一起高頻保護通道異常的實例分析

徐建平，吳文聯

（1.浙江省電力公司，杭州 310007；2.杭州市電力局，杭州 310006）

隨著電網接線越來越復雜，要求開關跳閘必須有選擇性，線路縱聯保護具備綜合判別能力。能同時反應兩側電氣量的變化，快速切斷故障線路。其故障信號測量涉及到通信通道，通信通道的異常直接影響高壓線路保護的運行。

1 一起電力載波高頻通道異常的初步檢查

圖1是典型的電力載波高頻通道，使用的信號頻率是50～400 kHz。信號經高壓輸電線路傳送，在輸電線路和收發信機之間有耦合電容器、結合濾波器、高頻電纜等連接設備，在輸電線路和斷路器之間還裝有阻波器以隔離高頻電流。這些設備一方面實現高壓低壓的隔離以確保人身與設備安全，另一方面實現阻抗匹配并防止輸電線路上的高頻電流外泄到母線，以減少傳輸衰耗。

220kV亭中2400線是220kV亭山變和220kV中埠變的聯絡線，亭山變一側間隔為新建，中埠變間隔的高頻通道設備運行了10多年。2009年10月，亭中2400線第2套高頻保護B相通道（使用頻率為164 kHz）在交換信號時，高頻收發信機頻繁出現“3 dB告警”，幾次交換信號后“3 dB告警”又消失，第2天早上交換信號時又會出現告警情況。檢修試驗人員對高頻通道進行了初步檢查。經檢查，兩側高頻電纜及結合濾波器等單個通道元件在工作頻率下的衰耗均在正常范圍，兩側的收發信機工作正常，外部接線也未發現異常情況。進一步進行了通道衰耗測試，通道檢查點布置見圖1的A，B，A′，B′點，其中A側為中埠變，A′側為亭山變。表1分別列出了通道衰耗正常和捕捉到兩側通道告警時的測試電平數據。

圖1 電力載波高頻通道示意圖

表1 2種狀態下的測試電平數據

2 電力載波高頻通道異常的推理分析

根據值班人員反映，高頻收發信機 “3dB告警”信號經常出現在上午氣溫較低露水凝結時（富陽的秋季10月還未結霜），而到了下午或傍晚，告警信號會自動消失；檢修試驗人員在檢查時也發現“3 dB告警”會在幾次交換信號后消失的情況。由此推斷，高頻通道異常的原因是高頻通道的某處存在結露，結露形成的水珠產生了高頻信號的對地分流衰耗，一旦環境溫度升高或多次交換信號后加熱了分流點的水珠，對地分流通道斷開，通道又恢復正常。由于二次系統電壓較低，不足以擊穿水珠，判斷異常點出現在耦合電容或阻波器中的可能性較大。

根據通道異常時的數據——中埠側發信時對側的收信電平明顯小于亭山側發信時中埠側收信電平這一情況，判斷通道異常點在中埠變一側，判斷依據見圖2。將載波線路及連接設備等效為四端網絡，將水珠表示為分流阻抗Z，將接收端的高頻電纜及收發信機視為負載。從圖2可以看出C點電平高于C′點電平，模擬水珠的分流阻抗Z接在C點時消耗的功率比接在C′點時要高，而負載消耗功率正好相反；因此水珠出現在發信側時對側收信電平比水珠出現在收信側時的收信電平要低一些。

圖2 高頻保護通道等效電路圖

阻波器通常易發生的故障是避雷器或調諧元件電容擊穿，經驗數據表明由于阻波器的避雷器或電容擊穿引起的分流衰耗一般小于3 dB，而現場檢測數據顯示在通道告警時兩側電平相比正常情況跌落偏大（10 dB左右），可以斷定阻波器不是“3 dB告警”的主要原因。綜合了多方面的判斷以后，確定高頻通道異常的原因在中埠變的高壓耦合電容上。

3 載波通道設備的檢查

檢修人員將耦合電容器拆除后發現，耦合電容器底部銹蝕較嚴重，下底面相當潮濕，有明顯的水珠；末屏引出鍍錫銅軟帶與上底板的間隙非常小，很容易因為結露造成接地短路，如圖3所示。

圖3 耦合電容器底部受潮

該型號耦合電容器戶外安裝，底座與支架頂板之間用螺栓緊固，無密封措施；由于晝夜溫差原因，底座與頂板之間的空氣室每天呼吸1次，潮氣很容易侵入；又因為氣室頂部是密封的，潮氣一旦侵入就難以消散，日積月累后遇低溫低壓天氣，潮氣就凝結成露珠而附著于耦合電容器底部，使得氣室內收容了更多的潮氣。在冬、春季節，由于空氣溫度低，氣室內所含潮氣總體較少，再加上晝夜溫度差別不大，大量結露的機率很小；在盛夏季節，由于日曬時間長、平均氣溫高，氣室內的潮氣多數以氣體狀態存在，結露形成大水珠的機率也不高。而在秋季，晝夜溫差大為大量結露創造了條件。

中埠變220kV亭中2400線B相耦合電容器正是在秋季出現異常。在此之前的夏季，因為結露比較輕微，底板處雖有水珠，但還不致于造成短路接地。進入秋季之后，耦合電容器底部氣室在夜間結露逐漸加重，水珠也逐漸變大；到一定程度，水珠將鍍錫銅軟帶與上底板連接構成水電阻通電，相當圖1中的C點通過水電阻接地，此后高頻信號通過時出現信號分流。所以高頻通道經常在上午有“3 dB告警”信號。經過一上午的太陽照射后，到了下午及傍晚，耦合電容器底座內溫度升高，水珠蒸發變小，鍍錫銅軟帶與上底板之間的水電阻被切斷，通道交換信號恢復正常。同樣，在多次通道交換后，由于高頻泄漏電流對水珠的加熱作用將水珠蒸發，切除了分流通路，交換信號也會恢復正常。

4 載波通道異常設備的處理

鑒于該型號耦合電容器的結構性缺陷，對其進行了更換。更換后的耦合電容器型號為WCC220-0.005H，底部采用敞開式結構。

220kV亭中2400線高頻通道在更換耦合電容器后進行的通道衰耗測試正常，測試數據如表2。線路投入運行后，高頻通道未再出現“3 dB告警”現象。

表2 耦合電容器更換后收發信電平測試數據dB

這次通道異常的分析處理表明，繼電保護調試人員不僅要熟悉掌握二次設備及二次系統的狀況，還要充分了解一次設備，只有提高了綜合判斷、分析能力，才能正確處理調試工作中遇到的各類問題。

[1]毛錦慶.電力系統繼電保護實用技術問答[M].2版.北京：中國電力出版社，2004.

[2]南京南瑞繼保電氣有限公司.LFP912高頻收發信機，技術說明書[G].2002.