阻波器特性分析

  全国火电１００－－２００ＭＷ级机组技术协作会年会论文集 电勺 阻波器特性分析 王黎 郭东梅杜月曼武玲 （焦作电厂） 【摘 要】近年来由于高频阻波器故障而引起的继电保护不正确动作时有发生，迫切要求对高频加工设施篚 检查规范化。然而高频阻波器在电力线路上的位置和所受的环境干扰，给检查和分析判断工作带来了极大的困难。 本文粗略地介绍了高频阻波器的作用、工作原理、检查方法和检验测试标准，并通过我厂两例高频阻波器的现场检测， 探讨高频阻波器故障判断的方法。 【关键词】高频阻波器在线阻波器的作用 高频保护是利用电力线载波进行交换信号的，由电力线路和高频阻波器、耦合电容器、结合漉 波器等高频加工设施构成了传递高频信号的高频通道。线路阻波器是串联在电力输电线上的重要设 备，是高频保护必不可少的一个元件，阻止高频信号向不需要的方向传送，同时正常地输送工频 电流。其性能好坏，直接影响着高频保护信号的可靠性，甚至危及继电保护动作的正确性，影响输 供电的正常运行。 １．２阻波器的组成及其工作原理 ＝’＇’ 线路阻波器其实就是由电感器、 电容器及电阻器等组成的带阻滤波器，是并联谐振回路。在某 一频率或频段形成高阻抗区（高频区段），对线路上的高频载波信号呈现很大的阻抗，目的是为了阳 止高频电流流向母线，使高频电流只在本线路上流动，极大地减少衰耗，而同时又不影响５０Ｈｚ工频 电流和其他非谐振频率电流通过。 线路阻波器的组成最重要的包含三个部分，如图ｌ所示： 第一个部分为强流线圈（又称主线圈）ＬＮ，强流线圈是线路阻波器的最主要元件，它直接影响线 路阻波器的特性，决定它的阻塞能力： 第二部分为阻波器调谐元件ＴＤ，调谐元件是构成线路阻波器的辅助元件， 最大的作用是用来进 行回路调谐，和主电感强流线圈配合， 得到所需要的阻抗曲线； 第三部分为保护调谐元件的避雷器ＬＡ，保护元件大多数都用在保护线路阻波器不受瞬时过电压的损 坏。 ２１３

  全国火电１００－－２００ＭＷ级机组技术协作会年会论文集 电气 图１线路阻波器电原理图 阻波器阻塞频带主要决定于主线圈的电感器和凋谐元件的电容、电感和电阻量。 目前，国内阻波器按调谐器特性划分大致有六种：单频、双频、定Ｋ型宽频、高通滤波器、三 回路电阻型及无调谐阻波器。使用较多的是单频阻波器和定Ｋ型宽带阻波器，单频、双频电路阻抗 特性的特点是在很窄的频带内阻抗很高，超过要求值很多，但阻塞频带窄，阻抗曲线尖锐，易受电 力线路分布参数的影响，造成谐振点漂移。采用定Ｋ型调谐：电路则不然，追求的是在保证一定阻塞 阻抗条件下取得最大的带宽，在阻塞边频处的阻抗应等于或略大于要求值。目前使用的阻波器，多数 为宽频带阻波器，单频阻波器用得比较少。 １．３阻波器的特性要求 有关规程规定：高频加工设施由变电站统一管理，变电站必须建立相应的技术档案，各变电分局 （工区）应根据有关法律法规规程与线路停电检修结台，由继电保护专业技术人员配台修校．同时，还规定新建， 改建的输变电工程完工投产运行时一定要具有完整的高频加工设施的技术资料及试验报告，否则不得 投人运行．阻波器在安装前一定要进行高频特性试验，一般高频特性中阻塞电阻与阻塞阻抗及分 流衰耗的两种试验，只做其中一种即可。对运行中的高频阻波器每３－－一５年进行一次试验，并应满 足规程的要求，对单频阻波器，阻塞阻抗应大于１０００欧，对宽频阻波器，其阻塞阻抗应大于８００欧，电 阻分量应大于５７０欧，分流衰耗小于２．６ｄＢ。 高频阻波器的特性要求是从两个方面考虑的： （１）对高频信号来说，分流衰耗要小。 （２）能承受电力线的最大工频电流，且有较小的工频损耗。 ２阻波器的检测的新方法 高频通道中阻波器元件损坏的事时有发生，造成高频保护收发信机收信电平降低，直接影响高频 保护和安全自动装置的可靠运行。正常的情况下，线路阻波器的故障检查或预防性试验要求将线路停 电，把阻波器从线路拆除吊下在地面测试，由于阻波器本体重量高、体积大、安装的地方高，加上有的 变电站场地窄小，而且与其它带电部分距离比较近，升降车无法靠近作业点，因而对阻波器进行定期 检验难度大。所以多年来线路阻波器的测试很少有人按规程去进行，致使我们对线路阻波器一直缺 乏足够的管理维护经验。许多地方的线路阻波器一上线路就一劳永逸，不是出现影响到强电运行的 重大问题，很少有人去关注、去测试调整。 目前，高频通道的质量上的问题已成为影响高频保护可靠性 的根本原因之一，而这其中，不少问题又是由线路阻波器的故障引起的，所以，近几年来要求我们 加强高频加工设施维护检查的力度并将其规范化。而未解决阻波器定检困难的问题，使用起来更便捷有效 ２１４

  全国火电１００－－２００ＭＷ级机组技术协作会年会论文集 电气 的在线检测的新方法特别的重要，而且近几年出现的阻波器滤波器测试仪，也给我们的测试工作带来了极 大的便利。 线路阻波器的在线测试可分为停电和不停电两种状态，检验内容有外部检查、绝缘检查和 阻塞阻抗特性测试。 ２．１外部检查 ，外部检查是在停电状态下，攀上线路阻波器， 对其进行外部直观的检查，也可在不停电时用望 远镜做部分项目的检查。主要内容有： （１）检查强流线圈的导线有无损坏、断股， 金具是否牢固、焊点有无脱焊、螺丝有无松动， 调谐元件和避雷器是否齐全，调谐元件盒是否严密，有无烧焦痕迹等， 同时还应清理内部杂物和元 件上的灰尘、油垢等。 （２）对新阻波器，要核对其型号、 规格和技术指标与原设计的基本要求相不相符；对旧阻波器，要 核对其指标是否还能满足规定的要求。 ２．２绝缘检查 用２５００Ｖ摇表测定绝缘电阻。将摇表的接地端子接在调谐元件的外壳上，另一端依次接到 不接外壳的端子上。在检查调谐元件时应将强流线圈断开，所测得的绝缘电阻应大于１００兆 欧。 ２．３阻波器阻塞阻抗特性测试 （１）停运阻波器的检测 天气条件及作业现场要求 阻波器测试过程中要求室外天气无雨雪，温度０～３５； 工作区间与带电部位的安全距离符合《电业安全工作规程（发电厂和变电所电气部分）》 要求； 工作区间断路器在断开位置，隔离开关确己拉开，线路侧接地刀闸确已合上，高压线路 停电并挂接地线。 阻塞性能测试分两种情况，一种是安装前的验收试验，需要较高的准确度。另一种是运 行期间的例行检查或发现载波通道质量异常时对通道设备做分析测试。这种情况下的测试 目的主要是了解阻波器出没出现故障，测试数据只要求能够明确反映阻抗特性曲线的大体形 状是不是正常，因而不需要非常高的测试精度，可以在不拆下阻波器的条件下，来测试。 ‘部分检验时，可采用拉合线路两侧接地刀闸的方法对阻波器的阻塞性能进行判断。断开 线路两侧的开关及隔离刀闸，分别在线路测接地刀闸合上与断开的情况下测试结合滤波器线 路侧的收发信电平。在本侧高频通道其它结合加工设施正常的情况下该电平值前后相差不大 于２．６ｄＢ时可认为阻波器阻塞性能完好，不必对其进行细致的检验。 （２）运行阻波器的在线检测 高频阻波器是串联在一次线路上的，线路不停电是不可能直接对高频阻波器进行全方位检查，因此， 在运行线路上只可以通过各种间接的方法对高频阻波器的工作状态进行判断。 ２１５

  全国火电１００－－２００ＭＷ级机组技术协作会年会论文集 电气 Ａ近端跨越衰耗的测试 Ｂ高频电缆输入阻抗的测试 ３线路阻波器非正常运作情况分析 主要体现为以下几种情形： （１）线路阻波器允许电流和线路电流不符 这样的一种情况很容易危及输电线路，能够最终靠外部检查和核查设备铭牌来获知。 （２）线路阻波器阻塞频带和信号频率不符 能够最终靠校验阻波器的阻塞特性和分流衰耗来判断相不相符。 （３）阻波器失谐 阻波器出现一些明显的异常问题最多的是调谐元件，调谐元件损坏或老化，会使其失谐或失去阻塞作用，造成衰 耗增大和阻塞特性变化。 （４）避雷器击穿爆炸 避雷器如果长期不做预防性试验和检查维修，可能由于老化而致使绝缘降低，击穿电压下降， 非常容易导致热击穿，可能会导致爆炸。这是常见故障。 （５）避雷器及调谐元件盒断线 有些线路阻波器避雷器及调谐元件盒的引线由于未经进一步处理，长时间运行易使其结合部分 断裂，使避雷器退出，被保护元件击穿烧毁或调谐元件退出，从而使阻波器失去阻塞作用。 （６）避雷器放电间隙击穿 有些避雷器氧化锌阀片带有串联间隙，经多次放电后间隙会被短路，阀片电容引入，会影响线）主线圈是用粗大的裸铝扁导线经特殊加工组成，在设计和选型时已考虑该线路的极限短路 电流，都能经受热稳定和电动力冲击，正常情况下不会损坏。即使强流线圈层间击穿、放电，也会有烧焦痕 迹，有迹可寻。 根据多年来的运行经验，阻波器故障较多是由避雷器故障和调谐电路故障造成的。 ４阻波器的故障判别 正常的情况下，阻波器阻塞电阻与阻塞阻抗及分流衰耗的两种试验中，只做其中一种即可， 所以在线测试时，我们一般只做阻塞特性试验。但是在线测试会受到如天气条件和现场环境、 操作干扰等诸如此类的影响，致使测试数据不准确，给我们的判断带来极大的困难。我厂使用的是 宽频阻波器，下面以我厂两例阻波器阻塞特性的现场检测为例，来分析高频阻波器的故障状况，从 而判断的故障点，为消除故障提供相关依据。 ４．１阻波器在线ＭＷ级机组技术协作会年会论文集 ４．２宽频阻波器的阻塞特性曲线阻波器在线测试的接线方式 Ｚａｆ Ｒｍ Ｒ奠 一一一 ，Ｉ ，ｑ＼九 ．， ＼＼．‘ 图３阻塞特性曲线阻波器测试实例 我们在我厂某线路的阻波器定检中发现所测得的Ａ、ｃ相阻波器的阻塞特性曲线和数据相差｛ 大，由于测试时两者所处的天气条件和现场环境干扰相同，阻波器的型号也一样，一般的情况下，！ 验数据应该相差不大，并且都应符合阻波器的特性要求，即在阻塞频段内，阻塞阻抗应大于８００欧 电阻分量应大于５７０欧。如图所示，图４为Ａ相阻波器的阻塞特性曲线为Ｃ相阻波卓 的阻塞特性曲线和数据，由图能够准确的看出Ａ相的阻波器符合其特性要求，Ｃ相阻波器的特性非常不好 即使在调谐频率电阻分量都达不到标准。而且总的来看，在阻塞频段内阻抗值大得离谱，有的竟ｉ 高达２０００欧以上，而电阻分量有的却不足５７０欧而且变化幅度很大，由此能够看出阻波器呈现感性 失去容性补偿，有可能是因为调谐元件已经失去其作用或者是起的作用已经很小了。这样的一种情况刁 可能影响系统频率的串扰；如果变电站的母线对地阻抗与它形成串联谐振，使高频信号短路，还专 使分流损失增加。 ２１

  仝周火电１００－－２００ＭＷ级机目技术协作台年会论文集 屯气 阻波器的阻塞特性曲线 ｃ相阻波器的阻睾特性曲线ＭＷ级帆组技术协作会年会论文集 电气 造成这种情况的原刚．存在着三种可能性： （１）阻波器失谐：它会使阻波器失喈或失去阻塞作用，造成衰耗增大和阻塞特性变化。 （２）避甭器及调谐元件盒断线：会使避雷器退出，被保护元件击穿烧毁或调谐元件退出．从而 使阻波器失去阻塞作用．这种情况能够最终靠外部榆有初步判断出来。 （３）避雷器放电问隙击穿：若阀片电容引入．会影响线路阻波器特性。 从特性曲线Ｊ：可咀看出，阻抗并不是随频率的升高而增大的，说明调谐元件并没有完全失去调 睹作用．还足存在者一定的容性分量。找们通过外部检查，发现调谐元什盒很严密，无烧焦痕迹。 我们就怀疑是避雷器的问题，如粜避雷器的放电问隙被击穿，引入了。定的阎Ｈ电容，使得调谐元 件退出，就非常有可能造成上面所述的试验结果。于是我们更换了Ｃ相阻渡器中的避雷器，又重新进行 了阻塞特性试验，试验的曲线所示，结果显示其阻抗和电阻分量都符合特性要求。 皿翼鬻妻 图６ Ｃ相阻波器的阻塞特性曲线结论 我们该加强高频加工设施维护检查的力度并将其规范化，而使用起来更便捷有效的在线检测的新方法尤 为重要，如何通过测试数据判断高频加工设施的故障点并快速有效地进行故障排除也就成为通道维 护的一个重要的课题。针对阻波器而占，正常的情况下，高频特性中阻塞电阻与阻塞阻抗及分流 衰耗的两种试验中，只做其中种即可，所以在线测试时，我们一般只做阻塞特性试验，然 鼍＿－器嚣皇誊怒嚣麓嚣 隧量薯塞豢蒌翌 髫拳譬嚣嚣嚣嚣 器慧渣磐 豢釜塞

  全国火电１００－－２００ＭＷ级机组技术协作会年会论文集 电气 后分析阻塞特性曲线，判断阻波器是不是正常和能否投入运行，若不正常，判断出故障点。这 些都具有很重要的意义，也会为我们积累一些高频通道的管理维护经验。 参考文献： 究院 ［１］《交流电力系统阻波器中华人民共和国国家标准》 ［２］《高频通道学习班讲义》 ［３］《河南电网继电保护高频通道加工设施检验办法》 国家技术监督局 北京电力设备总厂 河南电力试验研究院 ［４］。《河南电网高频通道测试及继电保护新技术研讨会技术交流资料》河南电力调度通信中心、河南电力试验研 ［５］《电力线载波通道调试规范》 北京电力设备总厂 作者简介： 王黎：女，工程师，电力工程硕士学位，研究方向：电力系统继电保护专业，焦作电厂 联系方式：河南焦作电厂电检分公司，邮编：４５４１００ 电线