220kV输电线路高频信号通道故障处理浅析.pdf

2 0 0 6年 第 1 o 期 -l t州电力技术 ( 总第 8 8 期 ) 1 引言 2 2 0 k v输电线路高频信号 通道故障处理浅析 广东省湛江发电厂蒋高宇【 15 2 4 o 9 9 现代的高压输电线路主要以高频保护作为主保 护， 高频信号通道是高频保护的信号传输通道， 高频 通道的可靠与否直接维系输电的可靠性、 电网的稳 定性。它的故障会导致高频保护不能投入运行、 高 频保护误动等， 势必降低线路保护的可靠性。本文 就湛江电厂的几次高频通道故障检查处理经过， 简 述常见高频通道故障检测方法以及处理中应重点关 注的问题。湛江 电厂 2 2 0 k v升压站有 7条 2 2 0 k v 出线， 4 条3 6 0 k v a主变进线， 2 条 4 0 k v a启备变进 线， 其出线速动保护采用闭锁式高频保护， 高频电 缆、 收发信机阻抗分别为 7 5 n 。 2 高频通道故障的处理 高压输电线路的高频信号通道由输电线路、 阻 波器、 结合滤波器、 收发信机等组成， 以下分别介绍 湛江发电厂的几次高频通道故障处理经过。 2 1 阻波器调谐元件损坏 表 1 湛泥线停电测试高频通道 2 0 0 1 年 7 月 2 8日8 ： 5 8 湛泥线 a相高频收发信 机收信电平低， 发出3 d b 告警， 退出湛泥线 a相高 频保护， 经查为高频通道衰耗大引起， 本侧衰减 1 2 d b 、 对侧衰减 9 d b 。 8 月4日湛泥线停电检修 ， 线路两侧联合检查 高频通道， 测试参数如表 1 ， 得出结论： 停电状态下 测试的高频通道正常； 此种情况下有可能是线路两 侧的某个阻波器故障， 因湛江电厂侧的变电站有 6 条变压器进线和两个 电磁式母线 电压互感器 ， 这些 设备相对高频来说都是低阻抗设备， 遂怀疑湛江电 厂侧阻波器故障， 我们决定在充电情况下再实测一 次参数； 首先泥桥变电站向线路充电， 湛江发电厂未 60 合上湛泥线开关， 湛江电厂侧测得 a相收信 +1 8 0 d b ， 收信正常； 然后湛江电厂侧合上湛泥线开关， 湛 江电厂侧测得 a相收信减至 + 6 5 d b ， 收信异常。 至此可断定湛江电厂侧阻波器故障， 高频信号向湛 江电厂变电站方向传输， 导致两侧收发信机接收高 频信号：限 低。 9 月 5日， 更换湛泥线 a相阻波器的调谐装置， 线路正常投运后收发信机收信为 +1 7 2 d b ， 线路两 侧收、 发信正常。 2 2 结合滤波器不匹配 2 0 0 0 年 7 月 5日1 6 ： 0 8 湛坡 甲线区外故障， a 相高频保护动作跳闸， 重合闸动作， 开关重合成功。 2 0 0 0 年 1 2 月 1 2日1 0 ： 3 4湛坡甲线区外故障， a相 高频保：沪动作跳闸， 重合闸动作， 开关重合成功。 表 2 湛坡甲 a相高频通道传输衰耗测试参数 两次都是区外故障， 高频收发信机未收到高频 信号保沪误动， 从故障录波图打印报告看 a相高频 信号出现间断， 即未收到对侧的闭锁信号， 本侧高频 保护感受为区内故障， 高频保护正确启动停信， 高频 保护误动出口跳闸。两侧故障录波图看高频信号录 波均正确， 即湛江电厂侧正确停信、 坡头站侧正确发 信闭锁， 但坡头站的闭锁信号未通过高频通道传至 湛江电厂。 从表2 可看出两侧线路衰耗相差 6 5 d b ， 更换 了对侧结合滤波器， 最后两侧线路衰耗相差 3 3 d b ， 根据规程要求通道衰耗基本正常， 贝 9 试数据见表 2 ， 但这佯并未解决前面的通道故障问题， 我们使用 通道回波衰耗法和阻抗测试法对高频通道进行进一 步分析。 ( 1 ) 2 2 0 k v湛坡甲线高频保护通道回波衰耗测 维普资讯 2 0 0 6年第l o 期 贵州电力技术 ( 总第8 8 期) 试 该高频通道工作 频率 7 8 k h z ， 在工作频率 附近 本侧及对侧分别断开高频电缆接负载阻抗测试回波 衰耗， 参数详见表 3 ， 两侧测得的回波损耗基本大于 l 2 d b ， 符合规程要求。说明阻波器、 结合滤器阻抗 是合格的。 测 振 荡 器 i 试 物 图 1 输入阻抗测量 表 3 湛坡甲a相高频通道回波测试参数 表 4 高频电缆阻抗测试参数 ( 2 ) 高频电缆输人阻抗测试( 测试参数详见表 4 ) 测量高频电缆回波损耗 ： 平衡桥置 7 5 q， 其回 波损耗 1 o 8 d b 。 测量高频电缆输人阻抗： 接线如图 1 ， 振荡器内 阻置0 ， r 按电源内阻选用7 5 q、 选频表的测量阻抗 置高阻， r 2 = 7 5 q 。按式( 1 ) 计算输人阻抗， 测得的 高频电缆输人阻抗为 1 0 0 q左右， 在误差之内， 是合 格的。 z 阻 抗=r1 l o 0 p l p 2 q ( 1 ) ( 3 ) 结合滤波器输人阻抗测试( 测试参数详见 表 5 ) 测量结合滤波器回波衰耗： 平衡桥置 7 5 q， 测 得结合滤波器的回波损耗为 9 5 d b 。 测量结合 滤波 器输人 阻抗 ： 振 荡器 内阻置 7 5 q、 选频表高阻跨测、 线路侧电阻 3 0 0 q ， 测得结合滤 波器输 入阻抗为 9 0 q左右 ， 是合格的。 表5 结合滤波器阻抗测试参数 通过对湛江电厂侧通道各元件的检查， 未发现 高频通道有任何问题， 因为我们所做检查仅是稳态 高频信号测试， 故障过程中高频通道情况是难以模 拟测试的， 我们设想该线路对侧坡头站， 收发信机内 阻 7 5 n， 采用 1 0 0 q高频电缆， 这样增加了通道衰 耗， 而整通道收信裕度按 l 5 d b 整定； 两次本线 a相 高频误动都是在相邻线路坡泥线单相接地故障发生 时出现的， 存在区外故障本线高频信号堵塞可能。 根据元件测试情况， 我们决定采用提高通道收信裕 度， 两侧使用特制专用窄频结合滤波器 ， 这样处理后 发生多次相邻线路类似故障， 高频保护均未出现误 动， 证明我们的措施是有效的。 2 3 收发信机阻抗不匹配 2 2 0 k v湛霞乙线于 2 0 0 2 年 6 月 7日 投运， 在高 频通道对调时发现 a相两侧线路衰耗相差 6 0 d b ， 参数见表6 。按 wx h一1 1 、 w x b一1 1 、 s w x b一1 1 型 微机保护检验规程 第 l 2 2 5 1 条规定“ 如两侧 的传输衰耗值。 表6 湛霞乙线a相高频通道测试参数 相差大于 3 0 d b时 ， 则需再次核对通道加工设 备是否良好， 阻抗是否匹配， 只有证实每个加工设备 的技术性能都符合规定要求， 不存在其它疑问时， 才 允许两侧的传输衰耗有较大的差值。 ” 按此规定， 该 a相高频保护不能投人运行。 ( 1 ) 测量通道阻抗， 按图 1 接线。 用本身收发信机作高频信号发生装置： p 1 = 6 6 d b 、 p 2 = 2 9 5 d b ； 用振荡器作高频信号发生装置： p 1 =一 3 1 6 d b 、 =一 7 0 d b 。计算两种方式通道的 测量阻抗分别为7 9 4 q、 8 4 6 q。根据( w x n一1 1 、 w x b 一1 1 、 s w x b 一1 1 型微机保护检验规程 第 1 2 2 2 6 条规定要求测量输人阻抗与标称值相差不大 于2 0 。由此看出， 湛江电厂侧高频电缆、 结合滤 器 、 阻波器的匹配阻抗基本正常。 61 维普资讯 2 0 o 6年第 l o期 贵州 电力技术 ( 总第 8 8期 ) ( 2 )阻波器阻抗测试 按图2 接线， 在工作频率附近的频带调整振荡 器输出频率及功率， 分别测量 p 、 p 2 电压电平值。 按公式 2 计算该阻波器的阻抗， 在工作频率附近其 阻抗 为 1 0 9 61 1 8 8 q。按 wx hl 1 、 wx bl l 、 s w x b 一 1 1 型微机保护检验规程 第 l 2 2 1 条规定 “ 阻波 器在阻 带内调谐 阻抗 中的电阻 分量需 大 于 6 0 0 q” 。由此可见 ， 该相阻波器的电阻分量是合 格 的。 z阳 抗=1 0 0 x l o 晒 ( p l p 2 q ( 2 ) ( 3 ) 两侧实测通道衰耗 信号源分别用本身收发信机、 振荡器( 内阻置 7 5 q ) ， 在各自高频通道末端分别用收发信机、 7 5 q 高频电阻作负载， 测试参数详见表 7 所示。简单分 析可以看出， 对侧收发信机作负载， 两侧路线衰耗相 差5 8 d b ， 用 7 5 q高频电阻作负载， 则两侧路线衰 耗相差只有 0 3 d b 、 1 5 d b ， 并且霞山站侧影响最 大， 湛江电厂变化很小， 由此可以判断霞山站的收发 信机的内阻是不匹配的。经更换收发信机线滤插件 后， 测试两侧传输衰耗相差为 1 5 d b ， 通道符合投 运要求。 表 7 实测线路衰耗参数 2 4 高频通道的测试方法 高频信号在高频通道传输中， 各元件阻抗匹配 很重要， 否则在接收端就不可能获得尽可能大的高 频信号。近年来湛江电厂高频通道故障有 8 0 以 上是阻抗不匹配问题 ， 阻抗不匹配问题检查很 困难 ， 要求两侧逐次检查高频设备， 工作量大， 费时费力。 寻求一种最直接最有效的测试方法， 对提高检查效 率至关重要， 常见阻抗不匹配检查测试方法有回波 损耗法、 衰耗及阻抗测试法 。 2 4 1 衰耗及 阻抗 测试 法 衰耗及阻抗i 贝 4 试法， 是现场采用的最为普遍高 频通道故障检查测试方法。高频衰耗法， 可分为通 道实测法与试验测法 ， 通道实测 法是在整个通道 由 高频信号源发信测试各设备衰减情况， 此方法很直 观简单， 不需停电。试验测试法， 被测元件停用 ， 接 匹配负载及匹配的输入信号。 2 4 2回波损耗 法 6 2 回波损耗法 ， 回波损耗实 际反映电源内阻和负 载阻抗比值 z s z函数关系， 回波损耗的大小可以表 示阻抗匹配程度 ， 回波损耗越大 ， 负载阻抗与电源阻 抗越匹配。在高频通道现场采用成品的回波损耗装 置， 测试很方便快捷。根据国家标准 电力线载波结 合设备 u 】 5 3 1 规定结合设备工作频带内线路侧 和电缆侧的回波损耗应不小于 l 2 d b 。但现场因设 备所处的电磁环境， 按此标准判断很多正常运行设 备的回波损耗都不合格， 建议若工作频带内的最小 回波损耗大于 l 2 d b 则是合格的， 阻抗是匹配的； 若 最小 回波损耗在 61 2 d b之间， 必须 测试输 入 阻 抗 ， 阻抗不合格则加以调整； 若最小回波损耗小于 6 d b则通道器件或回路异常。 图 2 停电不拆阻波器时的阻抗测试接线图 根据我厂多年运行情况， 通道高频信号突变达 到6 d b以上， 高频设备可能出现故障， 如结合滤波 器接线端严重锈蚀接触不 良、 阻波器损坏、 高频电缆 接线错误等； 通道高频信号突变达到 6 d b以内， 高 频设备可能出现异常， 如阻波器阻抗特性差、 结合滤 波器线路侧阻抗不匹配等。 2 5 高频通道故障检查应重点关注的问题 2 5 1 测 试 附加元 件 的选取 所有测试附加元件应当是高频元件， 比如用模 拟电阻是高频电阻， 决不可用工频或普通元件替换， 否则测试的数据错误， 不能用来分析高频通道问题。 注意选用较大功率的测试附加元件， 高频元件功率 较小， 一般小于2 0 w， 多数仅有 5 l 0 w， 加量时注 意电平与功率对应关系， 否则容易烧坏设备。 2 5 2 输入 阻抗测试 中应注意 的问题 输入阻抗测试接线如图 1 ， r 有的用设备输入 匹配阻抗 ， 有的用小阻值无感 电阻。输入阻抗测试 所 有计算依据是欧姆定理 ， 通过已知( 下转4 6 页) 维普资讯 2 0 0 6 年第 1 o 期 贵州电力技术 ( 总第8 8 期) 是更换塑料 网门； 二是将原金属 网门对角开 口， 分开 接 地 。 ( 2 )方案 的比较 ： 采用塑料 网门虽然从根本上 解决了网门发热问题 ， 但改造时需要一定的资金 ， 改 造时间较长 ， 不耐用 、 不牢 固； 采用将原金属 网门对 角开 口分别接地 ， 只需要将原网门对角处解开 ， 将原 网门对角减小 3 4厘米 ， 对角处各增加一根 1 7米 高的角钢 ， 分开接人地网， 上面用绝缘板将开 口处 的 两根角钢连接牢固， 既不需要太多的资金， 改造时间 短 ， 又耐用 、 又牢固。 ( 3 ) 方案的确定： 经过对两种改造方案技术 、 经 济比较， 建议局采用第二种方案， 既将原金属网门对 角开口， 分别接地， 局里同意采用这种方案。 2 2 电容器组运行方式改变方案 ( 1 ) 方案的提出： 发现电容器组运行方式与设 计不一致后， 提出了两种改造方案： 一是更换 g wi 一 1 0 g d 1 2 5 0 a型四联操作隔离开关 ， 以实现电容器组 在运行状态时中性点不接地运行； 二是继续使用 g wi 一1 0 g d 1 2 5 0 a型四联操作隔离开关， 将 n相 ( 电容器组电抗器中性点) 隔离开关末端与地之间的 连接体取消， 在 a 、 b 、 c相在合位时 n相虽然在合 位， 但 n相末端与地之间的连接体已经取消， 中性 点不接地 ， 当 a 、 b 、 c相在分位时 n相虽然在分 位 ， 但 n相首端联动接地刀闸与 a 、 b 、 c相接地刀闸一 起在合位， 可以进行放电。 ( 2 ) 方案的比较： 更换 g wi 一1 0 g d 1 2 5 0 a型四 联操作隔离开关， 虽然美观， 但时间长、 需要资金； 取 消 n相( 电容器组 电抗器中性 点) 隔离 开关 末端与 地之间的连接体， 时间短、 不需要资金， 只要工艺好， 也不影响美观 。 ( 3 ) 方案的确定： 经过对两种改造方案技术 、 经 济比较， 建议局采用第二种方案， 即取消 n相( 电容 器组电抗器 中性点 ) 隔离开关末 端与地之间的连接 体， 局里同意采用此方案。 3 方案的实施与结果 ( 1 )电容器组网门改造方案得到局同意后， 立 即着手对其进行改造实施 ， 利用 网上负荷较小时分 别对四组电容器网门进行停电改造， 于 2 0 0 5年 7月 改造完毕， 现在运行没有出现“ 五防” 锁烧红、 网门打 火 、 发热现象 ， 改造成功 ( 改造后 的电容器 网门开 口 见图 2 ： l 。该 网门改造后 ， 减 少 了网门发热， 减少 设 备的损耗 ， 长期运行 所产生 的经济效益 比较 明显 。 同时为二期建设提供了依据。 图 2改造后的 电容器 网门一角 ( 2 )电容器组运行方式改变方案得到局同意 后， 于 12 0 0 5 年 3 月 2