阻波器基础原理与测试方法

阻波器基础原理与测试方法

  通常近似地认为 Zsr、Zx 具有纯电阻性，并且结合滤波器为了获得较宽的通 频带，在回波衰损指标允许的条件下其线路侧实际阻抗 Zx 一般稍大于其标称阻 抗，而其标称阻抗通常与线路输入阻抗 Zsr 取同一数值，故可令 Zx=KZsr, 入上式后：

  变电站高频等效阻抗对载波通道的分流影响用分流损耗表示， 分流损耗又称 作变电站的介入损耗。所谓介入损耗，顾名思义，就是这一个具有分流作用的阻抗 介入载波通道前后，载波通道（线路或结合设备）所获得功率相对比值的对数的 10 倍，如式（1）所示。它反映的是收信功率的相对变化量，而不是收信功率绝 对变化量（瓦数）的绝对电平值。 如果对公式中的分子分母同时除以 1mW,那么分流损耗就从形式上化为通道 介入上述分流阻抗前后两种状态下所获得的绝对功率电平的差值。

  如果用 Zsr 表示线路单相导线对地输入阻抗，用 Zx 表示结合滤波器线路侧 输入输出阻抗，根据理论推导，变电站单相阻抗（包含阻波器阻抗）在所在一相 内部形成的分流损耗与各阻抗的关系如下：

  这是计算变电站（包括所串联的阻波器阻抗）分流损耗的基本公式，此公 式说明： （1） 结合设备回波损耗越小， 其线路侧实际输入输出阻抗越高(Kr 值越大), 变电站高频阻抗的分流损耗越大。 （2） 变电站一侧高频阻抗（包括阻波器阻抗）模值越大,分流损耗越小。

  （1） 结合设备线路侧输入输出阻抗 Zx=0 或线路输入输出阻抗 Zsr=0 时， 分流损耗恒为 0，不受变电站阻抗大小的影响。可见，阻波器后边刀闸打开与闭 合时如果通道总衰耗不变， 意味着进行刀闸操作的一端线路阻抗或结合设备线，这显然是不正常的工况。 （2）变电站阻抗和阻波器阻抗为 0 时，分流损耗为无穷大，不受结合设备 阻抗和线路阻抗的影响。这更是麻烦事。 假定分流阻抗（包括变电站高频等效阻抗和阻波器的阻抗）为复阻抗 Zb=RbjXb，将此式带入（2）后，得出：

  电阻分量为主，母线阻抗通常只会减小，除非阻波器的边界频率，含有较大的电 抗分量时可能被母线阻抗抵消。显然，正常的情况下，阻波器后边连接母线时的分 流损耗应当小于阻波器后边直接接地时的分流损耗。 由此能够知道，载波通道由带母线运行（相当于经母线高频阻抗间接接地） 突然转入阻波器后边直接接地后， 收信电平的降低量并不等于阻波器后边直接接 地时的分流损耗，而是两种状态下的分流损耗的差值，如果阻波器无故障，这个 变化量显然要小于由阻波器后边悬空而转入直接接地时的收信电平变化量（3dB 甚至 3.1dB） 。 高频保护收发信机的 3dB 储备电平一旦消失，就要告警。根据以上分析， 3dB 储备电平的设置显然应当以带母线正常运行时的收信电平为基准。 由下文的 分析计算不难得知， 如果以一端甚至两端阻波器后边悬空时的收信电平为基准收 信电平，那么即使阻波器正常无故障，接地刀闸闭合后也可能告警，这显然是过 于严格的。

  载波通道加工设施。 3． 阻波器分流损耗的担保值 按照标准，阻波器制造厂测算分流损耗时，通常忽略母线阻抗，而将阻波器 后面直接接地。这种条件下测定的分流损耗称为以阻塞阻抗为基准的分流损耗。 阻波器后边刀闸接地时所测定的分流损耗， 就是以阻波器阻塞阻抗为基准的对实 际载波通道形成的分流损耗。 另一种方法是认为母线高频阻抗的电阻分量为 0，而电抗分量将好抵消阻波 器阻塞阻抗中的电抗分量， 使变电站一侧的阻塞阻抗只剩下阻塞阻抗中的电阻分 量即阻塞电阻， 这时的分流损耗称为以阻塞电阻为基准的分流损耗，这种分流损 耗显然大于以阻塞阻抗为基准的分流损耗。 按照国际标准和国家标准， 无论是以阻塞电阻为基准的分流损耗还是以阻塞 阻抗为基准的分流损耗， 在阻波器工厂测试时，都认为结合设备线路侧阻抗与线 路阻抗相等，为纯电阻性，其数值为用户所提供的输电线路的特性阻抗。在这种 设计和检验测试条件下，工厂担保以阻塞电阻为基准的分流损耗不大于 2.6dB, 这要 求阻塞电阻不小于线 倍的。按照这一标准，线kV 以下线路） ，阻波器阻塞电阻下限为 570 欧，线kV 线路） ，阻塞电阻下限为 424—425 欧姆。国产阻波器一般情 况下按 570 欧阻塞电阻供货，除非少数用于超高压线 欧姆）的阻波器要 求带宽较大，按 570 欧姆设计时带宽不能满足规定的要求，才将阻塞电阻设计为 425 欧姆。 以阻塞电阻为基准的分流损耗的测量挺麻烦， 需要用阻抗分析仪或电桥 才能快速测量。80 年代以前，阻波器只按阻抗模值供货，自 80 年代后期，国内 阻波器工厂才按阻塞电阻或以阻塞电阻为基准的分流损耗设计制造产品。 在带阻式宽带阻波器的中心频率和高阻式宽带阻波器的较高频段， 阻塞阻抗 的电抗分量可忽略，两种分流损耗差别不大。 4 母线高频阻抗对分流损耗的影响 阻波器接入系统并且送电运行时，分流损耗不完全取决于阻波器阻抗的大 小，显然还与阻波器后边所连接的母线对地阻抗有关。母线， 因而多数情况小具有减小分流损耗的趋势。尤其是按阻塞电阻设计的阻波器，因

  5 结合设备对阻波器分流损耗的影响 阻波器介入系统并且后边接地时， 其工作条件与标准规定的实验条件有很大 出入， 其中最大的差别之一是， 结合设备线路侧的实际阻抗并不等于线路特性阻 抗而往往更高。结合设备回波损耗指标越低，实际阻抗对其标称值的比值 Kr 越 大。由公式（4）可以计算，结合设备的 Kr 越大，阻波器后边接地（经母线高频 阻抗接地或经刀闸直接接地）时的分流损耗越大。按公式（4）计算，如果忽略 阻波器阻塞阻抗中的电抗分量， 那么在阻波器后边经刀闸直接接地时，分流损耗 如表 1 所示。

  由此式能够准确的看出:增加变电站高频阻抗中的电阻和电抗分量都能减小其分 流损耗，但增加电抗分量效果更为显著。在电阻分量一定时，增大电抗分量只会 使分流损耗更小。 为此， 工程上一般都用阻波器阻塞阻抗中的电阻分量最低值来保证分流损耗 不大于某一数值。 在电阻分量有保障的条件下，变电站等效阻抗中电抗分量和电 阻分量的附加，只会使其分流损耗小于更小。 大部分变电站具有一定的高频等效阻抗，在某些频段，即使不用阻波器也不 会出现不允许的分流损耗。 但是： （1）母线阻抗与频率有复杂的关系，不能确保所使用的任何频率上具有足 够高的阻抗，个别频率阻抗可能很低。 （2）变电站母线运行方式不是固定不变，运行方式变化后，高频阻抗将发 生变化， 进而使分流损耗和载波通道的总衰耗发生变化， 造成信号传输质量不稳。 （3）当母线出现接地故障时，母线阻抗突然降低，如果没有阻波器的阻当， 载波通道信号会流失严重，造成母线故障瞬间通道总衰耗异常增大， （见《阻波 器故障隐蔽性及其危害》。 ） （4）一条母线往往接有多条线路，如果各条线路上没有阻波器的阻塞，信 号就可以相互串扰。母线对地阻抗越高，这种串扰越严重。 考虑以上四点，即使变电站自身的高频等效阻抗比较高，分流损耗比较小， 往往也需要装设一种有充足阻抗的信号阻塞专用设备， 限制变电站在各种条件 下的分流损耗，保证任何情况下分流损耗不大于规定值。这种设备叫阻波器。阻 波器大大地改善了与母线相连的高频通道的质量和稳定能力， 对工频电网具有一种 高频加工或处理的功效， 使载波信号的传输由不可能变为可能，由不稳定变为稳 定，并在某些特定的程度上限制了各通道之间的相互干扰，故而，阻波器又称作电力线

  P∞——Zb 为无穷大时（阻波器后面开路） ，线路上获得的功率。 Po——Zb 不为无穷大时（介入母线等设备） ，线路上所获得的功率。 如果通道所获得的功率以某种比例降低， 那么通道末端收信设备所获得的功 率势必以同样的比例降低。 因而，通道所获得的功率电平如果因变电设备分流而 下降 At,那么通道末端的收信电平势必也降低 At。根据这一原理，具有分流作用 的变电设备或阻波器连接通道前后， 通道收信端收信电平的降低量就是分流损耗 的数值。 换句话说， 我们大家可以用拉合线路某一端开关并测量收信端电平变化量的 办法来测定出这一端所带设备的分流损耗。 在一端状态（比如阻波器后边接地刀闸闭合）固定后，另一端连接不连接所 带的变电设备所引起的收信功率的相对变化是以对端所引起的降低为基础。 如果 在这个基础上，本端阻波器后边由悬空（阻波器不介入通道）转入直接接地或经 变电设备高频阻抗接地后， 由于分流的作用，收信电平必定在原来已经降低的基 础上按某一比例继续降低。 显然，两端阻波器后边接地形成的总影响等于两端接 地前后功率比值的乘积，对这个比值的乘积取对数，等于两个比值的对数之和， 因此，两端的总分流损耗显然等于各端的分流损耗之和。 线路两端所连接的变电设备规格和尺寸可能不同，高频阻抗可能不等，因而 两端的分流损耗不一定相等，各有各的数值。通常，在串联有规格相同并且阻抗 很高的阻波器后，两端的分流损耗差异不大。 2．2 分流损耗的理论计算和阻波器的重要意义

  2、论 PLC 通道传输衰耗的不对称性 3、阻波器在相相耦合通道中的分流损耗 4、阻波器故障隐蔽性及其危害 5、调谐元件故障分析与判断 6、载波通道理论小结与故障处理要点 7、阻波器避雷器和调谐元件的选择与更换 8、结合设备原理与测试

  1． 变电站母线的高频特性及其对载波通道的并联分流作用 阻波器串联插入在母线与耦合电容器在输电线的接点之间，阻波器后边除 母线外，还有隔离开关、断路器、互感器等。母线上接有其他方向的线路以及变 压器等。 同一母线其他输电线路无论是不是复用载波通信，都对载波信号表现出一 定的对地阻抗。变压器、互感器、开关等具有对地杂散电容，母线自身除带有分 布电容外，还有分布电感、分布电阻和电导。这种具有分布参数的导体将所有高 压设备的对地电容以及所有进出线的阻抗连接起来，形成一个很复杂的网路， 对不同的频率以及接在不同位置的线路，表现出不同的复阻抗。这些复阻抗被称 作母线或变电设备的对地高频等效阻抗，以 Zb 表示。 这一高频等效阻抗对于沿线路传来的载波信号而言， 相当于与结合设备并联 连连接， 对于从结合设备发往线路的信号而言， 这一阻抗则与线路并联 （见下图） 。 因此对于载波通道的任一方向的信号， 变电站的高频阻抗都会产生并联分流的影 响，使通道中的信号减小。由于线路及结合设备具备了一定数值的阻抗（例如 400 欧姆） ，变电站母线高频等效阻抗越小，所分掉的载波电流越大，阻抗越高，所 分掉的电流越小。只有隔离开关和接地刀闸打开时，才不会产生分流影响。