一起混合線路高頻通道異常處理的分析

魏 煌

（廣東電網有限責任公司梅州供電局，廣東 梅州 514021）

隨著城市化建設與電力系統的日益發展，在電網中大量存在由電力電纜與架空線構成的輸電線路，為了滿足故障快速切除的要求，現階段基本均采用光纖電流差動保護作為線路的主保護，但仍有少部分利用輸電線路傳輸載波信號的高頻保護在系統中運行。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、不連續點的衰減等因素[1]，制約著高頻通道的可靠穩定運行。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線路高頻保護正常運行時頻繁發生3dB告警現象，繼保人員利用選頻表在工作頻率（80kHz）下對線路兩側的高頻通道進行測試，各測試點如圖1所示。

圖1 高頻通道測試點示意圖

分別使M側、N側收發信機強制發信，測試圖1中各點電壓電平，對應的測試數據見表1。

表1 高頻通道各點中電壓電平測量值

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

繼保人員采用在兩側收發信機、高頻電纜、結合濾波器處解開高頻電纜接線，在A、B、C及A′、B′、C′點處分別接入模擬負載的方式，檢查確認收發信機、高頻電纜、結合濾波器均無異常，試驗人員對兩側耦合電容器進行試驗后均未發現問題。因線路無法停電，繼保人員亦無阻波器測試專業儀器，故此項目測試未能開展，不排除阻波器調諧元件損壞導致異常現象發生。

經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、結合濾波器工作于非正常狀態，導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

當一條較短線路為一個不等于它的特性阻抗的負載終接時，由于連接點的能量反射引起線路輸入阻抗發生變化，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]，當架空線路與電力電纜直接相連時，失配比達 16∶1，阻抗失配很嚴重。該連接點產生的失配衰耗可根據式（1）計算：

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將產生約6.5dB的固有衰耗。

2.2 “駐波效應”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端計算正好為架空線路與電力電纜的連接點處，若N側發信信號經λ/2到達連接點，由于阻抗失配，除部分功率傳送到接收端，大部分功率經λ/2反射回N端起始點，導致N端的發信信號在原點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生的“駐波效應”。反射衰耗與失配衰耗共同產生以上分析Δb近12dB。

2.3 阻波器、結合濾波器工作于非正常狀態

查看線路兩側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。兩側收發信機的工作頻率為80kHz，阻波器運行在工作頻率中電阻分量應大于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，導致收發信機的發信功率損失，且工作很不穩定。同時，不排除阻波器調諧元件損壞導致異常現象發生。

線路兩側結合濾波器型號為JL-400-15-B8Z，其線路側阻抗為 400 Ω，對于該線路而言，M 側變電站為電力電纜，其特性阻抗僅為25 Ω，可見結合濾波器的線路側阻抗與電力電纜阻抗極不匹配，從而導致通道衰耗增大。繼保人員在利用模擬負載檢查結合濾波器過程中，未考慮到輸電線路M側為電力電纜連接，導致模擬負載選擇不當，從而未能發現結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構、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收發信機工作頻率[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，遠低于規程要求的12dB，因此需根據架空線與電力電纜直接連接的固有特點，特制相應結合濾波器，可通過精準測試輸入阻抗，選擇適當阻抗值的電纜型結合濾波器及在收發信機的輸入電纜側投入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行達十余年，已超過保護通道改造年限要求，故可結合技術改造項目，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行的可靠性及穩定性。

4 結論

利用高頻通道作為混合線路保護信號的傳輸通道，對日常運行維護提出了很高的要求，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，通過計算選擇合適的高頻通道工作頻率及結合加工設備，并經大量調試，方能保證高頻通道的可靠使用。現階段光纖電流差動保護已廣泛應用，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. 電力線載波通道設備應用指南[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通道的技術分析[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通道的選擇[J]. 江蘇電機工程, 2010, 5(3): 39-41.