高頻保護(hù)原理及檢查試驗(yàn)研究

李攀宏 陶冶 吳儉民

中圖分類號(hào)：TM773

摘要：光纖差動(dòng)保護(hù)面世后，高頻保護(hù)便由于其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的局限性減少使用并逐步退出歷史舞臺(tái)，但目前高頻保護(hù)設(shè)備依然大量存在并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，現(xiàn)役高頻保護(hù)設(shè)備多運(yùn)行年限超過十五年且相關(guān)設(shè)備老化比較嚴(yán)重，而隨著技術(shù)人員新老更替，對(duì)于該項(xiàng)設(shè)備和技術(shù)的儲(chǔ)備越發(fā)薄弱，高頻保護(hù)原理及檢查試驗(yàn)方法研究深度也十分有限，給設(shè)備正常運(yùn)行帶來安全隱患。本文將對(duì)高頻保護(hù)的構(gòu)成、原理及試驗(yàn)方法進(jìn)行闡述，對(duì)高頻通道故障常見原因及消缺方法進(jìn)行分析，并對(duì)常見類型的選頻表使用方法做了介紹，為高頻保護(hù)設(shè)備運(yùn)檢人員提供了參考和研究依據(jù)，進(jìn)一步促進(jìn)提升高頻設(shè)備運(yùn)檢水平。

關(guān)鍵詞：高頻保護(hù);結(jié)構(gòu);原理;試驗(yàn)方法

0引言

高頻保護(hù)是利用輸電線路作為載體傳輸保護(hù)信號(hào)，在輸送50Hz工頻電流的同時(shí)疊加傳輸50～300kHz的高頻信號(hào)，以比較線路兩端電氣量而構(gòu)成的保護(hù)^[1]。高頻保護(hù)常被用作輸電線路主保護(hù)，當(dāng)輸電線路故障時(shí)，無延時(shí)、全線速動(dòng)切除被保護(hù)線路的任意一點(diǎn)故障^[1]。但是由于高頻傳輸通道干擾大，線路兩端電量全信息傳輸較為困難，因此一般只傳送兩端的電壓或電流的方向、相位等狀態(tài)信息。高頻通道按傳輸電氣量通產(chǎn)分為：方向高頻（比較線路兩端功率方向，既要測(cè)U又要測(cè)I）和相差高頻（比較線路兩端電流相位，只要測(cè)量I）^[2]。

1高頻保護(hù)的構(gòu)成

高頻保護(hù)是通常由高頻阻波器、耦合電容器、結(jié)合濾波器等八個(gè)部分組成，，如圖1所示^[1]。

1.1高頻阻波器

高頻阻波器的功能是通工頻、阻高頻，其原理為電感線圈和可調(diào)電容組成的并聯(lián)諧振回路，對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)較大的阻抗。

1.2耦合電容器

耦合電容器是一個(gè)高壓電容器，其電容一般很小，造成對(duì)工頻電壓呈現(xiàn)很大的阻抗，而對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)的阻抗較小，從而實(shí)現(xiàn)收發(fā)信機(jī)與輸電線路絕緣，而高頻信號(hào)能順利通過，其安裝位置一般在電容式電壓互感器末端，如圖2所示^[1]。

1.3結(jié)合濾波器

結(jié)合濾波器是一個(gè)可調(diào)節(jié)的空心變壓器，與耦合電容器共同組成串聯(lián)諧振回路，其功能是：

（1）通高頻、阻工頻;

（2）阻抗匹配，避免高頻信號(hào)反射;

（3）降低損耗，增加輸出功率。

1.4接地刀閘

接地刀閘是高頻通道的輔助設(shè)備，是在調(diào)整或檢修高頻收發(fā)信機(jī)和結(jié)合濾波器時(shí)產(chǎn)生明顯的接地點(diǎn)，提供可靠的安全保障^[1]，接地刀閘通常安裝在結(jié)合濾波器處。

1.5保護(hù)間隙

保護(hù)間隙同樣是高頻通道的輔助設(shè)備，用來保護(hù)高頻電纜及高頻收發(fā)信機(jī)免遭過電壓的襲擊，常組合安裝在結(jié)合濾波器箱內(nèi)。

1.6高頻電纜

通常用高頻電纜為戶內(nèi)的收發(fā)信機(jī)和裝在戶外的結(jié)合濾波器提供連接。

1.7高頻收發(fā)信機(jī)

高頻收發(fā)信機(jī)是收發(fā)高頻信號(hào)的專用設(shè)備。收發(fā)信機(jī)與保護(hù)裝置通常以單接點(diǎn)或雙接點(diǎn)接口方式連接。若為單接點(diǎn)接口方式，保護(hù)裝置邏輯判定，即高頻閉鎖邏輯、遠(yuǎn)方啟動(dòng)、通道交換由繼電保護(hù)裝置提供，繼電保護(hù)只有一對(duì)接點(diǎn)（或空光耦）“斷開”時(shí)停信。而雙接點(diǎn)接口方式時(shí)，收發(fā)信機(jī)邏輯判定，保護(hù)裝置優(yōu)先，即高頻閉鎖邏輯、遠(yuǎn)方啟動(dòng)、通道交換由本裝置實(shí)現(xiàn)，繼電保護(hù)另外提供具有優(yōu)先權(quán)的兩對(duì)接點(diǎn)（或空光耦）來控制裝置的發(fā)信和停信。即啟動(dòng)發(fā)信接點(diǎn)（或空掛）閉合時(shí)裝置發(fā)信，停止發(fā)信接點(diǎn)（或空光耦）閉合時(shí)裝置停信^[3]。

2.高頻保護(hù)的動(dòng)作原理

高頻通道的工作方式有兩種，即經(jīng)常無高頻電流方式和經(jīng)常有高頻電流方式，也稱為故障時(shí)發(fā)信方式和長(zhǎng)期發(fā)信方式，分別對(duì)應(yīng)閉鎖式高頻保護(hù)和允許式高頻保護(hù)，動(dòng)作邏輯如圖3所示^[4]。

圖上述兩種方式，按照其傳送的信號(hào)性質(zhì)又可以分為三種類型，即傳送閉鎖信號(hào)、允許信號(hào)和跳閘信號(hào)。

閉鎖式高頻保護(hù)不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通道狀態(tài)，在通道故障時(shí)保護(hù)可能誤動(dòng)作;允許式高頻保護(hù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通道狀態(tài)，但抗干擾能力較差，在通道故障時(shí)保護(hù)可能拒動(dòng)。工程樣例中閉鎖式高頻保護(hù)使用較多。

3.高頻保護(hù)的試驗(yàn)方法

高頻保護(hù)試驗(yàn)通常有以下項(xiàng)目：通道測(cè)試、故障模擬和邏輯試驗(yàn)。以下以閉鎖式為例。

3.1通道測(cè)試

閉鎖式通道正常運(yùn)行時(shí)，可由人工交換通道信號(hào)，具體過程如下：按下試驗(yàn)按鈕后本側(cè)發(fā)信，在收信時(shí)長(zhǎng)達(dá)到200ms后，停止發(fā)信;在收到對(duì)側(cè)信號(hào)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到5s后，本側(cè)再次發(fā)信并在10s后停止發(fā)信;對(duì)側(cè)收到信號(hào)后，如果判斷跳閘位置繼電器未動(dòng)作則立即發(fā)信;如果判斷跳閘位置繼電器動(dòng)作則延時(shí)100ms后發(fā)信;用于弱電側(cè)時(shí)，為保障線路輕負(fù)荷或啟動(dòng)元件不動(dòng)作的情況下，依然能夠快速隔離故障，采用判斷任一相電壓或相間電壓低于30V時(shí)延時(shí)100ms發(fā)信的策略^[4]。

高頻保護(hù)通道運(yùn)行正常是高頻保護(hù)正確動(dòng)作的先決條件，因此在高頻通道建立后，應(yīng)首先做以下測(cè)試確保通道通暢：

（1）通道交換。使用裝置自帶的通道試驗(yàn)按鈕，測(cè)試收發(fā)信邏輯，應(yīng)兩側(cè)均能啟動(dòng)對(duì)側(cè)發(fā)信，收發(fā)信機(jī)指示正常且裝置無告警，調(diào)試合格的收發(fā)信機(jī)和高頻通道，發(fā)信電平宜調(diào)整至40dbm±，收信電平宜調(diào)整至20dbm±;

（2）通道裕度檢查。如果運(yùn)行中的通道設(shè)備故障會(huì)導(dǎo)致高頻通道衰減增大，從而引起通道裕度減小，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐筛哳l保護(hù)誤動(dòng)。規(guī)定高頻通道的最小收信電平為8.68dbm，在生產(chǎn)實(shí)際中高頻保護(hù)通道的裕度要求大于12dbm;

（3）靈敏啟動(dòng)電平檢查。靈敏啟動(dòng)電平是保證收發(fā)信機(jī)啟動(dòng)的最小電平，收發(fā)信機(jī)靈敏啟動(dòng)電平一般整定在4dbm～5dbm之間。

3.2故障模擬

高頻保護(hù)通常通過區(qū)內(nèi)故障、正方向區(qū)外故障、反方向區(qū)外故障三種情況來模擬校驗(yàn)^[5]。

由于線路兩側(cè)同時(shí)模擬故障（精確到毫秒級(jí)）十分困難，通常高頻保護(hù)校驗(yàn)時(shí)以關(guān)閉一側(cè)高頻收發(fā)信機(jī)作為閉鎖判據(jù)。

區(qū)內(nèi)故障，關(guān)閉對(duì)側(cè)高頻收發(fā)信機(jī)，對(duì)側(cè)無發(fā)信，本側(cè)不閉鎖，同時(shí)本側(cè)模擬正方向故障，高頻保護(hù)應(yīng)能正確動(dòng)作;

正方向區(qū)外故障，打開對(duì)側(cè)高頻收發(fā)信機(jī)，對(duì)側(cè)正常運(yùn)行狀態(tài)閉鎖本側(cè)保護(hù)，此時(shí)本側(cè)模擬正方向故障，高頻保護(hù)應(yīng)能正確不動(dòng)作;

反方向區(qū)外故障，關(guān)閉對(duì)側(cè)高頻收發(fā)信機(jī)，對(duì)側(cè)無發(fā)信，本側(cè)不閉鎖，同時(shí)本側(cè)模擬反方向故障，高頻保護(hù)應(yīng)能正確不動(dòng)作。

3.3邏輯試驗(yàn)

高頻保護(hù)邏輯試驗(yàn)需對(duì)區(qū)內(nèi)外故障閉鎖、其他保護(hù)動(dòng)作停信邏輯、位置停信等進(jìn)行驗(yàn)證：

4.故障消缺

高頻通道故障通常由兩個(gè)原因?qū)е拢菏瞻l(fā)信機(jī)故障、通道故障。常見的高頻通道故障有斷線、衰耗過大、3db告警等。

當(dāng)線路高頻通道發(fā)生故障時(shí)，通常會(huì)有相關(guān)的告警信息上傳，裝置上也會(huì)有對(duì)應(yīng)的顯示^[6]，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員需根據(jù)以下措施判斷故障類型及解決方法。

首先，兩側(cè)使用通道試驗(yàn)按鈕交換通道，觀察收發(fā)信機(jī)啟動(dòng)及收信狀態(tài)，使用選頻表在收發(fā)信機(jī)高頻電纜接線處測(cè)試收發(fā)信功率。

若本側(cè)發(fā)信，但測(cè)試結(jié)果為發(fā)信功率低/無發(fā)信;或?qū)?cè)發(fā)信，且本側(cè)收信功率正常，但收發(fā)信機(jī)無法啟動(dòng)，則判斷為本側(cè)收發(fā)信機(jī)故障。

其它的，則判斷為通道故障。

判斷為通道故障時(shí)，先進(jìn)行外觀及接地檢查，檢查電壓互感器末屏接地的銅棒和電壓互感器外殼接觸點(diǎn)的絕緣是否良好（停電時(shí)），高頻電纜兩端接線及接地是否良好。

兩側(cè)使用通道試驗(yàn)按鈕交換通道，使用選頻表分別在收發(fā)信機(jī)高頻電纜接線處、結(jié)合濾波器下樁頭處、結(jié)合濾波器上樁頭處測(cè)試收發(fā)信功率，測(cè)試部位如圖4中1、2、3點(diǎn)標(biāo)注位置，若在某次測(cè)試中有衰耗異常增大，則可相應(yīng)判斷故障部位，并予以處理。

下面提供一組調(diào)試合格運(yùn)行良好的高頻通道測(cè)試參考數(shù)據(jù)，一般情況下，測(cè)試數(shù)據(jù)以規(guī)程范圍內(nèi)為準(zhǔn)，以下參數(shù)均為本側(cè)發(fā)對(duì)側(cè)收^[7]。

（1）本側(cè)收發(fā)信機(jī)發(fā)信電平（10W）：31db±（40dbm）;

（2）本側(cè)結(jié)合濾波器電纜側(cè)電平：28 db±（37dbm，衰耗≤3dbm）;

（3）本側(cè)結(jié)合濾波器線路側(cè)電平：35 db±（37dbm）

（4）對(duì)側(cè)結(jié)合濾波器線路側(cè)電平：30 db±（32dbm）（與線路長(zhǎng)度有關(guān)）

（5）對(duì)側(cè)結(jié)合濾波器電纜側(cè)電平：23 db±（32dbm）

（6）對(duì)測(cè)收發(fā)信機(jī)收信電平：20 db±（29dbm）

5.選頻表的使用方法

以下以鴻拓HT2012型選頻電平表為例，簡(jiǎn)述選頻表的使用方法。選頻表的接線方式有兩種：

可使用紅-黑平衡線或同軸線進(jìn)行測(cè)量，均可獲得正確數(shù)據(jù)，開機(jī)后，應(yīng)根據(jù)使用測(cè)試線的不同選擇不同方式的輸入阻抗，本儀器有同軸/平衡75Ω、100Ω、600Ω、∞Ω等，確知線路參數(shù)可對(duì)應(yīng)選擇，如不確定，可選擇∞Ω檔，其后依次選擇頻率跟蹤，電平自動(dòng)，選20Hz寬帶（測(cè)試頻率低于10kHz時(shí)）/1.74kHz（測(cè)試頻率高于10kHz時(shí)），頻率同步，通過數(shù)字鍵輸入待測(cè)高頻通道收發(fā)信機(jī)的設(shè)定頻率并確認(rèn)，即可開始測(cè)試電平數(shù)據(jù)。

測(cè)試時(shí)，按上述方式設(shè)置完成，在收發(fā)信機(jī)高頻電纜接線處、結(jié)合濾波器下樁頭處、結(jié)合濾波器上樁頭處連接好測(cè)試線（若使用同軸線可直接卡入接口，若使用平衡線則將紅線連接同軸電纜芯線，黑線接地），設(shè)置收發(fā)信機(jī)長(zhǎng)發(fā)信或按通道測(cè)試按鈕，同時(shí)按下選頻表“頻率跟蹤”按鈕，觀察選頻表測(cè)試數(shù)據(jù)，收信穩(wěn)定和發(fā)信穩(wěn)定時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)保持3s，記錄數(shù)據(jù)即可進(jìn)行分析。

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作者簡(jiǎn)介：李攀宏（1989-），男，碩士研究生，工程師，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)維檢修工作。