一起混合线路高频通道异常处理的分析

魏 煌

（广东电网有限责任公司梅州供电局，广东 梅州 514021）

随着城市化建设与电力系统的日益发展，在电网中大量存在由电力电缆与架空线构成的输电线路，为了满足故障快速切除的要求，现阶段基本均采用光纤电流差动保护作为线路的主保护，但仍有少部分利用输电线路传输载波信号的高频保护在系统中运行。由于电力电缆与架空线的不同长度的组合、高频通道的工作频率、不连续点的衰减等因素[1]，制约着高频通道的可靠稳定运行。本文将介绍一起110kV电力电缆与架空线混合线路高频通道异常的情况，对异常原因进行了查找分析，并提出一些解决措施。

1 情况介绍

某 110kV线路高频保护正常运行时频繁发生3dB告警现象，继保人员利用选频表在工作频率（80kHz）下对线路两侧的高频通道进行测试，各测试点如图1所示。

图1 高频通道测试点示意图

分别使M侧、N侧收发信机强制发信，测试图1中各点电压电平，对应的测试数据见表1。

表1 高频通道各点中电压电平测量值

从表1可以看出，两侧收发信机的收信电平都很低，整个通道衰耗过大，N侧发信电平B′与C′差值Δb为11.44dB，而这两个测试点间仅隔一个结合滤波器（其固有工作衰耗小于2dB），可初步判断为高频通道上存在严重的阻抗失配而引起。

继保人员采用在两侧收发信机、高频电缆、结合滤波器处解开高频电缆接线，在A、B、C及A′、B′、C′点处分别接入模拟负载的方式，检查确认收发信机、高频电缆、结合滤波器均无异常，试验人员对两侧耦合电容器进行试验后均未发现问题。因线路无法停电，继保人员亦无阻波器测试专业仪器，故此项目测试未能开展，不排除阻波器调谐元件损坏导致异常现象发生。

经深入排查分析及咨询专家意见，判断由于架空线与电力电缆混合线路及阻波器、结合滤波器工作于非正常状态，导致高频通道阻抗失配造成收信电平过低。

2 原因分析

2.1 混合线路连接点的失配衰耗

该110kV线路为架空线与电力电缆混合输电线路，架空线长度为 2.072km，电力电缆长度为0.25km，其连接示意图如图2所示。

图2 架空线与电力电缆混合输电线路示意图

当一条较短线路为一个不等于它的特性阻抗的负载终接时，由于连接点的能量反射引起线路输入阻抗发生变化，将引起高频信号衰减。电力电缆单位长度的载波传输衰减要比架空线大得多。架空线的特性阻抗相对地一般为 400 Ω，电力电缆的特性阻抗约为 25Ω[2]，当架空线路与电力电缆直接相连时，失配比达 16∶1，阻抗失配很严重。该连接点产生的失配衰耗可根据式（1）计算：

式中，b为失配衰耗；z0为电力电缆阻抗；z1为架空线阻抗。

因此，该线路的架空线与电力电缆连接点将产生约6.5dB的固有衰耗。

2.2 “驻波效应”引起反射衰耗

电磁波在空气中传播速度v=300000km/s，在电力线路中传播速度v=296000km/s，高频通道的工作频率fp=80kHz，波长λ=v/fp=296000/80=3700m，λ/2=1800m，由上文可知，该线路架空线路长度为2.072km，约为工作频率下的λ/2，从N端计算正好为架空线路与电力电缆的连接点处，若N侧发信信号经λ/2到达连接点，由于阻抗失配，除部分功率传送到接收端，大部分功率经λ/2反射回N端起始点，导致N端的发信信号在原点处反射波与入射波相抵消，由此形成由入射波与反射波相互作用产生的“驻波效应”。反射衰耗与失配衰耗共同产生以上分析Δb近12dB。

2.3 阻波器、结合滤波器工作于非正常状态

查看线路两侧阻波器铭牌型号均为XZK800-1.0/25-B5，其额定电感量为1mH，阻塞频带为 85～500kHz。两侧收发信机的工作频率为80kHz，阻波器运行在工作频率中电阻分量应大于570 Ω，而在80kHz处电阻分量仅为200Ω，造成阻波器分流衰耗大于 2.6dB，导致收发信机的发信功率损失，且工作很不稳定。同时，不排除阻波器调谐元件损坏导致异常现象发生。

线路两侧结合滤波器型号为JL-400-15-B8Z，其线路侧阻抗为 400 Ω，对于该线路而言，M 侧变电站为电力电缆，其特性阻抗仅为25 Ω，可见结合滤波器的线路侧阻抗与电力电缆阻抗极不匹配，从而导致通道衰耗增大。继保人员在利用模拟负载检查结合滤波器过程中，未考虑到输电线路M侧为电力电缆连接，导致模拟负载选择不当，从而未能发现结合滤波器存在的问题。

3 解决措施

1）由于架空线与电力电缆的结构、尺寸及长度无法改变，为降低上文提到的反射衰耗，最好的方法是更换该线路两侧收发信机工作频率[3]，以避免λ/2、λ/4频率的情况，通过测试选择最佳频率，如果选大于85kHz以上的工作频率，线路两侧阻波器可不做改动。

2）利用回波损耗桥测出该线路高频通道回波损耗值仅为4.88dB，远低于规程要求的12dB，因此需根据架空线与电力电缆直接连接的固有特点，特制相应结合滤波器，可通过精准测试输入阻抗，选择适当阻抗值的电缆型结合滤波器及在收发信机的输入电缆侧投入3dB衰减器来改善高频通道的回波损耗。

3）因该线路高频通道已运行达十余年，已超过保护通道改造年限要求，故可结合技术改造项目，将高频通道更换为光纤通道，彻底解决此问题，同时可大大提高通道运行的可靠性及稳定性。

4 结论

利用高频通道作为混合线路保护信号的传输通道，对日常运行维护提出了很高的要求，只有较好地解决混合线路中架空线与电力电缆的阻抗匹配问题，通过计算选择合适的高频通道工作频率及结合加工设备，并经大量调试，方能保证高频通道的可靠使用。现阶段光纤电流差动保护已广泛应用，对于混合短线路而言，光纤通道是更好的一个选择。

[1] 张仁永, 陈宇辉. 电力线载波通道设备应用指南[M].北京: 中国电力出版社, 2002.

[2] 戴勒. 混合线路上采用高频保护通道的技术分析[J].继电器, 1994(1): 44-50.

[3] 崔厚坤. 220kV高压电缆与架空混合线路保护通道的选择[J]. 江苏电机工程, 2010, 5(3): 39-41.