高频通道（精选6篇）
高频通道 篇1
高频通道作为220kV及以上线路主保护通道, 其运行状况好坏, 直接影响主保护功能的实现。有资料表明, 因高频通道故障导致主保护退出, 占60%～70%。保证高频通道稳定运行, 同时故障时能快速处理, 尽量减少主保护退出时间, 对电网的安全稳定可靠运行有重大作用。
目前高频通道主要采用相地制耦合通道, 即利用输电线路的同一相两端高频耦合和分离设备, 将高平收发信机接在导线和大地之间, 利用输电线路的一相 (又称加工相) 和大地构成高频通道。在该输电线路上, 既传输工频电流, 同时还输送高频信号。该中接线方式的优点是简单经济, 因此在我国国内得到了广泛的应用。
1 高频通道组成
高频通道的原理接线图如下。各部分的功能简述如下:
1) 保护装置:判断线路故障为区内还是区外故障, 控制收发信机发信。
2) 高频收发信机:发送和接收高频信号, 其发送高频信号通过保护装置控制。
3) 高频电缆:连接户内高频收发信机和户外结合滤波器。
4) 结合滤波器:与耦合电容组成带通滤波器, 同时起到一个阻抗匹配作用, 以减少功率衰耗, 使高频收发信机的收信功率达到最大, 同时使得高频收发信机与高压线路起到电气隔离的作用, 以保证高频收发信机和人身安全。
5) 保护间隙:高频通道辅助设备, 使高频收发信机和户外结合滤波器、高频电缆免受过电压侵袭。
6) 接地刀闸:高频通道辅助设备, 检修高频收发信机和结合滤波器时, 将其接地, 以保证人身安全。
7) 耦合电容器:电容量很小, 对工频电流具有较大的阻抗, 但对高频信号阻抗较小, 即通高频、阻工频。
8) 阻波器:由电感线圈、可调电容、电阻组成的并联谐振电路, 当谐振频率选用载波频率时, 其对高频信号的阻抗很大, 本线路的高频信号难以流入其他相邻线路。对工频信号, 其阻抗很小。即通工频, 阻高频, 与结合滤波器和耦合电容其组成的带通滤波器功能相反。
9) 输电线路:与其他设备一起构成高频通道, 传输高频信号。
2 典型高频通道参数
高频通道故障处理, 掌握一组典型的高频通道参数作为参考, 可方便查找故障。阻波器阻抗, f=50Hz, Z=0.4Ω, f=载波频率z>1000Ω。对于结合滤波器, 变换器变比为2∶1 (线路侧:电缆侧) , 在满足阻抗匹配时, 参考如下数据:当线路侧输入阻抗Zc=400Ω, 电缆侧输出阻抗Zc=100Ω。当线路侧输入阻抗Zc=300Ω, 电缆侧输出阻抗Zc=75Ω。高频通道典型各点电平运行参数如下 (以本侧发信, 对侧收信) :
本侧发信机输出电平 (A点) (10W) :31dB。
本侧结合滤波器电缆侧电平 (B点) :30dB。
本侧结合滤波器线路侧电平 (C点) :36dB。
对侧结合滤波器线路侧电平 (D点) :26dB。
对侧结合滤波器电缆侧电平 (E点) :20.2dB。
对侧收发信机收信电平 (F点) :19dB。
当线路对侧发信, 本侧收信, 其各点电平与上述对称, 若实际数据与上述出入较大, 主要是线路长度的问题。
此外, 很多文献对于dB与dBm混淆, dB表示电压电平, dBm功率电平。下面三式即为功率电平和电压电平计算式子, 本文只给出计算式子, 具体推导见文献[1]。
3 高频通道故障检查
本文以LFX-912, 电缆侧特性阻抗75, 线路侧特性阻抗300为例说明高频通道各元件测试方法。
3.1 收发信机测试
将收发信机置于负载位置, 断开其与外界通道联系。短接端子12和10, 启动发信, 在面板上负载和公共端子用电平表高阻、不平衡方式测量发信电平。该发信电平值应加上内部所投的衰耗值20dB, 即为实际的发信电平。若收发信机发信电平为10W, 则负载端所测发信电平为11dB。若该电平值与正常值比较, 相差较大, 则收发信机功率放大或电源插件有问题。
3.2 高频电缆测试
将高频电缆的两端 (A、B) 断开, 摇测高频电缆芯与屏蔽层绝缘电阻, 应大于100M, 该测试结果表明电缆芯与屏蔽层绝缘良好。将B点电缆芯接地, 在A点测量电缆芯与地的电阻, 若电阻只有几欧, 说明电缆芯没有开路。可以采用同样的方法测量高频电缆屏蔽层。最后综合测量, 将B段屏蔽层与电缆芯短接, 在A端测量电缆芯与屏蔽层的电阻, 该电阻值应大于前面单独测量电缆芯和屏蔽层的电阻值, 阻止仍然很小, 若阻止达到几百欧或以上, 则高频电缆有损坏, 应更换高频电缆。
3.3 结合滤波器测试
结合滤波器作为高频通道的关键设备, 平时故障率较高, 检查应较为仔细。对采用回拨衰耗桥测试, 见文献[2], 需较多电阻, 现实条件难以满足, 对于测量结合滤波器工作衰耗的方法, 见文献[7]。本文介绍的方法如下:带通道测试, 本侧收发信机发信时, 测量B、C两点电平。由于结合滤波器两侧的特性阻抗已知, 若结合滤波器正常, 两侧功率相等, 满足下式:
其中、LC、LB为C、B电压电平, bt为结合滤波器工作衰耗, 一般去0.5～1.3dB。上式化简得:
当结果满足该式, 可判断结合滤波器没有问题。不满足时, 若电缆侧正常, 可将结合滤波器线路侧拆掉, 采用模拟耦合电容器和无感电阻做上述试验, 验证上式, 可判断结合滤波器的好坏。
3.4 高频阻波器测试
文献[8]提出在线路允许短时停电时, 可以采用拉合接地刀闸的方法, 测试阻波器的好坏。在线路不允许停电时, 我们可以采用测量输入阻抗, 分辨阻波器的好坏。在高频电缆和结合滤波器之间串联一个很小的无感电阻 (r=5欧) , 具体接线见图2。其中2可以采用短接收发信机的10、12端子, 启动长期发信, 也可以采用数字振荡器输出。可用电平表测量该电阻两端的电平值, 根据下式计算线路侧输入阻抗:
文献[3]中, 将r接于结合滤波器二次侧的做法, 相比本文上述方法, 在原理上两者均能有效的测出线路侧的输入阻抗, 但其值含义不同, 文献[1]提出的方法测量的是从结合滤波器二次侧向线路方向的输入阻抗, 其值应为75欧, 但本文所提方法, 则是测量结合滤波器一次侧向线路方向输入阻抗, 其值应为300欧。同时本文所提方法, 在电平值很小时测量值上更加准确, 更有利于准确的测量线路侧输入阻抗, 有效的分析出阻波器故障。原因在于, 结合滤波器一次侧的电平值一般高于二次侧, 在电平表的测量范围内, 电平值越高, 测量更加准确, 同时对于整个电路来说, 将r接于一次侧更能减小整个回路阻抗, 能更有效的达到阻抗匹配, 测量的误差也相对较小。使用该测量方法时, 因结合滤波器一次侧接线测量, 为保证人身安全, 接线前, 应将接地刀闸合上, 测量时断开。
3.5 高频通道典型故障分析
“3dB告警”处理:阻波器损坏, 导致结合滤波器两侧的阻抗不能匹配, 耦合电容器电容值发生变化、高频电缆故障、发信机发信电平过低及天气因素的影响。在确认各部分元件单独测量均没问题时, 可测量在结合滤波器两侧分别测量其输入阻抗, 比较两侧阻抗是否匹配。具体处理方法见文献[1]。
两侧收信侧无法收信:这表明高频通道出现了开路, 极有可能是高频通道中的某个部件损坏, 可通过测量A、B、C、D、E、F各点电平确定, 对于该类型故障, 本文将结合故障实例在后续章节重点介绍。
4 两起高频通道故障及其处理
4.1 高频通道故障处理案例1
2008年5月23日, 荷城站220kV砚荷乙线A相通道交换时, 无法收到对侧高频信息, 同时对侧也无法收到本侧高频信号, 报省中调申请退出该相主保护。初步判断高频通道出现了断路, 两侧继保人员赶到变电站, 首先检查收发信机是否正常, 两侧的均置负载位置, 短接两侧收发信机后启动发信端子, 本侧发信电平31.5dB, 对侧发信电平30.5dB, 观察收信插件电平显示均正确, 可以肯定两侧收发信机均无故障。然后测量开关场地高频电缆带通道和不带通道时 (断开其与结合滤波器连接) 电平值。带通道时, 本侧30.7dB, 对侧29.8dB, 不带通道时, 本侧31.2dB, 对侧30.1dB。由此可得两侧高频电缆均无问题。下一步, 检测两侧结合滤波器, 此时须测量结合滤波器两侧的电平值。仍然采用带通道和不带通道测量, 本侧, 带通道测量时, 二次侧30.7dB, 一次侧0dB。不带通道测量时, 二次侧31.2dB, 一次侧0dB。根据该数据初步怀疑本侧结合滤波器有问题。为了进一步确认, 采用对侧发信, 带通道测量, 对侧结合滤波器二次侧29.8dB, 一次侧35.6dB, 本侧结合滤波器一次侧24.5dB, 二次侧0dB。本侧结合滤波器有问题。将结合滤波器拆下, 利用模拟电容和无感电阻模拟高频通道测量结合滤波器工作衰耗, 发现其一次侧不能感应二次侧电平值, 二次侧也不能感应一次侧电平值。更换结合滤波器, 更换前测量其工作衰耗0.9dB, 符合要求。更换结合滤波器后, 通道恢复正常, 测量值如下:本侧发信:A点31.1dB, B点29.9dB, C点34.6dB, D点25.4dB, E点20.2, F点18.5dB。对侧发信:F点30.7dB, E点29.2dB, D点33.8dB, C点23.5dB, B点19.2dB, A点18dB。
4.2 高频通道故障处理案例2
2009年6月17日荷城站砚荷乙线B相通道故障, 故障现象如下:按通道试验按钮, 收信指示灯无显示, 对侧通道测试, 偶然有一次收发信均能正常。后来再试, 两侧均不能收到信。查看现场, 按通道交换按钮, 用数字电平表测量发信电平, 无显示, 短接启动发信节点, 数字电平表仍然无显示。因该线路处于热备用状态, A屏通道测试, 数字电平表仍然无显示, 判断数字电平表测量有误。因只是测量通道的通断, 改用万用表频率档测量。两侧收发信机均置负载位置, 进行收发信机测试, 发信正常, 收信也正常, 判断收发信机无问题。本侧通道测试, 并测量本侧结合滤波器两侧频率值如下:
因之前有过结合滤波器故障, 导致两侧均未收到信息, 怀疑其中一侧结合滤波器损坏, 或者是结合滤波器中的避雷器损坏。本侧将避雷器拆下, 单独对其测量电阻, 阻抗有5M以上, 说明避雷器是好的。将本侧结合滤波器一次侧与耦合电容器的接线拆除, 通过收发信机发信, 测量结合滤波器二次侧的电量频率, 均可以测到82kHz频率且与A屏的电压数值相差不是很大。由此可判断本侧结合滤波器是好的, 可能对侧的结合滤波器坏了。但此时对侧通道测试, 对侧结合滤波器一次和二次侧的的电平分别是36dB和31dB, 本侧结合滤波器外上端测量得到50Hz工频 (线路泄露电流) , 结合滤波器里一次侧和二次侧均无频率显示, 可以判断对侧结合滤波器也是好的, 且故障应该在本侧。为进一步确认结合滤波器两端阻抗匹配程度, 将本侧的结合滤波器与耦合电容器的连线拆除, 利用南网高频通道测试盒, 测试本侧收发信机和结合滤波器一二次侧阻抗匹配情况。将结合滤波器的一次接线与5000pf、300欧电阻串接, 5000pf电容模拟耦合电容器, 300模拟线路匹配阻抗, 具体接线图可参考结合滤波器工作衰耗测试接线。利用收发信机常发信, 测量电容和电阻的电平频率, 结果发现与A屏的数据结果一样, 可以肯定结合滤波器两端阻抗匹配是没有问题, 故障可能处在一次阻波器和耦合电容器上。但因阻波器损坏, 只是影响电平值变小, 分流衰耗过大, 但通道还是通的。怀疑因最近雷雨较多耦合电容器可能被击穿, 从而使得本侧线路直接接地, 但是线路电压仍然正常, 由此可见耦合电容器未击穿。一筹莫展时, 突然发现耦合电容器引下线 (到结合滤波器) 与耦合电容器支柱离得很近, 后发现时是贴着边缘金属。用钳子将引下线往外扯, 有电流的响声。怀疑是引下线与金属边缘有接触导致接地。虽然原来有油漆, 但是因最近雷击较多, 在不断地放电, 将引下线金属边缘的的空气电离, 并将油漆烧坏啊, 从而导致了接地。将引下线与边缘金属之间用绝缘胶布包好, 并向外扯, 以保证两者绝缘良好。再进行通道交换, 在A、B、C点均能82kHz电平, 且收发信机显示的收发信电平也恢复正常。
从本次的故障处理中, 对于断路型高频通道故障, 可以采用万用表查找故障, 且在高频通道各原件均正常时, 出现断路故障, 很有可能是某个部分有接地、接触不良导致的。
5 结论
220kV线路主保护运行与高频通道息息相关, 必须引起足够的重视。本文重点讲述高频通道中重要元件故障查找, 其中对结合滤波器和阻波器故障判断, 本文分别介绍了两种新方法。最好通过两个高频通道故障处理的例子, 说明高频通道故障处理的一些基本的方法和步骤。
摘要：本文首先介绍了高频通道构成及各部分元件的功能, 并给出了高频通道的匹配阻抗值和高频通道各测量点的一组典型运行值。然后对高频通道中一些易出问题的元件测试方法进行了介绍, 重点讲解了本文所提的检测结合滤波器和阻波器的方法。最后本文通过两个高频通道故障处理案例, 进一步讲述了高频通道故障处理的一些基本步骤和基本方法。
关键词：高频通道,结合滤波器,阻波器,收发信机
参考文献
[1]何永波, 朱志甫, 李向上等.高频通道组成及通道故障的常见处理分析[J].重庆科技学院学报, 2007.
[2]南京南瑞继保有限公司.LFX-912继电保护专用收发信机说明书[M].南京.2004.
[3]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京:中国电力出版社, 2006.
[4]王博.浅谈阻波器、结合滤波器测试[J].宁夏电力, 2006.
高频通道 篇2
电力线载波自上世纪40 年代在中国开始应用, 经过70 多年的发展,技术已经非常成熟。虽然近十几年来电力通信方式以光纤通信为主,但载波通信方式作为应急通信在国内电力系统仍有大量应用。 高频载波通道涉及一次及二次设备,其特性对载波设备运行有极大影响,此前未有文献系统地探讨高频通道阻抗特性,在此就载波通道的一些特性展开分析,以期为电力线载波高频通道的投运、维护提供理论依据。
1 高频通道阻抗探讨
载波设备标称阻抗有75 Ω、150 Ω 2 种,国内实际使用的阻抗为75 Ω。载波设备通过高频电缆、 结合滤波器、耦合电容器、阻波器等结合加工设备及电力导线构成的高频通道传输高频信号,高频通道阻抗必然受到上述结合加工设备及电力导线阻抗的影响。在载波设备接入高频通道后,载波侧输入和输出的实际阻抗往往会与标称的75 Ω 有偏差,以下讨论载波侧阻抗允许的偏差范围。
假设某载波设备接入75 Ω 匹配阻抗时载波侧的电压为U1,阻抗为R1,功率为P1;接入高频通道后,载波侧的电压为U2,阻抗为R2,功率为P2。由于载波设备在2 种阻抗下载波侧输出的绝对功率电平相等,因此:
由式(1)可以进一步推导,式(2)~ 式(6)为推导过程,推导结果见式(7)。
由式(7)可知,在测量载波设备接入75 Ω 匹配阻抗和连接高频通道2 种状态下载波侧的电压电平后,可以计算出载波设备连接高频通道时载波侧的实际阻抗。
根据国际电工委员会IEC495 号文件推荐标准(IEC-1974 a)规定,载波设备输出端的反射系数要求为 ρ ≤ 31.6%,反射系数计算如下:
其中,ZN为信号源内阻,ZF为负载阻抗。国内实际使用阻抗为75 Ω,ZN取值75。根据式(8)可得,39 Ω
在得到高频通道阻抗允许范围后,可以计算出载波设备在连接高频通道后允许的电平差值,将阻抗39 Ω 和144 Ω 分别代入式(7),可得在载波设备接入75 Ω 匹配阻抗和连接高频通道2 种状态下载波侧的电压电平最大允许差值为2.8 dB。但此时计算结果并未考虑由阻抗不匹配而引起的信号源内部回波损失,例如阻抗为144 Ω 时,信号源内部已造成约0.5 dB的回波损失,因此2 种状态下实际测量的电压电平差值应控制在2.3 dB以内,即载波设备分别在接入75 Ω 匹配阻抗和连接高频通道2 种状态下,载波侧测量的电压电平差值应不大于2.3 dB。
上述指标也同样适用高频收发信机。在文献[4] 中,给出了进行高频通道传输总衰耗和输入阻抗测试的方法:该项测试在两侧分别轮流进行,即一侧向线路发送高频信号,另一侧接收,接收侧将高频电缆接100 Ω 负载电阻(将收发信机输出与电缆相接处连片断开),每侧所测试的传输衰耗都不允许超过27 dB,且两侧的测试结果应基本相同,最大差值不应大于3 dB。但这种说法并不完全准确,原因分析如下。
首先在连接负载电阻的取值上,因收发信机与高频通道连接处的阻抗国内现行均改为75 Ω,因此应以75 Ω 阻抗测得的电压电平为基准电平。在测试中,实际阻抗大于75 Ω 侧的测量值会大于基准电平;实际阻抗小于75 Ω 侧的测量值则会小于基准电平。假设某线路两侧收发信机实际阻抗均大于75 Ω,其中一侧测得电压电平时比基准电平+2 dB, 而另一侧测得的电压电平在基准电平+4.5 dB。此时虽然两侧的最大差值为2.5 dB,不大于3 dB,但另一侧的电压电平比基准电平高4.5 dB,该侧阻抗已经超出正常范围。因此建议将两侧测得的电压电平(即收发信机本机在连接通道情况下测得的电平)都与基准电平(即收发信机本机在连接负载情况下测得的电平)作比较,这样能够更准确地判断实际电平偏差,从而反映阻抗的偏差。
回波损耗AH也是衡量高频通道匹配情况的指标,回波损耗是指某频率点在载波侧的实际阻抗与其标称阻抗间的失配程度,回波损耗是2 个阻抗之间差异的度量,等于反射系数倒数的绝对值,可以表示如下:
根据IEC495号文件,载波机输出端的标准为:
因此在IEC495 及GB/T 7255 中规定回波损耗不小于10 dB。由此可知,当测量载波设备接入75 Ω 匹配阻抗和连接高频通道两种状态下载波侧的电压电平后,差值不大于2.3 dB,则阻抗满足要求,即反射系数满足要求,回波损耗则同样满足要求。
2 高频通道阻抗失配的危害
1)高频通道阻抗适配后,载波设备发送的功率有一部分被反射回来,不能全部送上高频通道,造成功率浪费。
2)反射回来的高频信号会造成载波设备功率放大器产生谐波和乱真发射,干扰其他正常运行的设备和本机的收信回路。
3)反射回来的高频信号还会造成载波设备功放的信号失真和过载,有可能会造成载波设备功放的自激,甚至损坏。
4)有可能造成高频保护误动或拒动,后果相当严重。
因此在投运、维护时,需对高频通道阻抗做重点测试,若出现阻抗失配严重的情况,需立刻改善。
3 高频通道阻抗改善方法
输电线路距离在30 km以下(或通道衰减约小于14 dB)的短线路使用相相耦合方式时,由于通道距离较短,常出现阻抗失配的情况,虽通道距离较短,但测试数据通道衰耗很大。对此,提出以下解决方案。
1)如果是通道衰耗过大,可能因同侧2 台相地耦合设备高频信号相位不一致造成的,此时将其中一台相地结合滤波器至平衡变量器的高频电缆的一端芯线和屏蔽层互换反接,具体原理可参考文献[5]。
2)如果通道阻抗失配严重,可改变结合滤波器阻抗匹配抽头,使通道匹配。
3)如果通道阻抗无法通过改变结合滤波器抽头改善,则可增加75 Ω 阻抗的衰耗器,改善阻抗匹配程度,提高回波损耗。3 dB衰耗器可增加回波损耗6 dB,5.5 dB衰耗器可增加回波损耗11 dB。
4)如果上述方法无效,应急的解决办法可采用降低载波设备的发信功率,此方法不建议使用。计算方法如下:
式中,Ared为降低输出功率的量,Armin为工作频带范围内通道最小的回波损耗值,功率降低后仍需满足输出包络功率大于20 W的最低要求。
在实际操作中,上述改善通道阻抗的方法可综合使用,但第一种方法仅适用于短线路情况。
4 结语
高频通道 篇3
高频保护(又称电力线载波纵联保护)是利用高频通道将输电线两端的保护装置纵向连接起来,将两端的电气量传送到对端,并加以比较,以判断故障是否在本线路保护范围之内,从而决定是否切除被保护线路。由于高频通道实现简单,投资经济,因此在线路保护中应用广泛。高频通道能否正确传输高频信号,决定了高频保护能否正确动作。据统计,90%高频保护故障是由高频通道故障造成。因此,认真分析引起高频通道故障的原因,采取针对性的诊断方法和防范措施,对保证高频保护的正确动作有十分重要意义。
1 高频通道的构成
高频通道由高压输电线及其加工设备(阻波器、耦合电容器、结合滤波器及高频收发信机等)组成,通常有“相一相”结合和“相一地”结合两种。图1是“相一地”结合的高频通道结构图。
2 引起高频通道异常的常见原因
引起高频通道异常的常见原因可分为两大类。
(1)高频通道的物理连接开路或短路:①高频电缆的开路、短路;②耦合电容器与结合滤波器之间连线的开路。
(2)高频通道衰耗的增大:①阻波器的损坏导致高频通道告警;②结合滤波器的老化或损坏,导致高频通道告警;③耦合电容器与结合滤波器之间的连线绝缘损坏,使高频信号传输接地,造成高频通道告警;④输电线路与耦合电容器之间的连线接触不良,使高频信号衰耗过大,造成高频通道告警。
3 高频通道异常的查找方法
高频通道异常多表现为通道衰耗的增大,因此,检查高频通道时可用定量分析法,先从整体上判断出哪些元件导致高频通道衰耗增大,再进一步测量元件的性能,从而消除故障。高频通道的衰耗主要受以下因素的影响。
(1)输电线路的衰耗Bx。
式中,K为线路类型系数,220kV线路取0.75×10-3;f为收发信机所用频率;l为输电线路长度;b为始端和终端的衰耗,取0.15。
(2)结合滤波器的工作衰耗B1。根据结合滤波器铭牌上的技术参数可查知,B1≤1.3dB。
(3)阻波器的分流衰耗Bz。要求Bz≤1.5dB。
(4)高频电缆的衰耗Bn。
式中,βn为高频电缆每千米的衰耗,500～200kHz时,βn≤3.3dB/km,200～40kHz时,βn≤4.5dB/km;ln为线路两端高频电缆的长度,km。
所以,整个高频通道的理论衰耗值为:
以上计算均是理论最大值,具体衰耗可由实验测出,但不应大于此值。若测得通道衰耗大于此值,则必须检查通道元件,找出具体原因。
3.1 高压线路不停电时的检查方法
高压线路不停电时,通道元件的检查方法如下:
(1)收发信机的检查。不带通道时,把收发信机的出口连接为“本机-负载”,测量点为收发信机面板上的“负载-公共”接点,即图2中的A点,用选频电平表测得的发信电平应与收发信机的技术参数相同。带通道时,测量点为收发信机面板上的“通道-公共”接点,分别测得收信电平和发信电平,从而判断通道衰耗的大小。
(2)高频电缆的检查。分别测出图2中A、B两点的收信或发信电平,然后加以比较,若差值大于高频电缆的衰耗计算值Bn,则应对高频电缆进行测试。短路、开路是高频电缆常见的故障,通过测量其特性阻抗、直流环阻及绝缘,就可以找出故障。目前,常用高频电缆的特性阻抗值为75Ω或100Ω。测量高频电缆的绝缘时,应分别测量“芯-地”、“芯-屏蔽层”、“屏蔽层-地”的绝缘。若测得值不符合规定,应认真检查高频电缆是否有破坏。
(3)结合滤波器的检查。在高频通道中,电力架空线路和高频电缆的波阻抗是通过结合滤波器实现匹配连接。在结合滤波器的一、二次侧测得的电压电平分别为P1、P2,如图3所示。若模拟负载R=400Ω,高频电缆特性阻抗为75Ω,则有:
使收发信机发信,若测得结合滤波器一次侧与二次侧的收发信电平相差大于6dB,就应单独拆开结合滤波器,按结合滤波器的厂家技术要求,做各项指标实验。
(4)耦合电容器的检查。用钳表在耦合电容器与结合滤波器的连线上测出电流值I,根据C=I/Uω计算出电容值C。若测得值与铭牌值不符,则应对耦合电容器做实验。
若以上四项全部检查合格(两侧),则可检查线路阻波器是否失谐,这时只能申请停电。
3.2 高压线路停电时的检查方法
高压线路停电时,通道元件的检查方法如下:
(1)耦合电容器的检查。耦合电容器检查的主要测试项目有电容值C、介质损耗tanδ和绝缘值。另外还应检查耦合电容器与结合滤波器之间连线的绝缘情况,若绝缘老化,与外壳失去绝缘,则高频信号传输中接地。
(2)线路阻波器的检查。由于线路阻波器装设在高压线路上,拆装比较困难,而且不停电时的近端跨越衰耗法也不适用于同一母线带多条线路的情况,因此可以采用轮流跳开关及拉合线路地刀的方法,判断哪一侧的线路阻波器出故障。地刀在不同位置时,若收信电平没有明显变化,则说明两侧的阻波器本身没有问题;若收信电平变化较大(大于2dB),则应吊检线路阻波器。
4 结束语
高频通道检查中只要认真测好每一元件点的数据,找到功率衰耗异常的环节,就能找到故障元件。此外,建议新建线路投运前,做好高频通道的各项实验记录,以备与高频通道出现异常时的数据做比较,这样能更快地查出问题。
参考文献
高频通道 篇4
目前, 220k V及以上电压等级的线路多采用微机高频保护, 但因继电保护高频通道加工设备较多, 致使其故障几率加大, 而光纤通道具有中间加工设备少、可靠性高、抗干扰能力强等优点。
光纤纵差和高频保护都属于纵联保护的范畴, 原理都是利用线路两端在区内故障和区外故障时流经的电流相位 (方向) 来实现全线的100%选择进行跳闸。原理其实是一样的, 只是通信方式不一样, 传播的介质不同, 一个是利用输电线路的载波构成通道, 一个是利用光纤的高频电缆构成光纤通道。
1. 高频保护和光纤保护的简单介绍
1.1 高频保护
高频保护是220kv及以上高压输电线路的主要保护, 采用一种以输电线路本身作为通道, 按比较线路两端电气量的原理工作的保护装置, 即高频保护装置。
高频保护的工作原理:将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号, 然后, 利用输电线路本身构成高频电流通道, 将此信号送至对端, 以比较两端电流的相位或功率方向的保护装置。
1.2 光纤保护
光纤保护按原理划分主要有光纤电流差动保护和光纤闭锁式、允许式纵联保护两种。
光纤电流差动保护是在电流差动保护的基础上演化而来的, 基本保护原理也是基于克希霍夫基本电流定律, 它能够理想地使保护实现单元化, 原理简单, 不受运行方式变化的影响, 而且由于两侧的保护装置没有电联系, 提高了运行的可靠性。
2. 高频通道和光纤通道的比较
2.1 高频通道
2.1.1 优点
高频载波通道以输电线路本身作为通道, 不需要专门的通信线路及通信通道维护费用, 具有一定的经济优势。通道敷设在高压线路上, 与高压线路一样具有绝缘水平高, 机械强度大、杆塔牢固等优点, 而且在不同的相别上耦合, 另外在线路旁代中运用较为成熟。
2.1.2 不足
首先, 通道故障率高;高频通道由输电线路、线路阻波器、耦合电容器、结合滤波器、高频电缆等部分构成, 其中任何一个环节比如接线松动、元件老化、导线锈蚀等问题都可能导致高频通道故障。其次, 线路阻波器维护和检修、调谐元件的检查和更换工作都需要将线路停运。而且目前很难实现高频通道的实时监测。第三, 抗干扰性能差。绝缘子放电, 开关设备操作、雨雪雾天都会在高频通道上产生噪声干扰。由于输电线路是高压通道的一部分, 所以高压系统的断路器操作、短路故障、遭受雷击、靠近高压线路受其工频电磁场的作用、局部放电产生的高频率的电磁辐射等引起的电压, 可能对高频收发信机产生干扰, 导致高频保护误动作。
2.2 光纤通道
2.2.1 优点
传输安全, 传输时不会产生电磁脉冲、辐射;抑制噪声, 光纤是绝缘体, 不怕超高压与雷电电磁干扰, 传输可靠性高;传输效率高, 光纤通道误码率低、容量大、传输速度快、频带宽和衰耗低等优点, 加大了保护动作的可靠性和正确性;光纤体积小、重量轻, 若采用光纤保护则更为经济, 维护费用低而且还具有可靠性高、灵敏度高、动作快, 能适应电力系统震荡和非全相运行的优点。
2.2.2 不足
2.2.2. 1 施工工艺。
由于光缆传输需要经过转接端子箱、光缆机、电缆层和高压线路等连接环节并且光纤的施工工艺复杂、施工质量要求高, 因此如果在保护装置投入运行前的施工、测试中存在误差, 则会导致保护装置的误动作, 进而影响全网的安全稳定运行。需注意:第一, 断点的熔接质量不高, 往往使断点附近的光纤纤芯受到应力的作用, 导致光纤的衰耗指标不稳定, 影响光纤保护的正常运行。第二, 光纤活接头积灰造成通道衰耗增加, 进而引起保护装置通道告警, 造成光纤保护退出运行。
2.2.2. 2 通道双重化。
光纤保护用于220kv及以上电网时, 按照220kv及以上线路主保护双重化原则的要求, 纵联保护的信号通道也要求双重化。对于普通光缆和ADSS光缆, 由于其可靠性较差, 同一光缆内的光芯不同不能视为通道双重化, 只能通过光缆的双重化达到通道双重化的要求。对于OPGW光缆, 由于其具有较高的可靠性, 在目前光纤网络未能形成环网的现状下, 同一光缆纤芯不同可视为通道双重化;当形成了光纤网络环网后, OPGW光缆也应实现两条路由的双重化, 能在一条光缆损坏后通过另一路正常运行。随着波分复用技术的逐步应用和光纤容量的大幅增加, 光纤保护将来还要实现在同一根光缆里的多重化、在传输波长上的多重化以及在传输路由上的多重化, 从而最大限度地提高光纤保护运行的可靠性。
3. 结论
在2008年初的冻灾中, 由于高频通道阻塞区外穿越性故障引起高频保护误动作, 而部分地区的光纤保护也由于架空地线复合光缆结冰下坠, 导致相间短路故障, 保护动作。所以, 在相当长的一段时期内, 高频保护和光纤保护将会共存, 随着光纤网络的逐步完善、施工工艺和保护产品技术的不断提高, 光纤保护将会占据线路保护的主导地位。
参考文献
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高频通道 篇5
关键词：继电保护,高频保护,通道运行指标
我国电力行业的快速发展, 带动了发电企业的迅猛成长, 同时发电机组的单机容量也不断的提升, 而想要确保电力系统的有效运行, 就要确保发电厂的正常工作及发电、输电相关设备的有效工作, 特别是对主设备的保护。在发电厂内部通常都会设有与电力系统相连接的升压站, 对这一工作站中的线路、母线等进行保护, 以及对电网配置、运行及检修维护都十分的重要。我国经过多年的实践以及研究, 积累了部分电厂设备保护工作经验及知识, 应将这些内容全面的应用到电厂继电保护中去, 并详细的分析通道运行指标, 从而有效的提高电厂继电高频保护效率, 保证电厂相关设备的正常运行, 从面提高电厂的工作效率及质量。
1 高频保护通道运行指标分析
在进行电厂继电高频保护时, 由于各个单位的工作经验及操作人员的不同, 使得高频保护通道中的一些运行指标存在诸多的不同之处, 但虽然存在一些差异, 其作用却是相同的, 这些指标都直接的影响着高频保护工作的正确性及有效性。此外, 高频通道这些运行指标主要针对于高频保护专用通道。现对电平进行定义, 以方便后面的分析工作。
收信机灵敏起动电平bo单位为d B (分贝) ;
收信最小裕度电平b1单位为d B (分贝) ;
收信电平b2单位为d B (分贝) ;
干扰电平b3单位为d B (分贝) ;
抗干扰余量电平b4单位为d B (分贝) 。
2 收信灵敏起动电平
通常情况下的要确定收信机起动电平bo时可遵循两个原则, 即不能以工作频率下存在同频率的干扰, 进而发生误动, 和确保有足够的收信裕度从而保证收信机的正常工作。
按照前述定义的符号, 可以用下式表示它们之间的关系, 即:
bo除满足上述关系之外, 还应保证收信机可靠动作, 而不是刚起动时的电平数。应理解为bo应大于同频率的干扰电平b3, b3的数值确定一直是沿用原苏联采用的220k V的分布干扰电平, 即为-21.71d B, 而b4则为考虑在恶劣天气 (雾、雨、雪) , 干扰电平会增加+17.36d B, 电弧产生的干扰要比通常的分布干扰大+8.68d B, 上述数据均是考虑通频带为5k Hz结果, 实际上通频带会小些, 通常为1.3k Hz, 则b4为 (17.36+8.68) =26.04d B。即bo应满足bo≥b3+b4=-21.71+26.04=+4.33d B。这就是多年来全国大多电网所推荐的bo=4.33d B, 也就是原来所使用的0.5NP。选择合适的收信机灵敏起动电平bo, 可以有效的保证收信机稳定的开展工作, 因此在实际的应用中, 要结合工作现场的实际情况, 在收信裕度得到足够满足的情况下, 收信机灵敏起动电平bo为4-10d B比较合适, 且能够达到提高抗外部干扰能力, 并具有较好的工作运行可靠性。
3 收信裕度及通道异常告警
当对侧发信机功率一旦确定, 则收信裕度与通道传输衰耗直接相关, “反措”规定当通道传输衰耗较投运时增加超过规定值 (3.0d B) 时, 应立即给主管调度报告通道有异常。这个规定是与平常检测的收信电平相比较而言, 3.0d B这个数值, 是代表此时若收信电平减少3.0d B, 则认为通道传输衰耗增加3.0d B (发信电平不变条件下) 。“反措”还规定, 如运行中发现通道裕量不足5.68d B时, 应立即停用两侧保护。在贯彻执行“反措”方面, 需要根据现场实际情况而有所不同, 如对于收信裕度和通道异常告警值, 可以取b1= (12-15) d B, 通道异常告警取4d B。理由如下:取4d B作为通道异常告警, 主要考虑到如按原先的3d B告警设置, 那么存在测试误差的话, 实际可能只有2d B, 有时会造成通道频繁告警, 不利于运行分析。故可以取4d B, 现场有些单位调试中取4-5d B。过大的不利原因主要是收信阻塞造成信号中断, 在系统中出现由此异常的高频保护不正确动作情况。取12d B下限主要考虑到在12d B的收信裕度的前提下, 在发生通道告警的临界点 (按5d B告警考虑) , 还有7d B裕度, 符合通道大于5.68d B裕度。
4 收发信机输入阻抗及通道阻抗确定
高频通道各单位元间存在着一定的制造误差, 输电线路架设过程中也具有很大的随机性, 在这样的前提下, 想要实现阻抗的完全匹配十分的困难, 只有通过一定的措施, 使得阻抗匹配最大限度的相互接近, 对收发信机输入阻抗和通道阻抗给出规定范围就是一种有效的措施。如未采取措施, 那么一旦阻抗失配, 就会发生反射, 且反射的程度会随着失配的逐渐严重而增强, 这样的较强反射会造成信号波形失真, 严重时还会影响发信机功放极工作点的正常工作, 进而造成信号功率失控制振荡, 极不稳定, 同时形成反射衰耗, 使通道衰耗增大。因此要按照相关规定及标准操作, 使阻抗最大限度的接近匹配。由于不同收发信机的发信内阻存在着很大的不同, 因此要保证各发信机的输出阻抗要保护在一定的范围内。此外, 通道的可靠性及稳定性主要原于收发信机的质量以及相应的高频通道, 故应管理好相应的高频通道及设备等。
结束语
综上所述, 本文中对电厂继电高频保护工作进行了详细的分析及探讨, 从中可以得出, 要不断的提高对高频通道的检测技术水平, 并严格遵守《高频通道联调方案》来执行相关保护工作。此外, 还要从技术层面上总结出高频保护的相关措施及方法, 并对这些方法进行验证, 确认无误后要广泛的应用于电厂的继电保护中去。同时, 想要确保以上工作的顺利实施, 需要专业的技术队伍进行操作, 这就要加强对继电保护工作人员的技术培训及指导, 定期的组织相关人员进行专业知识学习, 并聘请高水平的继电保护讲师进行专业技术的讲授等。相信通过有关部门对继电保护工作的重视, 以及所有从业人员的共同努力, 我国的电厂继电保护工作一定会迈上新的台阶。
参考文献
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高频通道 篇6
在已投运的枢纽变电站中, 220kV系统带旁路断路器及旁路母线的接线方式是很常见的, 这种接线方式存在以下优点: (1) 供电可靠, 调度灵活, 便于试验; (2) 其中一条出线断路器故障时, 用旁路断路器带路可保证出线不停电。
同时, 带旁路断路器及旁路母线的接线也存在以下缺点: (1) 配电装置结构比较复杂, 经济性较差; (2) 接线及操作都比较复杂, 倒闸操作时容易发生误操作。对于第 (2) 点, 变电站值班运行人员应特别注意:不仅一次倒闸操作要正确, 而且也要保证二次切换的正确性, 否则同样会造成事故。本文选择N变电站220kV旁路代线路断路器运行时高频通道切换不正确引起的事故进行分析。
1 事故涉及线路
事故涉及线路如图1所示。
2 事故经过及保护动作信息
2.1 事故经过
某日, N变电站进行220k V旁路241断路器代XN线211断路器的操作 (XN线在操作前为检修状态) 。22时35分, 省调令合上N变220k V旁路241断路器对XN线充电, 线路充电正常。22时49分当X电厂同期合上211断路器时, N变电站220kV旁路LFP-901B保护装置动作, 241断路器三相跳闸。
继保人员接通知后立即赶到N变电站查找故障原因。检查220k V旁路定值发现确已切换至代XN线保护定值区, 保护定值正确;220kV旁路的双套高频保护中只有LFP-901B动作, CSL-101B未动作出口;当检查XN线至220kV旁路之间的高频通道时, 发现XN线双套保护的高频电缆头号均未由本线切换至旁路端。
从省调处了解到N变电站241断路器跳闸时X电厂211断路器未跳闸。
将220kV旁路双套高频保护退出, 重新切换高频电缆头后, 23时56分接省调调度员命令合上N变电站241断路器, 恢复220k V旁路241断路器代XN线的运行方式。
事故前N变电站220k V旁路双套闭锁式高频保护及X电厂XN线双套闭锁式高频保护均按调度命令正常投入, XN线处于充电空载状态, 220kV系统在X电厂211断路器合闸瞬间有冲击, 天气晴好。
2.2 微机监控主要信号
旁路CSL-101B高频启动;旁路LFP-901B纵联保护方向出口;旁路241断路器跳闸;旁路LFP收发信机异常。
2.3 继电保护屏保护信号
(1) 220kV旁路CSL-101B保护柜
液晶屏:GPQD
(2) 220kV旁路LFP-901B保护柜
LFP-901B:TA、TB、TC灯亮;液晶屏:D++, CJ=0090.2km
2.4 微机打印报告信号
(1) 220kV旁路第一套线路保护柜
CSL-101B保护仅有高频启动信号, 无保护动作信号。
(2) 220kV旁路第二套线路保护柜
LFP-901B保护动作1次, 保护动作信号如表1所示。
3 事故分析
(1) DFR-1200录波器开关量分析
DFR-1200录波器开关量见图2。
DFR-1200录波器录取了此次事故的保护动作量, 图中仅220kV旁路的LFP-901B保护装置有TA、TB、TC, CSL-101B保护无动作。
(2) LFP-901B录波图分析
从图3中可直接看出:此次事故是LFP-901B装置突变量方向元件 (D++) 动作, 动作时间25ms, 241断路器三相跳闸, 重合闸未动作;故障测距点90.2km, 最大故障二次电流0.5A。
波形图中I0有个突变波形, 其峰值约占一格, 根据每格为0.2A的说明, 此时的零序电流峰值约为0.2A, 计算其有效值为。查旁代XN线保护零序启动电流I0qzd为0.1152A, 即接入的零序电流大于整定值, 零序启动元件动作。
(3) 故障后采样值分析
经过对故障前10ms及故障后20ms采样值的分析, 可知在故障 (0ms) 时的零序电流采样值, 3I0由-0.06A突变为-0.17A。
查旁代XN线保护定值, 零序启动电流I0qzd为0.1152A, 而故障时的零序电流为-0.17A, 即接入的零序电流大于整定值, 零序启动元件动作。
零序电流的产生原因:X电厂211断路器合闸时因电厂负荷波动范围较大, 引起三相电流不平衡。
(4) 方向判别
经上述分析, 本次故障的故障点应该在X电厂211断路器处 (见图4) 。
N变电站TA测量的故障点指向线路, 方向为正。
X电厂TA测量的故障点指向母线, 方向为负。 (5) LFP-901B高频保护动作分析
高频保护动作必须满足以下三个条件: (1) 高频保护起动并连续收到信号5-7ms; (2) 高频保护判别故障为正方向并停信; (3) 停信后, 高频保护连续5-8ms收不到高频闭锁信号。
N变电站侧感受的为正方向, 保护应“起动发信”、“停信”, X电厂侧感受的为反方向, 保护应“起动发信”且保持15s闭锁对侧保护, 使两侧高频保护均不出口。
在本次故障情况下, X电厂感受故障为反方向, 因此应发高频闭锁信号, 闭锁N变电站侧高频保护;N变电站侧感受到故障为正方向并停信, 但因高频电缆头切换不到位, 收发信机收不到X电厂发来的高频闭锁信号, 即高频保护动作的三个条件都满足, 保护动作跳闸。
(6) CSL-101B高频保护未动作分析
CSL-101B保护采用相电流差突变量启动及两健全相电流差突变量启动, 虽然高频电缆同样切换不到位, 但无故障启动, 故装置不动作。 (7) 故障性质
从以上分析可知, 此次故障原因为值班人员在进行220k V旁路241断路器代XN线的操作过程中, 切换高频通道不到位, 造成闭锁式高频保护无闭锁信号而引起保护装置误动作出口跳闸。
4 结束语
通过对以上事故分析可知, 对220k V旁路断路器带出线断路器的倒闸操作, 变电站值班运行人员应特别注意以下事项: (1) 不仅要保证对一次设备操作的正确性, 而且也要确保倒闸中二次切换正确, 避免二次误操作引起事故。 (2) 在投入高频主保护之前, 一定要进行高频通道测试, 确保高频回路完好, 防止高频通道异常造成保护误动作。 (3) 在日常巡视工作中, 如果发现高频通道异常, 应立即申请停用与该通道有关的高频保护, 并尽快处理。
参考文献