魏 煌

（廣東電網(wǎng)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(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(tǒng)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(xù)點的衰減等因素[1]，制約著高頻通道的可靠穩(wěn)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(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(fā)信機強制發(fā)信，測試圖1中各點電壓電平，對應的測試數(shù)據(jù)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(fā)信機的收信電平都很低，整個通道衰耗過大，N側發(fā)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(fā)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(fā)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(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，故此項目測試未能開展，不排除阻波器調諧元件損壞導致異常現(xiàn)象發(fā)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(tài)，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(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(jù)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(fā)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(fā)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(tài)

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(fā)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(fā)信機的發(fā)信功率損失，且工作很不穩(wěn)定。同時，不排除阻波器調諧元件損壞導致異?，F(xiàn)象發(fā)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(fā)現(xiàn)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(fā)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(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，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(fā)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(wěn)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?，F(xiàn)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.