線與電力電纜的阻抗匹配問題，通過計(jì)算選擇合適的高頻通道工作頻率及結(jié)合加工設(shè)備，并經(jīng)大量調(diào)試，方能保證高頻通道的可靠使用。現(xiàn)階段光纖電流差動保護(hù)已廣泛應(yīng)用，對于混合短線路而言，光纖通道是更好的一個選擇。

[1] 張仁永, 陳宇輝. 電力線載波通道設(shè)備應(yīng)用指南[M].北京: 中國電力出版社, 2002.

[2] 戴勒. 混合線路上采用高頻保護(hù)通道的技術(shù)分析[J].繼電器, 1994(1): 44-50.

[3] 崔厚坤. 220kV高壓電纜與架空混合線路保護(hù)通道的選擇[J]. 江蘇電機(jī)工程, 2010, 5(3): 39-41.