高频保护原理及检查试验研究

李攀宏 陶冶 吴俭民

中图分类号：TM773

摘要：光纤差动保护面世后，高频保护便由于其技术和经济的局限性减少使用并逐步退出历史舞台，但目前高频保护设备依然大量存在并应用于实际生产中，现役高频保护设备多运行年限超过十五年且相关设备老化比较严重，而随着技术人员新老更替，对于该项设备和技术的储备越发薄弱，高频保护原理及检查试验方法研究深度也十分有限，给设备正常运行带来安全隐患。本文将对高频保护的构成、原理及试验方法进行阐述，对高频通道故障常见原因及消缺方法进行分析，并对常见类型的选频表使用方法做了介绍，为高频保护设备运检人员提供了参考和研究依据，进一步促进提升高频设备运检水平。

关键词：高频保护;结构;原理;试验方法

0引言

高频保护是利用输电线路作为载体传输保护信号，在输送50Hz工频电流的同时叠加传输50～300kHz的高频信号，以比较线路两端电气量而构成的保护^[1]。高频保护常被用作输电线路主保護，当输电线路故障时，无延时、全线速动切除被保护线路的任意一点故障^[1]。但是由于高频传输通道干扰大，线路两端电量全信息传输较为困难，因此一般只传送两端的电压或电流的方向、相位等状态信息。高频通道按传输电气量通产分为：方向高频（比较线路两端功率方向，既要测U又要测I）和相差高频（比较线路两端电流相位，只要测量I）^[2]。

1高频保护的构成

高频保护是通常由高频阻波器、耦合电容器、结合滤波器等八个部分组成，，如图1所示^[1]。

1.1高频阻波器

高频阻波器的功能是通工频、阻高频，其原理为电感线圈和可调电容组成的并联谐振回路，对高频信号呈现较大的阻抗。

1.2耦合电容器

耦合电容器是一个高压电容器，其电容一般很小，造成对工频电压呈现很大的阻抗，而对高频信号呈现的阻抗较小，从而实现收发信机与输电线路绝缘，而高频信号能顺利通过，其安装位置一般在电容式电压互感器末端，如图2所示^[1]。

1.3结合滤波器

结合滤波器是一个可调节的空心变压器，与耦合电容器共同组成串联谐振回路，其功能是：

（1）通高频、阻工频;

（2）阻抗匹配，避免高频信号反射;

（3）降低损耗，增加输出功率。

1.4接地刀闸

接地刀闸是高频通道的辅助设备，是在调整或检修高频收发信机和结合滤波器时产生明显的接地点，提供可靠的安全保障^[1]，接地刀闸通常安装在结合滤波器处。

1.5保护间隙

保护间隙同样是高频通道的辅助设备，用来保护高频电缆及高频收发信机免遭过电压的袭击，常组合安装在结合滤波器箱内。

1.6高频电缆

通常用高频电缆为户内的收发信机和装在户外的结合滤波器提供连接。

1.7高频收发信机

高频收发信机是收发高频信号的专用设备。收发信机与保护装置通常以单接点或双接点接口方式连接。若为单接点接口方式，保护装置逻辑判定，即高频闭锁逻辑、远方启动、通道交换由继电保护装置提供，继电保护只有一对接点（或空光耦）“断开”时停信。而双接点接口方式时，收发信机逻辑判定，保护装置优先，即高频闭锁逻辑、远方启动、通道交换由本装置实现，继电保护另外提供具有优先权的两对接点（或空光耦）来控制装置的发信和停信。即启动发信接点（或空挂）闭合时装置发信，停止发信接点（或空光耦）闭合时装置停信^[3]。

2.高频保护的动作原理

高频通道的工作方式有两种，即经常无高频电流方式和经常有高频电流方式，也称为故障时发信方式和长期发信方式，分别对应闭锁式高频保护和允许式高频保护，动作逻辑如图3所示^[4]。

图上述两种方式，按照其传送的信号性质又可以分为三种类型，即传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号。

闭锁式高频保护不能实时监测通道状态，在通道故障时保护可能误动作;允许式高频保护可以实时监测通道状态，但抗干扰能力较差，在通道故障时保护可能拒动。工程样例中闭锁式高频保护使用较多。

3.高频保护的试验方法

高频保护试验通常有以下项目：通道测试、故障模拟和逻辑试验。以下以闭锁式为例。

3.1通道测试

闭锁式通道正常运行时，可由人工交换通道信号，具体过程如下：按下试验按钮后本侧发信，在收信时长达到200ms后，停止发信;在收到对侧信号时长达到5s后，本侧再次发信并在10s后停止发信;对侧收到信号后，如果判断跳闸位置继电器未动作则立即发信;如果判断跳闸位置继电器动作则延时100ms后发信;用于弱电侧时，为保障线路轻负荷或启动元件不动作的情况下，依然能够快速隔离故障，采用判断任一相电压或相间电压低于30V时延时100ms发信的策略^[4]。

高频保护通道运行正常是高频保护正确动作的先决条件，因此在高频通道建立后，应首先做以下测试确保通道通畅：

（1）通道交换。使用装置自带的通道试验按钮，测试收发信逻辑，应两侧均能启动对侧发信，收发信机指示正常且装置无告警，调试合格的收发信机和高频通道，发信电平宜调整至40dbm±，收信电平宜调整至20dbm±;

（2）通道裕度检查。如果运行中的通道设备故障会导致高频通道衰减增大，从而引起通道裕度减小，严重时甚至会造成高频保护误动。规定高频通道的最小收信电平为8.68dbm，在生产实际中高频保护通道的裕度要求大于12dbm;

（3）灵敏启动电平检查。灵敏启动电平是保证收发信机启动的最小电平，收发信机灵敏启动电平一般整定在4dbm～5dbm之间。

3.2故障模拟

高频保护通常通过区内故障、正方向区外故障、反方向区外故障三种情况来模拟校验^[5]。

由于线路两侧同时模拟故障（精确到毫秒级）十分困难，通常高频保护校验时以关闭一侧高频收发信机作为闭锁判据。

区内故障，关闭对侧高频收发信机，对侧无发信，本侧不闭锁，同时本侧模拟正方向故障，高频保护应能正确动作;

正方向区外故障，打开对侧高频收发信机，对侧正常运行状态闭锁本侧保护，此时本侧模拟正方向故障，高频保护应能正确不动作;

反方向区外故障，关闭对侧高频收发信机，对侧无发信，本侧不闭锁，同时本侧模拟反方向故障，高频保护应能正确不动作。

3.3逻辑试验

高频保护逻辑试验需对区内外故障闭锁、其他保护动作停信逻辑、位置停信等进行验证：

4.故障消缺

高頻通道故障通常由两个原因导致：收发信机故障、通道故障。常见的高频通道故障有断线、衰耗过大、3db告警等。

当线路高频通道发生故障时，通常会有相关的告警信息上传，装置上也会有对应的显示^[6]，现场检修人员需根据以下措施判断故障类型及解决方法。

首先，两侧使用通道试验按钮交换通道，观察收发信机启动及收信状态，使用选频表在收发信机高频电缆接线处测试收发信功率。

若本侧发信，但测试结果为发信功率低/无发信;或对侧发信，且本侧收信功率正常，但收发信机无法启动，则判断为本侧收发信机故障。

其它的，则判断为通道故障。

判断为通道故障时，先进行外观及接地检查，检查电压互感器末屏接地的铜棒和电压互感器外壳接触点的绝缘是否良好（停电时），高频电缆两端接线及接地是否良好。

两侧使用通道试验按钮交换通道，使用选频表分别在收发信机高频电缆接线处、结合滤波器下桩头处、结合滤波器上桩头处测试收发信功率，测试部位如图4中1、2、3点标注位置，若在某次测试中有衰耗异常增大，则可相应判断故障部位，并予以处理。

下面提供一组调试合格运行良好的高频通道测试参考数据，一般情况下，测试数据以规程范围内为准，以下参数均为本侧发对侧收^[7]。

（1）本侧收发信机发信电平（10W）：31db±（40dbm）;

（2）本侧结合滤波器电缆侧电平：28 db±（37dbm，衰耗≤3dbm）;

（3）本侧结合滤波器线路侧电平：35 db±（37dbm）

（4）对侧结合滤波器线路侧电平：30 db±（32dbm）（与线路长度有关）

（5）对侧结合滤波器电缆侧电平：23 db±（32dbm）

（6）对测收发信机收信电平：20 db±（29dbm）

5.选频表的使用方法

以下以鸿拓HT2012型选频电平表为例，简述选频表的使用方法。选频表的接线方式有两种：

可使用红-黑平衡线或同轴线进行测量，均可获得正确数据，开机后，应根据使用测试线的不同选择不同方式的输入阻抗，本仪器有同轴/平衡75Ω、100Ω、600Ω、∞Ω等，确知线路参数可对应选择，如不确定，可选择∞Ω档，其后依次选择频率跟踪，电平自动，选20Hz宽带（测试频率低于10kHz时）/1.74kHz（测试频率高于10kHz时），频率同步，通过数字键输入待测高频通道收发信机的设定频率并确认，即可开始测试电平数据。

测试时，按上述方式设置完成，在收发信机高频电缆接线处、结合滤波器下桩头处、结合滤波器上桩头处连接好测试线（若使用同轴线可直接卡入接口，若使用平衡线则将红线连接同轴电缆芯线，黑线接地），设置收发信机长发信或按通道测试按钮，同时按下选频表“频率跟踪”按钮，观察选频表测试数据，收信稳定和发信稳定时数据会保持3s，记录数据即可进行分析。

参  考  文  献

[1]王飞.高频载波通道自动检测装置的研究 [J].安徽电气工程职业技术学院学报.2017，22（03）：30-33

[2]贺菲.载波保护通道自动检测系统的实现 [J].电气技术，2016，（02）：117-119

[3]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护的常见事故分析[M].中国金属通报，2019，（06）：136-137

[4]蒋永康.LFX-912型收发信机异常分析与处理 [J].电工技术，

2017.（03）：98-100

[5]樊新华.继电保护二次回路异常及故障处理对策分析[J].中国设备工程，2019.（11）：58-60

[6]余平，姚国明. RCS-901G高频方向保护拒动原因分析[J].水电与新能源，2020.34（6）：50-51

[7]贾科，陈淼.基于高频阻抗曲线匹配的混合直流输电线路纵联保护 [J].电力系统自动化，2021.34（6）：50-51

作者简介：李攀宏（1989-），男，硕士研究生，工程师，主要从事电力系统运维检修工作。