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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 高频通道基本学问及调试方法名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 高频通道基本学问及调试方法第一节 用途在超高压电力系统中, 系统的稳固问题比较突出； 随着电网的日益进展和强大,对系统的稳固要求也越来越高；假如系统稳固被破坏, 将造成事故的扩大而影响电力系统的安全运行；因此,目前 220KV 以上的超高压输电线路都配置了双套主爱护,作为提高系统稳固的重要措施；在超高压电力系统中,简洁的距离爱护和零序爱护是不能作为线路主爱护的；由于它们在原理上只反应一侧电气量的变化,因而无
2、法区分本线路末端和相邻线路首端的故障, 不能保证挑选性；而为了要保证挑选性,瞬动段的爱护范畴 就要缩小；这样一来,就不能做到全线速动；所以,这种类型的爱护不能作为主 爱护；为了使爱护能够做到全线速动, 有效的方法是让线路两端的爱护都能够测量 到对端爱护的动作信号,再与本侧带方向的爱护动作信号比较、判定,以确定是 否为区内故障,如为区内故障, 就瞬时跳闸； 这样无论在线路的任何一处发生故 障,线路两侧的爱护都能瞬时动作跳闸；快速性、挑选性都得到了保证；为了将线路一端的爱护动作信号传送到对端,一般采纳电力线载波的方式,将线路一端的工频电气量或爱护动作信号与高频信号经过调制,利用电力线本身进行传送；
3、我们都知道, 电力线本身是传送工频电力的,而且属于高电压和大电流；然而,通过对输电线路进行加工和改造,就可以使它能够同时传送工频电力和高频信号； 经过调制后的高频信号送到线路对端后经过解调,将其变成具有工频特点的电气量或脉冲形式的爱护动作信号,送至爱护装置； 这就是电力线载波的传输方式； 采纳高频信号的缘由是便于与工频信号区分开；采纳电力线复用的方式,主要是经济牢靠, 节约人力和投资； 而且电力线路杆塔牢固, 绝缘程度高；不利的因素是危急的高电压及强大的杂音干扰；这些问题的；但如实行适当的措施是可以解决综上所述,可以看出,高频爱护是利用被爱护线路作为高频信号传输通道的；因此,继电爱护高频通道的
4、基本用途就是用来加工和传输含有爱护动作信号特点的高频信号,以构成快速的继电爱护装置；成部分；其次节 高频通道的种类及构成 一、高频通道的种类因此,它是继电爱护中的一个重要组利用输电线路构成高频通道一般有以下几种方式：1相相式通道 以输电线路的两相作为通道；高频电流从一相送出,从另一相返回；这种 通道的优点是对高频电流的衰耗小；缺点是需要两套加工设备（阻波器、结合滤 波器等）,投资较大,不经济；同时,在电力系统高频通道拥挤的情形下,一个 通道占用输电线路的两相,铺张较大,也不现实；所以我国目前很少采纳；2相地式通道 以输电线的一相和大地来传送高频信号；虽然这种传输通道对高频信号的名师归纳总结 -
5、 - - - - - -第 2 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 衰耗较大,但经济有用；因此,我国大都采纳这种相地式高频通道；二、高频通道的构成这里主要介绍相地式高频通道的构成；相地式高频通道的构成如图 1 所示123收发信机54收发信机图 1 相地式高频通道示意图1高压输电线 ：既传输工频电力同时也传送高频信号的导线 2高频阻波器 ：它是一个 LC 并联谐振回路；使它调谐在所使用的高频频 率下谐振；使其对高频电流阻抗特殊大（约大于 1000 ）,阻挡高频电流流向母 线侧,强迫其向线路上传送；而对于工频电流来说,阻抗就显得很小（一般为0. 04 ）,可忽视不计；
6、这样就达到了既传送了高频信号,又不影响正常的电力 输送；这也正是阻波器的真正作用 3 耦合电容器 ：作用是将高频信号耦合到高压输电线上去；由于它的电容 量很小, 因而对工频电流的容抗很大,而对于高频电流就容抗很小,目前超高压 输电线的电压等级分为 500KV 、220KV 及 110KV,对于 500KV 线路,结合电容器取自线路出口的 CVT 电容量一般为 5000pf；220KV 及 110KV 是单独安装的 结合电容器； 220KV 为 3300pf,110KV 为 6600pf；4结合滤波器 ：作用有两个：一是与结合电容器连接使用,构成一个宽带 滤波器, 使高频电流顺当通过； 二是起到
7、阻抗匹配的作用； 超高压线路的输入阻抗一般为 300400 ,高频电缆的输入阻抗为75 ,结合滤波器的两端分别与结合电容器和高频电缆连接,电缆侧的输入阻抗为75 （原苏联电缆多为100 ）,线路侧的输入阻抗为300 或 400 ；这样就使高频电缆与高压线路通过结合滤波器达到了阻抗匹配；5高频电缆： 用来连接室内的载波机（或专用发信机）与户外的结合滤波 器；目前所使用的高频电缆为 75 同轴电缆；在图 1 中仍包括了避雷器和接地刀闸；避雷器与结合滤波器高压线圈并联,防止雷击或其它形式的过电压进入结合滤波器及发信机,使其遭到损坏； 接地刀闸是用来在检修结合滤波器时,为了安全将其高压侧接地；高频阻波
8、器、结合滤波器、结合电容器及高频电缆通称为高频加工设备；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第三节 高频通道的基本学问高频通道各部分元件, 虽然在传输信号时的物理过程不完全一样,但是它们都有一个共同的特点, 就是都可以看成一个具有一个输入端和一个输出端的四端网络；此外,在讨论和测试高频信号时,所使用的计量单位与一般电工学中的计量单位有所不同；其中最重要的是电平的概念；为此,有必要第一对四端网络及电平的概念做一些明白；一、四端网络我们在讨论电路时,总是要考虑它的输入和输出,即电源和负载；假如一个电路有两个端子做为电源输
9、入端,仍有两个端子做为电路的负载输出端,而电路的其余部分没有电源, 就这部分电路就称为无源四端网络；内部含有电源的称为有源四端网络；如变压器、 衰耗器等就是无源四端网络；放大器就是有源四端网络；这里,我们只介绍无源四端网络； 此外,四端网络仍有对称与不对称之分；所谓对称, 是指四端网络内部结构是对称的；简洁的说就是四端网络两侧的特性阻抗是相等的； 这样的四端网络称为对称四端网络；否就,就是不对称四端网络；二、四端网络的特性（1）输入阻抗 四端网络输出端接上任意负载阻抗时,输入端的电压电流比值称为四端网络的输入阻抗；输入阻抗一般与四端网络的内部参数及负载阻抗均有关系；但是,当负载开路或短路时的输
10、入阻抗就只打算于四端网络本身的参数；（2）特性阻抗特性阻抗反应四端网络与负载的匹配条件；与电源连接时, 负载从电源猎取最大功率的条件；述,此处只做简洁的介绍；如图 2 所示电路；r0I所谓匹配, 主要是指当一个负载 关于这一点在电工学中已有论E r图 2 电源与负载的连接在这个无分支电路中,负载阻抗r 中所流过的电流及获得的功率很简洁求出：名师归纳总结 I =r0ErrrE2211第 4 页,共 14 页P=rI2=r120- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 当电源电势 E 和 r0 为给定以后,负载所接收的功率只打算于负载电阻 r 的大小；为了寻求负载
11、电阻 r 上获得最大功率的条件,即当 P=Pmax 时,r 的阻值；将12式对 r 求导数并令其为零4r0rE2013dPr0r22 rdrr0r求出：r0r可见,要从给定的电源获得最大功率,阻相等；这称为负载与电源的匹配；就必需使负载的等效阻抗与电源的内如图 3 所示,当一个四端网络做为负载与电源连接时,如要从电源猎取最大功率,就必需使四端网络的输入阻抗与电源的内阻相等,即 Z1=Z 入 ；而如要使四端网络的负载从四端网络猎取最大功率,就四端网络的输出阻抗必需与负载阻抗相等；因此,当四端网络的输入、输出阻抗分别与电源和负载相等时,就在电 源与负载之间传输了最大功率；而这时四端网络的输入阻抗就
12、称为特性阻抗；ZZ入1四端Z入2Zf网络图 3 特性阻抗表示了四端网络本身传输最大功率的条件；实际上它也是输入阻 抗,只不过是输入阻抗的一个特例；对称的四端网络,因输入阻抗和输出阻抗相等,就两端的特性阻抗也相等；由图 4 可得 Z 入 1=Z 入 2=ZC（ZC 为特性阻抗）；图 4 的电路即为四端网络的等效电 路；依据该等效电路,可求出四端网络的特性阻抗；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - z0zzz入1,zzf图 4 由于当输入阻抗等于特性阻抗时,Z 入 1=ZC ,于是有：Z入1ZCZZZ CZZZCZ整理上式
13、,得：Z CZ22 ZZ14用上式运算特性阻抗往往不便利； 在现场一般用测量四端网络的开路输入阻抗和短路输入阻抗的方法；即将负载侧开路,测量四端网络电源侧的输入阻抗,称为Zr1k；然后将四端网络负载侧短路,测量电源侧的输入阻抗,称为Zr1d；将Zr1k 与 Zr1d 相乘后开方,即为输入端的特性阻抗ZC；证明如下：由图 4 可知：当负载阻抗开路时,Z 1 =Z+Z当负载阻抗短路时,名师归纳总结 Z 1 =ZZ. ZZZZZZ第 6 页,共 14 页ZZZr1.Zr1 d=ZZZZZ=ZZZZZZZZZ=Z22ZZ=Z2 C- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - -
14、- 因此ZCZ22ZZZr1kZr1d15上式虽然是依据对称四端网络推导出来的,但对于运算不对称四端网络从理论上说也是适合的； 但有一点须留意,不对称四端网络两侧的特性阻抗并不相等,需分别运算；试验时也要分别测量；即：ZC 1Zr1kZr1dd16ZC2Zr2kZr217特性阻抗反应的是四端网络本身的特性；因此,是由四端网络的内在条件、因素所打算的；它只与四端网络本身的结构形式有关,而与外电路无关；输入阻 抗就不同,如前所述,输入阻抗不仅与四端网络有关系,而且仍与负载有关；但负载开路及短路时的输入阻抗也就与负载无关了；用负载开路及短路时的输入阻抗来运算；二、传输电平所以,特性阻抗从数值上可以1
15、电平的概念和意义 高频信号在传输过程中常常要测量和运算某点的电流电压或功率；在测量或 运算这些物理量的时候, 我们一般不直接测量或运算该点的电流（A）、电压（V）或功率（ W）,而是用测量或运算它们对于某一基准值的比值取其对数关系来表 示；称为电平；用公式表示为：P=P 1P 0单位为贝尔18即当功率由于传输而变化10 倍,或说功率比的肯定值为10,取其常用对数即为1 贝尔；由于贝尔的单位比较大,用起来不便利,常用分贝来表示；贝尔的非常 之一为分贝即： 1 贝尔 =10 分贝（ db）；因此,P=10 P 1单位为分贝（ db）19P 0使用分贝做为传输单位,其主要意义有以下几方面：（1）由于
16、电平的数值是采纳功率比得到的,因此,它直接反应了电能传输 的实际情形；（2）使用对数简洁易行,可变乘除为加减；如名师归纳总结 （3）易于书写和记忆；如1 安培电流和 1 毫安电流作用于同一电阻上,其第 7 页,共 14 页功率相差 1000000倍；而用电平表示就仅差60db；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由于电平的数值是采纳功率（或电压电流）对比的方法得到的,因此,电平按对比的基准不同又分为相对电平和肯定电平；2肯定电平国际标准规定： 在 600 电阻上消耗 1 毫瓦的功率定为零功率电平；以 1 毫瓦的功率为基准, 取某点功率与之比较, 所得到的
17、电平称为肯定功率电平；写成公式为：P=10 P（dbm）1101 毫瓦时,该点P 0式中P =1 毫瓦这个 1 毫瓦的基准功率P 称为零功率电平；如测出某点功率为 0的肯定电平即为零；因此,应留意的是：当某一点的肯定电公平于零时,并不表示该点的功率为零；而是有1 毫瓦的功率,更不能认为该点没有电平；由于,当被测功率小于 1 毫瓦时,肯定电平为负值；因此,零电平也表示电平的存在；肯定电平分为肯定功率电平、肯定电压电平和肯定电流电平；虽然,肯定电 平是以 1 毫瓦的功率为基准作为参考功率；但是,由于负载电阻不同,同样是 1毫瓦的功率, 而流过电阻的电流及电阻两端的电压却不同；600 电阻上流过的电
18、流和电阻两端的电压分别是：例如 1 毫瓦的功率在I00P 0.0 0011 . 29mA 111600600UP6000 . 0016000 . 775V 112当被测阻抗不等于600 时,0I,U 明显不是上述值；因此,在测量和运算肯定电压电平和肯定电流电平常, 应以 1 毫瓦功率在被测阻抗两端产生的电压和流过 被测电阻的电流作为参考值；设被测点的功率为P,被测点阻抗为 Z,就：PU2Z电压电平pu10U2=10U2=20 U（db） 113Z 2 U 0U0U0Z名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 式中： U 被
19、测点的电压U0 1 毫瓦的功率在被测电阻上产生的电压电流电平式中：IiP =10 I2Z=10 I2=20 I（db） 114I2 0ZI00I 被测点阻抗流过的电流0I 1 毫瓦的功率在被测阻抗中流过的电流3相对电平相对电平也分为相对功率电平、相对电压电平和相对电流电平相对功率电平是指电路中任意一点的功率 PX与电路中某参考点的功率 P1相比,取常用对数的 10 倍,称为相对功率电平；即：P 10 Px（dbm）1151P相对功率电平的大小,实际上反应了电路的增益或衰减；相对电压电平是指电路中任意一点的电压 用对数的 20 倍称为相对电压电平；即：UX与电路中某参考点的电压相比, 取常P u
20、20U x（db）116U1同样,相对电流电平为：iP20I x（db）1171I4功率电平与电压电平的关系及电平表的使用以上我们讲了肯定电平与相对电平, 又讲了功率电平与电压电平、 电流电平；在一般的试验、测量和运算时, 常常用到的是功率电平和电压电平；电流电平就很少用到；在这里, 我们结合电平表的使用, 介绍功率电平与电压电平之间的关系；我们在测量电平常,都使用电平表,一般的电平表都是以 600 、1 毫瓦定为零功率电平的基准；它相当于一个电压表,它的零刻度是 U 600 .0 001=0.775V 为基准的；因此,假如被测点的阻抗为 600 ,电平表上的读数就是实际的肯定功率电平；假如被
21、测点的阻抗不是 600 ,就不能认为电平表的读数是实际的肯定功率电平,而是电压电平；由于名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - U2 XP10PX10ZX102 U X10600P 0U2U2 0ZX0600=20 U X10600 =20 Z XUX10600118U00 .775ZX式中 UX 为被测电压, ZX 为被测点的阻抗； 118式中的第一项即为电平表电压电平读数；假如被测点的阻抗为 数就是功率电平；如被测点的阻抗不是600 ,式中的其次项即为零；电平表的读 600 时,式中的其次项不为零,电平表的读数称为电
22、压电平, 加上其次项的数值才称为功率电平； 118式中的其次项称之为修正项；在实际的应用中,常用的是肯定电平；因此,如提到电平,假如没有特殊的说明,都是指肯定电平；此外,电平的单位是分贝,在使用中应留意区分；功率电平用 dbm表示；电压电平用 db 表示；我们在测试中常常遇到的被测阻抗值有75、150、400、600 等；表 1 列出了 1 毫瓦的功率在不同的阻抗中与电压、电流的关系及零功率电平与电压电平的关系；表 1 P0与 U0 和 I0的关系功率 P0 （mw）1 1 1 1 1 阻抗 Z （ ）600 400 150 100 75 电压 U0 （V）0775 0632 0387 031
23、6 0274 电流 I 0 （A）000129 000158 000258 000316 000365 功率电平（ dbm）0 0 0 0 0 电压电平（ db）0 -176 -6 -778 -9 在使用电平表测量时, 应留意一般电平表都有平稳测量与不平稳两种,不平衡是指一端接地,另一端不接地；平稳测量是两端均不接地； 一般情形下两种方法均可用,但是某些电路只能使用平稳测量；此外,电平表的测量输入阻抗分为75、100、150、400、600、等如干档位,我们在测量某一个元件上的电平常,应当采纳高阻跨接测量法；即挑选无穷大档位,测量这一点的电压电平； 然后根据被测阻抗的实际值,按 118 式换算
24、成为功率电平；第四节 高频通道的衰耗及测试方法高频信号在传输过程中,由于设备本身和其他的缘由,会造成信号的衰减,称之为衰耗；高频信号依据试验的方法及检查的内容不同而分为各种不同的衰 耗,下面分别介绍几种衰耗的试验方法；1工作衰耗 定义：当负载阻抗与电源内阻相等并直接连接时,负载所得到的最大功率 Pm经过四端网络后负载上所得到的功率 P 之比,取常用对数的 10 倍称为工作衰 耗；即名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - bG=10 Pm（dbm）P工作衰耗说明白四端网络本身的传输才能,或说电源的最大能量被利用的程度；工
25、作衰耗的测试方法如图 5 所示；p2R1p1四端R2p4网络图 5 测量工作衰耗接线图用电压表测量：四端网络输入端的功率PMU12U2 12R 14R 1接入四端网络后负载所得的功率PU2 4R 2工作衰耗为b g10PMU1210U210R 22R 11PU2 4R 2U24R 14R 2U1b G2010U44R 1用电平表测量：名师归纳总结 bGp 1p 410R 2第 11 页,共 14 页4R 1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2传输衰耗 定义：实际情形下的四端网络输入端与输出端的相对电平；cb10P 1P 0由于负载阻抗与四端网络特性阻抗
26、不匹配会引起附加的能量缺失,因此,传 输衰耗一般相对较大些；传输衰耗的试验接线如图 6 所示 p2 u2R1p 1u3四端R2u4p 4网络图 6 传输衰耗试验接线图用电压表测量：P 1b cUU2P 1P 0U2 4310R 23R 1R 21010U2UP 0U2 4R 1用电平表测量：第五节bc1P 1P 2P 410R 22R 1结合滤波器和高频阻波器的现场测试方法一、线路阻波器 1外部检查 2绝缘检查及避雷器放电电压测试 3高频特性试验 由于高压输电线路停电检修的机会很少,阻波器在安装前必需进行高频特性 试验,一般高频特性中堵塞电阻与堵塞阻抗及分流衰耗的两种试验,只做其中一 种即可；
27、堵塞电阻与堵塞阻抗的试验方法有电桥法、比较法和电压法；制造厂一般采用电桥法而用户就采纳电压表法,GB/T7329-98标准中规定用电桥法, 用不同的方法测得的结果有肯定的差异应当说是正常的,过去一直没有引起人们的关注, 近年来由于不再追求某一, 二个窄带内过高的堵塞阻抗名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 值,所以阻波器很少采纳双频调谐电路,而绝大多数采纳定 K型宽带调谐电路；双频电路阻抗特性的特点是在很窄的频带内阻抗很高,超过要求值许多,而未被人们留意这些值是否精确,采纳定 K型宽带调谐电路就不然, 追求的是在保证
28、肯定堵塞阻抗条件下取得最大的带宽,在堵塞边频处的阻抗应等于或略大于要 求值,所以采纳这种调谐电路测得阻抗值已容不得较大的误差；1比较法 比较法的测量接线见图 7 R1pp1阻波器u1振荡器pp2u2R2图 7 比较法的试验接线 用比较法只能测量阻波器阻抗的模值,测量时：转变振荡器的频率,在所测 频率上调整 RO, 倒换开关 K的位置 1 和 2 ,使电平表的读值 P1和 P2 相等,就此时 Z 阻=RO,此法简洁易行且误差较小,缺点是不能测量阻抗的电阻重量值；2电压表法 电压表法的测量接线见图 8 R1阻波器振荡器p1pp2R2图 8 电压表的试验接线用电压表测量时, 指示表计可以用真空管电压
29、表,超高频毫伏表或电平表等；名师归纳总结 在测量时,转变振荡器的频率,在所测频率上倒换开关位置1 和 2,逐一测出电第 13 页,共 14 页压 V1P1 和 V2P2 ,并用以下公式算出阻抗的重量值Z阻 =V 11R2 V2Z =10.005P1P2 1R2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 二、结合滤波器 1绝缘及避雷器放电电压试验 2高频特性测量（1）衰减、输入阻抗测量 a试验室方法 试验接线如图 9 P2v2ACACp1v1R1P3v3L1TCR2P4v4图 9 结合滤波器试验接线图 1图中 V2必需使用平稳式电压表测量, 其它电压可用不平稳电压
30、表或电 平表；2R1,R 2为匹配电阻； 1 输入电阻（ Z 入）V 3R 210logR 2dB电压表法 Z入=V 2 2）衰减（ bg）20 logV 2电压表法 bg = V 44R 1电平法 bg =P 1P 410logR 24 R 1dB三、带实际线路测量 建议试验时,在结合滤波器和线路阻波器所共同掩盖的整个频段上测量 线路衰减；单个元件试验完成后线路两侧对试时,应在两端的线路阻波器后 面接地进行对试；测试时,如衰减过高（与不接地比较） ,或在几千周内有几分贝的起伏,就表示线路阻波器有故障或显现剧烈的线路反常现象,在电力线载波结合设 备试运行之前需作调整；关于结合滤波器、高频电缆及高频通道总衰耗的测量,应以华北电力调度局下发的 高频通道（结合滤波器、高频电缆）检测要求 再赘述；的规定执行；此处不名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 14 页