高频通道基础知识简介

继电保护用高频通道知识简介

继电保护用高频通道是闭锁式纵联保护重要的组成部分，事关纵联保护能否正常运行及正确动作。在现实工作中高频通道异常是造成纵联保护被迫退出的主要原因。本文将较全面的对高频通道及其异常情况进行分析，供大家在工作中参考。

一、高频通道的构成情况：

1．输电线路

尽管我们平时并不注意，其实输电线路是高频信号传输的必由通道。我们常见的情况是线路检修时，如果线路上挂有地线，则高频信号的传输就会产生极大的衰耗，基本上不能在两侧间传输。闭锁式高频保护的通道一般采用相－地制，也就是说高频信号被调制设备耦合在输电线路和大地之间。正常情况下高频信号除了在输电线路上传播外还会在大地中进行传播，其中由于地阻抗很大所以高频信号在输电线路上传播占主体。输电线路除了耦合电容器连接的相别是高频通道外，另外两相输电线路由于和被耦合相线路之间存在电容等耦合途径也会成为高频信号传输的通道。考虑到中间相（一般为B相）与另外两相耦合关系最紧密、相应的阻抗最小，所以一般认为高频通道采用中间相最佳。而我们实际工作中，中间相往往被通讯专业使用，继电保护一般使用A、C相。另外输电线路作为高频信号传输通道其输入阻抗这一参数我们必须给予重视，常见的220kV输电线路不分裂的导线输入阻抗为400欧姆，双分裂的导线输入阻抗为300欧姆。请大家参照

实际情况正确整定结合滤波器相应的线路侧阻抗情况。

2．高频阻波器

它是一个高频谐振回路，对高频信号呈高阻抗，可以有效的将高频信号限制在两侧阻波器之间，一来防止高频信号流到其它线路造成对其它设备的干扰，二来可以减少高频信号的分流衰耗。

阻波器损坏，常见现象就是高频对试时收讯电平的降低。阻波器对工频信号呈低阻性，可以保证电能传输不受阻碍。

3．耦合电容器和结合滤波器

两者共同组成滤波器，允许高频信号流过，阻止工频信号侵入收发讯机。同时还实现高频电缆和输电线路的阻抗匹配，保证高频信号的可靠高效传输。这里我们需要注意耦合电容器电容量和结合滤波器相匹配的问题，实际工作中存在两者阻抗不匹配的情况会影响信号的传输。另外，在进行结合滤波器的调整时我们还要注意输电线和高频电缆的阻抗匹配情况，减少传输衰耗。4．高频电缆

高频电缆将收发讯机和结合滤波器结合起来。现在常用的高频电缆的特性阻抗为75欧。

5．保护间隙

保护间隙位于结合滤波器和耦合电容器之间。防止过电压造成收发讯机和高频电缆的损坏。新型的结合滤波器中放电器（避雷器）替代了保护间隙，但由于无法从外观确定放电器的状态，因此也存在其击穿造成高频信号无法传递的隐患。

6．接地刀闸

在高频通道上工作时，应将其合入以保证人身安全。但一定要注意的是高频保护运行中不能合入，否则高频信号会被直接导入地，无法在保护间传送，从而在系统发生故障时造成保护不正确动作。

7．高频收发讯机

高频收发讯机用来发出和接收高频信号，与保护装置进行逻辑上的配合。收发讯机的简化原理图如图一所示，图中虚线框内部分为收发讯机。

图一收发讯机简化原理图

其中晶振电路利用晶振芯片提供工作频率的信号f0给发讯回路，提供另一频率为fl＝f0＋12KHZ的信号给解调回路用于进行

信号解调最后形成12KHZ中频信号供收发讯机用来进行解调、放大、输出。前置放大和功率放大元件共同构成信号的发大回路；

滤波元件的作用主要是保证滤除非工作频率的信号，保证收发讯机的正常运行。这里需要注意的是滤波元件的工作频率与收发讯机工作频率必须保持一致且一般无法整定，因此一旦该元件损坏我们无法简单随意的更换其它备件来解决问题，即使有些型号的收发讯机的滤波插件的频率能够现场整定，考虑到现场工作条件以及元件品质、特性等问题我们也不主张现场变更滤波元件的工作频率。控制电路是整个收发讯机的控制单元，它最主要的功能是从保护装置接到发讯的命令后将晶振电路提供的工作频率信号提供给放大回路从而实现发信。它还控制信号切换回路保证一旦本机发讯时，高频信号从前置放大回路单独提供给收信解调回路且断开对侧信号进入的通道，而在只有对侧发讯时收到的对侧的高频信号单独进入收讯解调回路，这种功能可以保证在两侧均发讯时不会出现因为两侧信号混叠可能造成的差排现象。解调输出元件主要是类似触发器的功能，一旦收到信号即动作并提供开关量输出告知保护装置。

二、高频通道检查

闭锁式纵联保护对高频通道的依赖性非常高，如果通道不正常就会造成保护的不正确动作。而由于闭锁式纵联保护的通道在正常时没有监视信号传递，我们无法察觉通道中存在的不正常状态。因此闭锁式纵联保护中专门设立了通道对试逻辑，通过运行

人员进行的通道对试试验可以检查包括两侧保护装置、收发讯机及高频通道在内的与闭锁式纵联保护正确动作有关的各个环节，如图二所示。

图二通道对试试验可以检查的各个环节示意图高频通道对试的过程一般为：启动对试侧按下试验按钮后启动发讯200毫秒（一般不能被我们注意到，可以不考虑）然后停讯，对侧收到信号后连续发讯10秒，本侧在连续收到对侧信号5秒后开始再次发讯10秒。因此一个高频通道对试过程约为15秒。通道中的信号与时间的对应关系如表一所示：

表一通道对试信号分时情况表

对试过程中应注意上述对试过程是否完整以及信号裕度指示与正常值是否一致，特别是有无通道告警信号。整个过程中我们应注意前5秒（对侧信号）以及后5秒（本测信号）的信号情况，而对于中间阶段的信号因为其是两侧信号的叠加因此没有实际意

义。另外，收发讯机提供的信号指示表（灯）的指针指示的功率或裕度情况只有参考意义，用来定性的确定信号传输情况是否正常，其具体读数不能用作定量分析。整个对试过程的逻辑部分由继电保护装置控制，因此我们通过对试试验也可以检查纵联保护装置与收发讯机之间联系的正确性。

三、通道异常检查示范方案

1. 高频通道异常现象中最常见的是通道对试试验不能完成，处理这

种情况可遵循如下原则：

1.1外观检查：两侧的收发讯机、保护装置是否正常，有无异常及电

源损坏的情况。

1.2按通道试验按钮，检查收发讯机有无发讯指示：

判断收发讯机是否发讯可以观察收发讯机发讯指示灯是否点亮及信号指示表（灯）的指示情况。发讯指示灯通常接在收发讯机的控制回路，当收到继电保护装置的发讯命令时点亮并启动发讯，此灯一般为自保持。信号指示表一般接在收发讯机与高频电缆的连接处，反应通道口的信号情况。因为通道试验时本侧最初只发讯200毫秒，因此对信号指示表的观察应该仔细。通道试验的检查两侧均应进行，以大致的确定问题所在。

?如果按下试验按钮后收发讯机无任何反应应检查：

●收发讯机各电源是否良好；有无异常信号；

●试验按钮接触是否良好；

●按下试验按钮后，检查继电保护装置是否有通道试验的开关量

输入；

●继电保护装置的发讯接点是否导通；

●在未发讯状态时，继电保护发讯接点两端是否有电位，即收发

讯机开关量公共正电和发讯输入端间的电位，一般为直流24V。

此项检查宜在保护装置端子排和收发讯机端子排分别进行；

●收发讯机切换把手的接点导通情况；

●在收发讯机背板端子排上用开入量公共正电点启动发讯开入

端，检查收发讯机是否发讯；

?如果按下收发讯机后发讯指示灯点亮，而信号（功率）指示灯

无指示应检查：

●令收发讯机发讯（通道试验或点启动发讯开入）用选频电平

表测量通道口处信号情况，以确认信号指示表是否指示正确；

●在收发讯机发讯状态下测量收发讯机载供（晶振）、前置放大、

功率放大、线滤等插件处的电平情况，以确定问题所在；

●如果载供（晶振）处信号正常，而在收发讯机发讯指示灯点亮

的情况下无高频信号输出，可怀疑控制回路（接口插件）存在

问题；

1.3收发讯机有发讯指示收发讯机通道口有信号，检查本侧高频通道：

?如果结合滤波器电缆侧无信号的情况下应检查：

●一般认为高频电缆存在问题，最常见的为高频电缆断线。推荐

检查方法为自收发讯机出口断开高频电缆与收发讯机的连接，

将高频电缆的芯线和屏蔽线短接并接地。在结合滤波器处分别

测量芯线和屏蔽层以及分别对地的电阻情况即可确定高频电缆是否有断线。当然如果高频电缆断线了是很难采用常规方法检查到的，一旦发生大多只能更换电缆。因此我们在高频电缆的铺设过程中一定要防止出现挤压、严重弯曲等现象，也要采取必要的防冻措施避免高频电缆因冰冻受损。

●如果高频电缆没有断线情况，我们还要考虑是否存在高频电缆

的长度接近高频信号波长的四分之一或四分之一的整数倍。这时也会出现高频电缆类似开路的情况，从而使高频信号不能传输。尽管这种情况很少见，我们也要给予重视。

●还有一种情况也很少见，就是高频电缆与结合滤波器以及收发

讯不匹配。目前高频保护的通道中收发讯以及高频电缆一般均采用75欧姆的阻抗，但在早期也曾经使用过100欧姆的高频电缆。这时就会造成通道不匹配的情况出现，从而使的通道衰耗急剧变大，出现高频信号近似不能传递的情况。

●还需要检查高频电缆的芯线与屏蔽线或地线有无短路的情况。

因为高频电缆芯线裸露较长或屏蔽层处理不好以及芯线和屏蔽层之间绝缘损坏都会造成芯线与屏蔽层之间发生短路，从而造成高频信号被短路点屏蔽。

?结合滤波器电缆侧有信号而耦合电容器侧无信号的情况下应

检查：

●检查耦合电容器内部有无断线、虚接，短路的情况；

●检查结合滤波器处接地刀闸位置是否在合位，以及有无类似的

接地短路情况；

●还可能存在结合滤波器内部放电器（避雷器）击穿的情况；

●注意在耦合电容器和结合滤波器之间串接的设备（比如电压抽

取装置）是否存在异常。

●有时候在结合滤波器内部耦合电容器侧测量有信号而到结合

滤波器外部与耦合电容器连接部分测量没有信号，这种情况一般为连接不好，或是外部接线锈蚀严重导致信号衰耗过大；

1.4本侧发讯正常，在耦合电容器处（结合滤波器耦合电容器侧，推

荐在外部接线处测量）测量信号正常的情况下，考虑对侧配合检查：

?如果发讯侧信号检查正常，而收讯侧收发讯机没有收讯指示则

注意检查：

●令本侧收发讯机长发讯（短接收发讯机起讯接点，但注意不要

时间太长，否则会对发讯回路特别是功放元件造成损坏），收讯侧无收讯指示，在收发讯机通道口测量有无信号，如果信号正常而收发讯机无收讯指示则可以参考说明书分别在收发讯机滤波单元、收讯单元、解调单元等处的测点测量信号状态以确定问题所在。这里还要考虑控制单元是否有问题，因为如果信号切换部分如果不能正常工作也会造成信号不能进入收发讯机解调单元。

●令本侧收发讯机长发讯（短接收发讯机起讯接点，但注意不要

时间太长，否则会对发讯回路特别是功放元件造成损坏），如

果在收发讯机通道口测量高频信号不正常，则应分别在结合滤波器耦合电容器侧、结合滤波器高频电缆侧处测量高频信号，检查有无异常，从而确定或排除异常点。具体的检查方法可以参照上面描述的发讯侧发讯回路的检查方法。

1.5 对侧发讯及本侧收讯均正常，而本侧能在收到信号后不能发讯

从而不能完成通道对试逻辑时应注意检查：

●本侧收发讯机收讯输出单元是否有问题，测量在收讯时收讯输

出的接点是否闭合；

●在收讯输出接点闭合的情况下，检查保护装置是否有收讯开关

量输入；

●检查本侧按下通道试验按钮时本侧收发讯机是否能发讯；（具

体方法见1.2）

2. 通道衰耗过大

为了保证高频保护的可靠运行，我们对高频信号的大小有着明确的要求。一般情况下我们要求收到的高频信号裕度约为15db，也就是说信号大小比收发讯机的启动电平（信号达到这个大小，收发讯机就认为收到了信号，收讯输出接点闭合）高15db。此信号裕度大小不是越大越好，因为裕度大则意味着发讯功率大，这样会影响收发讯机的使用寿命。另外信号强度过大还会影响信号的质量容易产生失真。当然信号裕度小则是更严重的问题，因为如果信号裕度小则容易因各种因素的影响造成收到的信号低于收发讯机的启动电平，从而存在区外故障时

无法收到闭锁信号的潜在危险。我们现在规定如果收到的信号裕度小于8.686db时要退出纵联保护。为了检查通道衰耗情况收发讯机设定了两个概念及功能，通道告警以及裕度告警。通道告警在某些型号的收发讯机中也会被称为3db告警，也就是说当收信电平降低3db时发出告警。一般认为当收信电平降低3db以上意味着通道出现问题需要处理。裕度告警一般设定为收信电平降低6db时发出，在收信裕度一般设定为15db的前提下当信号电平降低6db时就已经接近了信号裕度的最低限值即上面说的8.686db。在发出裕度告警的情况下我们一般应该退出纵联保护。裕度的检查方法不太一样，SF600收发讯机时专门有告警信号灯，而YBX系列收发讯机则需要在通道对试过程中接收对侧信号时人为投入8.686db衰耗来检查收发讯机是否仍能收到高频信号。

2.1 通道衰耗检查的的几个基本问题：

恶劣天气是引起的通道衰耗增加的最常见的原因，特别是雪和雾以及由于天气寒冷进而在导线上形成覆盖的冰层。这些东西弥漫在导线周围电磁波传输的途径中大大增加了衰耗。恶劣天气容易造成通道传输衰耗增大从而引起收发讯机发出通道告警信号，然而我们必须注意到在这样的天气状况下恰恰也是线路容易发生故障的时候。因此在天气不好的情况下发生了收发讯机通道告警的情况时我们不应该轻易的退出纵联保护从而使得线路失去主保护。至于收发讯机发出裕度告警的情形也是

一个需要权衡保护误动和拒动的问题，好在现在越来越多的线路保护两套配置中至少已经有了一套不受天气影响的光纤保护从而使得这种问题不再那么尖锐。

●如果是简单的通道衰耗增大那么有一个简单的原则应该是可

以肯定的，就是考虑到通道的单一性分别在通道两侧进行测量得到的通道衰耗应该是一致的。

●我们这里所讲的通道衰耗是各种衰耗（反射衰耗、传输衰耗、

反射衰耗等）产生的综合效果，没有个别分析。

2.2 测量通道衰耗的几个问题：

●通道衰耗的测量有许多技术型很强的方法，但操作上非常复

杂。作为一般的通道衰耗检查我们只需采用对比对侧发信与本侧收信电平差的方法即可。

●每次进行收发讯机校验后要求大家记录发讯电平和收讯电平，

从而可以大致的计算出通道衰耗。方便日后检查时分析通道衰耗变动情况。

●我们用电平差的方法计算通道衰耗必须用功率电平计算。这是

因为电压电平是与测量点阻抗情况有关的，而功率电平反映的则是功率的损耗情况。我们实际工作中测量信号用的电平表一般只能测量电压电平，因此我们必须掌握在不同阻抗情况下功率电平和电压电平的转换关系：功率电平＝电压电平＋10lg(600/Z)，式中Z为测量点阻抗。那么常见阻抗点的功率电平和电压电平转换情况如表二所示：

表二常见阻抗点的功率电平和电压电平转换情况

我们依据上表给出的数据假设从收发讯机至结合滤波器耦合电容器侧（300欧）无衰耗的理想情况，如果收发讯机通道口发讯信号电压电平为31db，转换为功率电平则为40dbm。如果不考虑衰耗，则结合滤波器耦合电容器侧信号功率电平也应该是40dbm，转换为电压电平为37db。从这些数据我们就可以看到如果采用电压电平来考虑通道衰耗的问题的话就会出线信号源31db而结合滤波器处电平为37db这种不仅没有衰耗反而出现增益的怪异现象，显然这和基本的电路知识不符。

在测量通道衰耗的时还有一个有意思的问题需要我们注意。有些时候我们对比两侧的收发讯电平差计算出的通道衰耗并不一样，感觉上通道上两个方向传输的信号衰耗程度不一样。这时最大的可能是两侧所用的电平表测量精度不一样，特别是分

别存在正误差和负误差的情况，两者的误差被我们算作了通道衰耗的差别。这种情况需要我们给予必要的注意。

2.3 阻波器与通道衰耗

阻波器产生的衰耗是分流衰耗。阻波器的基本技术条件就是对工作频率的高频信号呈高阻抗从而有效的阻止线路上的高频信号流出本线路影响其它设备或是阻止其它来源的高频信号从母线流入线路从而影响本线路保护的正常工作。在阻波器正常的情况下其分流衰耗很小，也就是1－2db而已。因此即使接于阻波器后（远离线路）的线路接地刀闸在合位时也不会对信号的传输产生明显的影响。阻波器主要组成部分是由电感和电容构成的调谐元件以及适当的电阻成分构成。其调谐元件在操作过电压、雷击过电压等因素的影响下比较容易损坏，而调谐元件一旦损坏后就会使的分流衰耗明显的增大。

●在正常情况下排除明显的异常情况以及包括天气等问题，如果

突然发生较明显的通道衰耗增大，我们可以怀疑阻波器损坏。

●记录收发讯机正常时的收发讯电平非常重要，因为阻波器损坏

会影响到通道阻抗进而影响通道匹配。因而可以怀疑发讯电平变化较大的，以及在对侧发讯电平正常的情况下收讯电平变化较大的一侧的阻波器损坏的可能性最大。

●因为阻波器损坏后会使通道匹配变差，那么我们在结合滤波器

高频电缆侧和耦合电容器侧测量的电压电平，其结果和按照结合电容器两侧标称阻抗进行计算的结果会有非常大的差异。从

而我们可以确定是那侧的阻波器损坏。

●现在常用的方法还有利用合线路接地刀闸的方法进行检查阻

波器。如果阻波器损坏后合入接地刀闸会造成较大的分流衰耗，而如果在阻波器无问题则分流衰耗会很小。

●我们曾经遇到过这样的情况：设备带电前通道衰耗很大，而当

刀闸和断路器合好设备带电后通道衰耗又减少了。还可能当站内接线方式发生变化时通道衰耗情况发生较明显的变化。这种情况下我们都有必要怀疑阻波器损坏。这是因为阻波器中主要成分为电感，而不论是设备从不带电到带电还是站内接线方式的变化都意味着系统中参数的变化。这种参数的变化非常明显的影响到了阻波器的分流衰耗说明阻波器的特性多少存在着问题，必须给予注意。

2．收发讯机自启动的问题

我们这里所说的收发讯机自启动是指在没有进行通道对试试验的情况下收发讯机自行启动发讯的情况。收发讯机自启动主要有两方面的原因：

2.1 装置问题

●检查是否存在保护装置控制的发讯情况，比如保护的启动发讯

接点意外闭合或粘连；

●如果收发讯机收讯回路，特别是收讯输出回路的一些触发器损

坏造成误动作或是收讯输出接点意外闭合都会使保护装置误认为收到高频信号从而进入通道对试逻辑启动收发讯机发讯；

2.2 干扰信号通过远方启动功能造成收发讯机自启动

●断开收发讯机于高频电缆的连接，如果自启动消失则一般认为

是干扰信号引起的，如果仍出现自启动则可以考虑装置本身的

问题；

●如果高频信号通道附近存在接近工作频率的信号源就会使收

发讯机因远方启动功能而自启动。当然这种机会相对很少，这

是因为收发讯机有着严格的频率特性，存在着多处工作频率的

信号滤波器。恰好干扰频率与工作频率相同的几率很小；

●一次设备放电与刀闸拉合引起的弧光产生的高频干扰信号是

造成收发讯机自启动的最重要的原因。因为这种信号不仅强度

大而且其频率的频谱非常的宽，其中往往就包含有收发讯机的

工作频率。这种信号传入收发讯机就会造成收发讯机自启动；

如果放电点在线路上（两侧阻波器中间）一般会引起两侧收发

讯机都产生自启动现象。如果放电点在某侧站内（阻波器以外）设备，感觉上不会造成收发讯机自启动，这是因为有阻波器会

阻止高频信号自母线流入线路进入高频通道。然而考虑到多种

耦合途径的存在(比如高频信号从未加装阻波器的其它相别进

入线路进而通过线路相间电容耦合到高频通道所在相别并进

入收发讯机)，其造成收发讯机自启动还是有可能的。在这种信

号源在某侧站内的情况时，由于干扰信号经输电线路传到对侧

后会产生较大的衰耗，往往不能使对侧收发讯机启动，从而较

典型的现象为信号源所在变电站侧的收发讯机单侧自启动。当

然这种站内设备放电或刀闸拉合产生干扰信号引起收发讯机自启动时我们还不要忘记检查该侧阻波器是否损坏。

放电点在站内时我们一般可以通过在夜间巡视即可发现。对于难以发现的站内放电点以及其它设备例如线路上的放电点我们可以通过分别使被怀疑设备脱离系统然后检查收发讯机自启动是否消失的方法以确定放电点所在。