纵联阻抗在单电源输电线路中的运用
第40卷第9期电力系统保护与控制Vol.40 No.9 2012年5月1日 Power System Protection and Control May 1, 2012 纵联阻抗在单电源输电线路中的运用
夏经德1,2，索南加乐2，高淑萍2，何世恩2,3，刘 凯2，王 莉2
(1.西安工程大学电子信息学院，陕西 西安 710048；2.西安交通大学电气工程学院，陕西 西安 710049；
3．甘肃省电力公司， 甘肃 兰州 730050)
摘要：在系统分析基于单电源及双电源下输电线路纵联阻抗阻值差异并完整保留原有纵联阻抗推导结论的基础上，合理修改了纵联阻抗电气数据的关联相量关系，并准确地调整了输电线路纵联保护故障甄别的动作门槛以能够扩展并能够适应基于单电源下输电线路的运行环境。该计算方法采用工频故障分量为纵联阻抗的计算电气量，在得到工频线路电容补偿的条件下，当计算得到的阻抗幅值小于设定数值时可断定发生了区内故障；反之可以断定在被保护区内没有发生故障。该算法能有效改进单电源下输电线路纵联保护的性能。在EMTP仿真中，建立了一条1000 kV 500 km 单电源输电线路的仿真模型，进行了基于各种故障条件下的仿真验证，仿真结果验证了这个算法在单电源环境下具有足够的稳定性和充分的可靠性。
关键词：输电线路；纵联保护；纵联阻抗；幅值计算
Application of the pilot impedance to the single power supply transmission lines
XIA Jing-de1,2, SUONAN Jia-le2, GAO Shu-ping2, HE Shi-en2,3, LIU Kai2, WANG Li2
(1. School of Electronic Information, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048, China; 2. School of Electrical Engineering,
Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China; 3. Gansu Electric Power Company, Lanzhou 730050, China) Abstract: We modify the correlative phasor relationship of the pilot impedance electrical data and adjust the opreation threshold of fault identification of transmission line pilot protection to extend and may meet the running environment of the transmission lines based on the single power supply, through systematically analyzing the impedance value difference of the transmission line pilot impedance based on single power supple and double power supply and completely reserving the original derived result of the pilot impedance. This computational method adopts the power frequency fault components as the calculating electrical quantities of the pilot impedance, under the condition of compensating power frequency line capacitances, it may be determined that the internal fault occurs when the impedance amplitude is smaller than the setting value, conversely, it can be judged non-fault occurring in the protected region. This algorithm can effectively improve the performance of the transmission line pilot protection under the single power supply. In EMTP simulation, we establish the transmission line simulation model of single power supply of a 1000 kV 500 km, and execute simulation verifications based on each fault. The simulation results indicate that this computational method has enough stability and sufficient reliability in the single power supply environment.
This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 50877061 and No. 51037005).
Key words:transmission line; pilot protection; pilot impedance; amplitude calculating
中图分类号： TM77 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2012)09-0030-08
0 引言
电力系统在“黑启动”的运行中，需要通过逐级连接沿途电气设备，将仅存在“孤岛”上可自启动的尚存电能引导到其他不能自启动的发电设备上，恢复并重构整个电网的联网运行和电能供应。在该运行过程中，电气设备特别是输电线路将经历单边系统首先合闸后的短暂运行状态，在这种运行
基金项目：国家自然科学基金项目（50877061，51037005）；高等学校博士学科点专项科研基金项目（20070698057）状态下，输电线路处于单电源供电的运行环境下[1]。
基于单电源下输电线路继电（纵联）保护的运行环境将面临着不同于双电源条件下的类似状态，并由此将对各种保护产生不同程度的影响。这些影响可能使相关的继电（纵联）保护发生在正常运行状态下不可能出现的误动或者拒动失误，使系统运行方式更加频繁地发生着非预期的扰动过程并因源单独合闸到无负荷的输电线路上时，实际反应为此严重地迟滞系统恢复正常运行的进程[2]。当单电源只对线路分布电容进行充电的状态变化过程，并因此可能造成电流差动保护误动。在系统恢复的过程
夏经德，等纵联阻抗在单电源输电线路中的运用- 31 -
中，由于等效系统阻抗非常巨大，并且系统的短路电流/功率明显偏低，使系统的实际运行状态远偏离系统可接受的最小运行方式所设定控制调节区域，最终造成按照正常设置的保护整定不能较好适应，保护将可能因此失误[3-4]。由于在非电源侧所获得的电气信号较弱，使该侧的方向继电器不能确保正确工作，在故障识别时可能无法配合保护动作而退出。此外，在配电网络中也会遇到大量单电源辐射型传输线路的继电（纵联）保护问题[5-7]。
依据文献[8]，虽基于正常双电源下故障分量的电流相量差动算法在（超）长距离超/特高压输电线路的保护中，通过合理设置线路电容的补偿方法可获得明显高的灵敏度及选择性，但在单电源的运行环境和空投于含故障的线路环境下，其保护性能仍无法满足实际电力系统的保护要求。
为进一步探索纵联阻抗在实际输电线路运行环境中特别是基于单电源环境下的性能特点，本文通过充分分析基于单电源下输电线路纵联阻抗阻值变化特性和线路两端电气信号的关联关系后，提出了基于修改的区内故障甄别保护启动门槛下输电线路的纵联保护。根据文献[9]记载，纵联阻抗在输电线路纵联保护中因此能够保持稳定的阻值结果，具备准确的消除相间耦合的算法和较强的抵抗CT饱和的能力，并且在线路正常运行情况下不必考虑线路分布电容的影响，使之成为未来输电线路纵联保护可能研究的主要内容之一。该阻抗还具备其他的特性，相关内容不在此逐一列举。本文主要分析在单电源运行环境下纵联阻抗的阻值特性，进一步扩展该阻抗实际运用面。
本文在第一部分中简单总结了在双电源输电线路下基于文献[9]所载纵联阻抗的各项性能特点，主要有分别在区内、外故障时纵联阻抗的阻值特性，该阻抗在线路正常运行下可忽略长距离线路分布电容所带来的影响等；在第二部分中详细分析基于单电源输电线路下纵联阻抗的各项阻值特性，主要包括分别在区内、外发生故障时纵联阻抗的阻值状态及其性能特征，本文讨论了基于单电源下由长距离输电线路分布电容所产生的影响及补偿方法等；在第三部分中，本文建立了的一条1 000 kV 500 km 在单电源下的EMTP仿真输电线路等效模型，并记载了各项仿真试验的结果数据；第四部分为本文的结论部分。
1 基于双电源下纵联阻抗性能简述[9]
为了便于更好阐述在单电源下纵联阻抗及其性能特点，首先回顾一下在双电源下纵联阻抗的各项阻值特征，将文献[9]的内容精简浓缩陈列如下。
图1为基于双电源下R-L单相等效线路模型。图中，m, n为线路两端电气测量点，Z m, Z n为两端等效系统阻抗，z为线路单位长度的阻抗，D为线路全长，d为故障距离（故障位置距m端），线路两端电压、电流故障分量分别示于图1中，
F F F
,,
U I R
分别为故障附加电压、故障电流、故障电阻。
F
U′ 为故障位置实际电压。
根据文献[9]所载纵联阻抗定义及阻值分析过程，按照图1(a)所示电压和电流之间的电气关系，
可得在区外故障时的纵联阻抗
op
Z
Δ
为
op op op
/
Z U I zD
Δ
′
=ΔΔ=∞>
(1)
式中：op op
m n
U U
zD
I I
ΔΔ
==
′′
Δ?Δ
；op m n
U U U
Δ=Δ?Δ
；
op m n
I I I
′′′
Δ=Δ+Δ
。
(a) 区外故障(b) 区内故障
图1 基于双电源下R-L单相等效线路模型
Fig. 1 The R-L single-phase equivalent line model based on
double power supply
同理，按照图1(b)所示，根据线路两端电流故障分量相量和为故障电流的事实，将线路两端电压
故障分量、故障电流分别用
F
U′ 来表示为
m F m m
/()
U U Z Z zd
′
Δ=+
(2)
n F n n
/(())
U U Z Z z D d
′
Δ=+?
(3)
op F
/
I U Z
Σ
′′
Δ=
(4) 式中，
m n m n
()(())/()
Z Z zd Z z D d Z zD Z
Σ
=++?++ (5) 将式(2)~式(5)带入式(1)，这样，可得在区内故
障时的纵联阻抗
op
Z
Δ
为
op m n
op
op m n
(())
U Z D d Z d
Z z zD
I Z zD Z
Δ
Δ??
==×<
′
Δ++
(6)
由此可知，当发生区内故障时，纵联阻抗
opΔ
Z
的幅值是随故障位置/距离呈线性变化的，因此当获得线路两端纵联阻抗的（计算）阻值后就可准确确定在整个被保护区域内，纵联阻抗阻值的变化情况。在此可以证明线路阻抗是纵联阻抗甄别区内、外故障的阻值分界线。
- 32 - 电力系统保护与控制
图2为在考虑长距离输电线路分布电容影响的前提下，将线路分布电容简化集中简化后的单相等效线路模型。
(a) 区外故障(b) 区内故障
图2基于双电源下带线路电容的单相线路模型 Fig. 2 The single-phase line model taken line capacitors
based on double power supply
基于考虑线路分布电容影响的前提下，在区外故障时线路两端电流的相量和为线路电容电流。根据图2(a)所示，通过对线路模型进行阻抗串、并联转换及相关电压相量的计算，纵联阻抗op Z Δ为
op C Z K zD Δ= (7)
式中：n C CD )(2/Z Z zD K ′+=；CD 2/j Z cD ω=为线路电容容抗；n n CD n CD /()Z Z Z Z Z ′=+。
根据式(1)和式(7)所示内容，只要C 1K >，则纵联阻抗就可以在忽略线路电容影响的前提下可正确分辨区内、外故障。为了定性分析系统阻抗和线路分布电容的关系，设定忽略在线路阻抗和系统阻抗中的电阻数值，这样可得
o 1m 1n 1arg arg arg 90Z Z z === (8)
这样，对于C 1K >所设条件能够转换表示为
CD
CD n
CD n
12
Z Z
Z zD Z Z
根据本文所用1 000 kV 500 km EMTP 仿真模型线路参数，转换式(9)后可知，只要系统阻抗满足
CD CD 1000kV
max 500km
1000kV
CD 500km
()
272 3Z Z zD Z Z zD +
纵联阻抗就可在不考虑补偿线路分布电容影
响的前提下完成对所发生各种故障的甄别任务。按照电力系统运行控制要求，系统的短路功率不得小于该输电线路的自然传输功率，而后者受制于该线路的特征阻抗。上述线路模型的特征阻抗为
11
T 1000kV ,243 l c c Z ==≈≈Ω (11)
由此可知，由于纵联阻抗对系统阻抗的限制要
求宽于该输电线路的特征阻抗，因此在系统各种正
常的运行控制方式下，系统的等效阻抗必不会大于该输电线路的特征阻抗，自然满足阻值限制条件：
1000kV 1000kV n m T max 1000kV 500km
500km
()Z Z Z Z ≤< (12)
反之，在式(12)的阻值限制条件不能被满足时，说明该系统的短路功率小于被保护线路的自然传输功率，应定义为弱系统（包括后面所提单电源系统）。这样，输电线路的电容电流将在系统的总输出电流中占据相当大的百分比，加大了纵联阻抗计算式分母项的结果，促使纵联阻抗的计算阻值发生超越并可能因此引起纵联保护误动。这样纵联阻抗就不能忽略线路分布电容的影响，需采取措施解决上述影响。通常解决的方法有两种：①补偿线路电容的影响；②适当提高保护启动动作的门槛。
根据文献[8]所载，在500 kV 340 km 的输电线路运行环境下故障分量的电流差动保护就需要通过补偿线路电容的方法来维持其必要的故障识别灵敏度和选择性；而纵联阻抗在1 000 kV 500 km 的输电线路运行环境下仍不必进行线路电容补偿确保稳定的故障识别灵敏度和选择性，说明纵联阻抗具有较电流差动保护明显更强的抗线路分布电容能力。电流差动保护需根据实际系统运行情况设置算法的定值和制动系数，因此受系统运行状态影响明显，并且在（超）长距离输电线路的保护中必须使用电容补偿方法[8]。纵联阻抗只依靠线路阻抗固定值就能明确分辨故障，在系统正常运行状态下基本不受系统运行状态影响。总之，纵联阻抗在保护性能上明显优于电流差动保护。
图3为基于a 相区内单相接地故障时R-L 三相等效线路模型。图4为零序线路模型。
图3、图4中， Z 1m , Z 1n 为两端等效系统正序阻抗，z s , z m , z 1,
z 0分别为线路单位长度的自阻抗、
)
Z
图3 基于双电源下a 相单相接地时三相线路模型
Fig. 3 The three-phase line model for single-phase-ground
fault based on double power supply
夏经德，等 纵联阻抗在单电源输电线路中的运用 - 33 -
互阻抗、正序阻抗和零序阻抗；F 0
F 0
F 0
,,U
I R 为故障点零序电压、零序电流及零序故障电阻。
D
)
图4基于双电源下零序线路模型
Fig. 4 The zero-sequence line model based on double power
supply
基于文献[7]所记载，通过图3和图4所示的电
气连接关系，建立在各相电气状态数据上，并通过以线路两端零序电压替换线路两端零序电流，最后获得彻底消除相间耦合基于输电线路正序参数的纵联阻抗op Z ?Δ及简化的单相线路模型如式(13)和图5所示。
op 1op 1
op U z D Z z D I
?
?
?
ΔΔ?≤?=
?
′≥Δ?? :被保护区内故障
:被保护区外故障 (13) 式中：,,a b c ?=；op m n U U U ???ΣΣΔ=Δ?Δ ；m =U ?ΣΔ
m00m m 3/U Z U Z ?Δ? ；n 00
n n m =3/U U Z U Z ??ΣΔΔ? ；op I ?′Δ= m n I I ??
′′Δ+Δ 。
图5基于双电源下简化的单相线路模型
Fig. 5 The simplified single-phase line model based on
double power supply
2 基于单电源下纵联阻抗
2.1纵联阻抗的性能分析
当系统处于某种特殊的运行方式（如当整个电网由于某种原因发生崩溃后，为了尽快恢复电能供应而必需开启系统“黑启动”过程）时，原来担任电能调度和潮流平衡的各输电线路主干线都将可能分别经历在单电源驱动下不寻常的运行控制工况。
由于在“黑启动”的运行和控制过程中，不仅涉及上面所述的单电源运行工况及由此对运行其中的继电（纵联）保护所带来的各种特殊保护要求，
而且输电线路可能所承担的主要负荷也仅仅为帮助
众多不能自启动的发电厂及所属的发电机组恢复发电所必须运行的少数和小容量辅助电气设备。如供发电机正常运行的各种给水、冷却、燃料输送等的小型电动机负荷和照明电器、控制设备和保护设备等其他小型厂用电气设备负荷。这些负荷的用电容量必然（远）小于输电线路的自然传输容量，根据文献[9]所载内容可知，当系统阻抗（远）大于该输电线路的特征阻抗时，该系统可确定为（较）弱系统。此时，输电线路将处于（严重）偏离最小运行方式下的非正常状态。在极端状态下，系统完全可能投入到无负荷的空载输电线路中；此外，系统在正常合闸及异步重合闸时，会遇到对端无负荷情况，此时的系统阻抗将因此可能是无穷大。
n Z →∞ (14) 从图2(b)可以看出，根据对负荷特性的定性分析和负荷阻值的概率统计，通常将线路外所承担的系统负荷归为基于集中参数下串联感性负荷（其中感抗幅值将远大于电阻值）。当这个负荷的阻抗幅值相对较大时，可以认为所流过（负荷）电流的幅值比较小，在工程测量中无法可靠计量而被确定为扰动性（干扰）信号，并经常忽略不计，因此可以认为在高阻无源侧的电流传感器上所测得的电流数据可被定性划为“零”。这样，在区内故障时，线路上通过电流的相量和，包括故障电流和线路电容电流等都是由线路的有源方系统电源提供的。而在考虑线路电容存在的前提下，依据图2(b)所示，式(5)则可转换表示为
m CD m CD
()(())Z zd z D d Z Z Z zD Z Σ′+?+=′++ (15)
式中，m
m CD m CD /()Z Z Z Z Z ′=+。 由式(15)和图2(b)可以看出，在单电源运行控制关系下，当n 侧的系统阻抗阻值较大时，从故障点到n 端之间的部分线路阻抗及无源侧的线路容抗必然会构成RLC 串联电路模型。基于工频量和线路参数可知，无论故障发生在区内何处，故障右侧部分线路（感性）阻抗的幅值必然小于同侧线路容抗的幅值，属于感抗幅值小（欠）于容抗幅值的欠谐振电气状态。这样可以得到
nC nC F
n
n
()j ()I I z D d c D d U
U U ωΔΔ?<
?′?Δ<Δ 即 (16) 根据图1(b)和图2(b)所示，可以分别得出基于
双电源和单电源下在单相等效电路模型中各相关电
- 34 - 电力系统保护与控制
气信号的相量关系示意图，如图6所示。
(a) 双电源下的相量关系
(b) 单电源下的相量关系
图6 单相等效电路模型的相量关系
Fig. 6 The phasor relationship of single-phase equivalent
line model
根据文献[9]所记载纵联阻抗的定义，结合图6(a)所示在双电源下当发生区内故障时，分别从线路两端测量点到故障点电压故障分量之差的幅值关系可分别表示为
m F
m
0U U zD I ′Δ?≤≤′
Δ (17)
n F
n
0U U zD I ′Δ?≤≤′Δ (18)
根据图6(a)所示，在故障位置的电压故障分量
其幅值最大。随着观察位置远离故障点，电压故障分量的幅值与观察位置到故障点的距离呈绝对单调下降的数值变化关系，直到输电线路外等效系统阻抗的接地点使电压故障分量其幅值降为零为止。由
式(2)可知，
纵联阻抗其幅值是随故障位置/距离呈线性变化的。式(17)和式(18)在数值变化上具有相同的上下数值界限并且两者之和恒等于其数值限制的上限——线路阻抗的幅值。同时，基于各种电压等级的（输电）线路及其线路基本参数配置条件下，这两个电压差的相量具有基本相同/相近的相角关系，这样在上述两组阻抗数据间可建立相对稳定的阻值变化互补关联关系，因此取其任意一个阻值变化的上限为纵联阻抗甄别故障的分界线均可。当故障发生在单电源下输电线路区内时，在高阻无源侧所形成的 RLC 串联电路中，由于在任何状态下线路电容容抗的幅值都比线路右侧部分（故障点至无源侧电气测量点的）线路（感性）阻抗的幅值大，并且容抗的相角和感抗的相角呈现反相状态，通过图6(b)所示，造成在阻抗计算式(17)和式(18)中电压差的相位呈现近似反相的相位关系
n F m F arg()arg()U U U U ′′Δ?≈?Δ? (19) 根据图6(b)所示，在区内故障时，电压故障分
量其幅值最大的位置不在故障位置，而在无源侧电气测量端点。这样，由故障位置至输电线路无源侧区外等效系统阻抗的接地点处电压故障分量其幅值
在双电源下所呈绝对单调下降的变化关系被破坏了，由此也将可能影响到上述基于双电源下输电线路的运行方式在式(17)和(18)间形成的阻值变化互补关联关系。考虑到各种环境因素和运行方式的影响，鉴于上面所分析式(17)和式(18)的变化特性，假设它们已经失去其阻值变化的互补关联关系，基于单电源下故障分量的输电线路纵联阻抗计算幅值在区内故障时也绝对不可能大于两倍的线路阻抗，因此完全可用两倍线路阻抗为纵联阻抗在单电源条件下甄别故障的保护启动门槛。
由于在单电源的运行环境下无源侧的系统阻抗在通常情况下不能满足式(9)和式(10)的阻值限制要求，当在有源侧区外发生各种类型的故障时，会造成纵联阻抗计算阻值的超越，并由此将必然引起纵联保护的误动，影响系统恢复供电的联网进程。根据上述内容，受到单电源线路网络拓扑结构电气特性的限制，线路的电容电流很可能（基本）由线路有源侧的电源系统来供给，根据所用EMTP 仿真线路模型的线路参数，可因此定性地估测该线路上
分布电容电流C
I 的幅值为 C 1000kV
CD CD 500km
1380 A //()U I Z Z zD =≈+ (20)
式中，U
为线路的相额定电压。 从文献[9]可以知道，在输电线路纵联保护的计算组成中，首先以各相电流故障分量的相量和作为纵联保护的启动单元。
m
n
set
I
I I Δ+Δ> (21) 式中：m n
,I I ΔΔ 分别是考虑长线分布电容影响下线路两端实测电流故障分量；I set 作为纵联保护的动作启动门槛。set I 的作用在于：首先，可屏蔽系统负荷扰动和由远离被保护区域的外部故障所引起的波动干扰并确保纵联阻抗计算阻值的稳定性和可靠性；其次，I set 的设置受技术水平和测量精度的限制，反应为通过传统测量方式所得小信号在数值上的不稳定性。因此现有快速继电（纵联）保护都会对其所使用的电气量规定了适当取值范围和（最小）启动限值要求。随着测量技术和水平的提高，上述动作门槛可因此同步降低。
根据式(14)内容可知，线路分布电容由此造成纵联阻抗的计算阻值发生了超越，因此需要采取措施予以减免。如果需要提高式(21)的启动门槛，根据在晋东南—南阳—荆门1 000 kV 特高压交流试验
的示范工程中所用电流传感器的变比为4000:1，
该保护的启动门槛值将提升至不小于0.4 A
（二次侧电流测量值）才可避开线路分布电容所带来的影响，
夏经德，等 纵联阻抗在单电源输电线路中的运用 - 35 -
这样将会严重削弱纵联阻抗对高阻故障识别的灵敏度。这里选择的方法是进行工频电容的补偿。 m m m CD n n n CD
/,/I I U Z I I U Z ′′Δ=Δ?ΔΔ=Δ?Δ (22) 式中，m
n
,I
I ′′ΔΔ 分别是经过补偿后线路两端电流故障分量。将补偿后的各相电流故障分量代入纵联阻
抗的计算式(13)中，可在既保证灵敏甄别出区内故障的前提下，又大幅提高区外故障的可靠性。
在本文中选择式(22)所定线路电容的工频补偿方法（当需要特别考虑暂态信号的影响时，还可采用其他补偿方法，如最小二乘矩阵束法）。由此经过线路电容补偿后的纵联阻抗能够满足对可靠并且灵敏甄别故障的要求。
由于受长距离（超、特高压）输电线路分布电容电流的影响，特别在单电源运行条件下，（暂态）电容电流将是严重威胁电流差动保护灵敏度的主要因素。纵联阻抗通过合理的设置补偿方法如式(22)所示，已经有效弥补（暂态）电容电流的影响。因此，式(21)的具体作用和数值设置如式(21)和式(24)第一计算项所述，只是单纯为了屏蔽系统（微量）扰动影响而做，完全不必考虑电容电流、暂态电流及CT 饱和等各种因素的影响，相比电流差动保护具有明显高的灵敏度。本文只是为了阐述算法的性质并简化计算的过程，能和电流差动保护形成同质等量的对比，在式(21)中使用的是经过全波傅氏滤波的电流故障分量（在纵联阻抗计算中电容电流补偿前的电流故障分量）。在实际使用中，为了获得更佳的保护效果，完全可以采用其他电流量提取方法，如直接取5 ms 采样值电流故障分量的绝对平均值取代式(21)及式(24)的电流相量和（此方法在基于
纵联阻抗的模型识别中已经采用[10]
），可获得更快的启动速度和更高的故障反应灵敏度，而在故障甄别中遇到的上述干扰因素完全交由纵联阻抗来处理。上述电流提取方法在单电源运行环境下当发生电源侧区外故障时还完全可能提取不出电流数据，这样，式(21)正好可以屏蔽掉区外故障的影响。
有关三相线路模型解耦算法及相关内容和1.1节所载内容完全相同，再此省略不计。
式(21)和电流差动保护存在着本质的区别，根据文献[8]记载，传统的电流差动保护（之一）表达式为
m
n
m
n
dz
I
I k I I I Δ+Δ≥Δ?Δ+ (23) 式中：k 为制动系数；dz I 为固定初值。
根据文献[8]叙述，基于单电源运行条件下，如
无电容补偿，要电流差动保护保证在区外故障时无误动，则在区内故障时几乎都将据动。如有电容补
偿，在设置较低制动系数和固定初值的前提下可保证准确识别区内外故障，但不能抵抗CT 饱和暂态（直流衰减）分量的影响；当设置较高的制动系数和固定初值时，保护将至少在内部相间短路故障时面临着拒动的可能；故障分量的电流差动保护在任何情况下都不能确保兼顾外部故障和内部相间短路故障的甄别，更不能照顾到高阻单相接地故障。因此可以说，在单电源运行环境下，电流差动保护严重受线路电容的影响，存在着原理性的缺陷，基本无法正常使用[8]。
由此可以看出，由于单电源输电线路的自然环境要比双电源的恶劣的多，促使系统的短路容量明显降低，短路电流幅值减少，超高压输电长线分布电容的影响更加明显，造成运行方式严重异常，给保护判据整定造成了一定的困难；同时，系统运行方式的改变增加了系统状态（包括系统阻抗）对保护的影响，其中主要反应在长距离（输电）线路分布电容的影响被扩大。总之，为了确保故障分量纵联阻抗及其保护计算方法在单电源下纵联保护的可靠性，需要提高区内故障阻抗计算幅值的保护动作识别门槛，同时也必然降低其识别故障的灵敏度，这是现有继电（纵联）保护在单电源运行环境下都将必须面临的问题。
在纵联阻抗的计算中，需将线路各个端口测量得到的电压和电流数据同步传送到线路对端。只要输电线路纵联保护能够正常运行，纵联阻抗在电气量提取和传输中除比传统纵联保护的数据交换（通信）量较大以外，没有任何特殊的技术要求，且本文所提纵联阻抗所用故障分量基于单电源下在纵联保护中的使用情况在文献[8]中也被提到，因此不存在任何技术困难。文献[8]已提到，传统的电流差动保护不能适应单电源下的运行环境，实际上，由于电流幅值较小，同样会威胁方向比较纵联保护的稳定使用，甚至是它
的可靠性[11]。
纵联阻抗虽然需要进行电容补偿，但还可以正常使用，这就是它有别于其他传统纵联保护的优势所在。同样，纵联阻抗保护动作的判据门槛为固定值（两倍线路阻抗），不需要根据系统运行情况进行调整和计算，因此抵抗系统干扰能力较强，反应为计算的可靠性和故障识别的灵敏度优于传统的纵联保护。如遇到特殊的运行环境时可适度降低判据门槛（如降为一倍线路阻抗），以降低保护灵敏度的代价确保更好的保护可靠性。 2.2输电线路纵联保护
根据第1节和第2.1节的内容，提出了基于故障分量下纵联阻抗在单电源下的输电线路纵联保护。该纵联保护有两个计算项，分别是纵联保护启
- 36 - 电力系统保护与控制
动项和基于故障分量下的纵联阻抗计算项，这两个计算项通过逻辑与运算联合，表示为
m n set
op 12I
I I Z z D
???Δ?Δ+Δ>??
和的模数作为启动单元；
I set 作为保护动作的最小启动量门槛，固定地取为0.1 A （二次侧电流）
；纵联阻抗幅值的单位为欧姆（?）
，当其数值小于上述定值时，必为区内故障，线路两侧保护可同时动作，否则为区外故障，保护可靠不动，可成为输电线路纵联主保护的一种备选形式。纵联保护内部故障判别流程如图7所示。
图7 纵联保护内部故障判别流程图
Fig. 7 The flow chart of internal fault differentiating of pilot
protection
3 仿真验证
在EMTP 仿真系统中，线路采用的是分布参数
模型，线路电压等级为1 000 kV 。电源侧系统参数、输电线路参数、故障电阻和故障位置参见文献[9]。无源侧的等效系统阻抗按照功率为90%，数值以10倍线路阻抗来设置，因此等效系统电阻为1 167 ?，等效系统电感为1 799 mH 。
表1为故障分量下接地故障的仿真结果，表2为故障分量下短路故障的仿真结果。在所有仿真结果中，所有仿真计算结果其单位都是?。
通过仿真数据可以得到以下的结论：
（1）所建纵联阻抗的动作判据分界线完全适应于单电源下输电线路实际运行情况及由此环境下得到的纵联阻抗计算阻值对故障的识别。
（2）所采用的线路电容工频补偿方法能够满足基于分布参数下输电线路的运行环境及其纵联保护的实际使用需要。
（3）整个数据稳定可靠，分界清晰，从试验的角度验证了上述理论分析的有效性和准确性。
表1 故障分量下接地故障的仿真结果
Table 1 Simulation results of grounding fault based on fault-superimposed components
类型 AG AG BCG BCG 阻抗 0 ? 500 ? 0 ? 100 ?
位置 A B C A B C A B C A B C k1 1 198 608 1 122 2 072 3 152 726 675 793 806 1 520 1 162 1 095 k2
8*
608
1 122
77*
3 152
726
6 751
11*
7*
1 510
17*
14*
k3 79* 584 633 138* 1 874 1 386 914 82* 73* 933 89* 89* k4 146* 630 803 207* 1 622 2 333 937 142* 137* 1 023 164* 146* k5
2 237
630
803
2 454
1 622
2 333
935
3 880
4 032
1 023
3 200
3 547
表2 故障分量下短路故障的仿真结果
Table 2 Simulation results of short circuit fault based on fault-superimposed components
类型 BC BC ABC 阻抗 0 ? 100 ? 0 ?
位置 A B C A B C A B C k1
2 765
2 167
1 277
2 787
2 769
2 106
874
1 195
1 749
k2 2 765 11* 6* 2 787 17* 13* 10* 17* 8* k3 2 771 79* 70* 2 771 85* 78* 80* 83* 74* k4 2 764 151* 187* 2 781 156* 144* 148* 147* 140* k5
2 786
917
953
2 781
1 040
1 080
2 171
3 850
3 669
注：凡在数据后面带“*”的为式(24)判别在该分相的保护区内发生了故障。
夏经德，等纵联阻抗在单电源输电线路中的运用- 37 -
4结论
在详细分析对比双电源输电线路和单电源输电线路运行特性差异的前提下，通过准确的数学推导和合理的物理解释，并经过适当的设想和构思，对所提基于故障分量下纵联阻抗算法和纵联保护的动作判据做了适当的调整和修改，对线路分布电容及其影响进行了适当的补偿，保证了该纵联保护能够适应单电源运行条件下输电线路的各种运行环境。通过EMTP仿真验证证明了上述所设纵联保护的动作判据完全能够胜任实际故障甄别的任务。
参考文献
[1] 汤大海, 严国平. 单电源220 kV 多级供电线路继电保
护整定策略[J]. 电力系统保护与控制, 2009, 37(20):
139- 144.
TANG Da-hai, YAN Guo-ping. Relay protection strategy
of 220 kV single-source multi-level power supply line [J].
Power System Protection and Control, 2009, 37(20):
139-144.
[2]李阳坡, 顾雪平, 刘艳. 电力系统黑启动过程中线路
继电保护的配置与整定[J]. 电力系统自动化, 2006,
30(7): 89-92, 107.
LI Yang-po, GU Xue-ping, LIU Yan. Determination of
line protection scheme and settings during power system
black-start[J]. Automation of Electric Power Systems,
2006, 30(7): 89-92, 107.
[3]曹海欧, 张量, 陈久林, 等. 南京地区电网黑启动继电
保护的配置及整定[J]. 继电器, 2008, 36(3): 68-70.
CAO Hai-ou, ZHANG Liang, CHEN Jiu-lin, et al. The
protection scheme and settings during power black-start
of Nanjing district [J]. Relay, 2008, 36(3): 68-70.
[4]常凤然, 张洪, 赵春雷, 等. 单电源辐射线路保护若干
问题分析[J]. 电力系统自动化, 2000, 24(13): 48-51.
CHANG Feng-ran, ZHANG Hong, ZHAO Chun-lei, et al.
Analysis of some problems in protection of single source
ranial supply line[J]. Automation of Electric Power
Systems, 2000, 24(13): 48-51.
[5] 朱辉. 河北南网单电源辐射线路继电保护运行分析[J].
电力自动化设备, 2004, 24(5): 91-94.
ZHU Hui. Single supply line protection operation analysis for south Hebei grid[J]. Electric Power Automation Equipment, 2004, 24(5): 91-94. [6]陈飞, 董新洲, 薄志谦. 快速有选择性辐射状配电网
无通道保护的实现[J]. 电力系统自动化, 2004, 28(24):
46-50.
CHEN Fei, DONG Xin-zhou, BO Zhi-qian.
Implementation of non-communcation protection for
radially connected distribution systems[J]. Automation of
Electric Power Systems, 2004, 28(24): 46-50.
[7] 陈飞, 董新洲, 薄志谦. 快速有选择性的辐射状配电
网无通道保护[J]. 电力系统自动化, 2003, 27(22): 45-
49.
CHEN Fei, DONG Xin-zhou, BO Zhi-qian. Fast and
selective non-communication protection for radial
connected distribution systems[J]. Automation of Electric
Power Systems, 2003, 27(22): 45-49.
[8]文明浩, 陈德树, 尹项根. 超高压长线相量差动保护的
研究[J]. 电力系统自动化, 2000, 24(20): 37-40.
WEN Ming-hao, CHEN De-shu, YIN Xiang-gen. Study
of current phasor differential protection for long UHV
transmission line[J]. Automation of Electric Power
Systems, 2000, 24(20): 37-40.
[9]夏经德, 索南加乐, 王莉, 等. 基于纵联阻抗幅值的输
电线路纵联保护[J]. 电力系统保护与控制, 2011, 39(4):
43-51.
XIA Jing-de, SUONAN Jia-le, WANG Li, et al. A
transmission line pilot protection based on the amplitude
of the pilot impedance[J]. Power System Protection and
Control, 2011, 39(4): 43-51.
[10]夏经德, 索南加乐, 杨铖, 等. 基于模型识别的输电线
路纵联阻抗算法[C] // 中国高等学校电力系统及其自
动化专业第26届学术年会论文集, 上海电力学院出版
社, 2010: 79.
[11]葛耀中. 新型继电保护和故障测距的原理与技术[M].
西安：西安交通大学出版社, 2007：103-104.
收稿日期：2011-04-28
作者简介：
夏经德（1961-），男，高级工程师，博士，主要研究方
向为电力系统继电保护；E-mail：xia.jingde@ https://www.wendangku.net/doc/a814181886.html, 索南加乐（1960-），男，博士，教授，博士生导师，主
要研究方向为电力系统继电保护；
高淑萍（1970-），女，讲师，博士研究生，主要研究方
向为电力系统继电保护。
第十章 输电线路试验与检测
第十章输电线路试验与检测 第一节输电线路绝缘试验 本节讨论的线路参数均指三相导线的平均值，即按三相线路通过换位后获得完全对称。对不换位线路，因其不对称度较小，也可以近似地适用。 一、线路各相的绝缘电阻的测量 ?线路各相的绝缘电阻的测量，是对线路绝缘状况、接地情况或相间短路等缺陷的检查。 ?测量不能在雷雨天气，应在天气良好的情况下进行。为保证人身和设备安全以释放线路电容积累的静电荷，首先将被测线路相对地短接。 ?测量时，拆除三相对地的短路接地线，为保证测试工作的安全和测量结果的准确，应测量各相对地是否还有感应电压，若还有感应电压，应采取措施消除。 ?对线路的绝缘电阻进行测量时，确定线路上无人工作，并得到现场指挥允许工作的命令后，将非测量的两相短路接地，用两千五至五千伏兆欧表，依次测量每一相对其它两相及地间的绝缘电阻。 ?对于线路长、电容量较大的，应在读取绝缘电阻值后，先拆去接于兆欧表L端子上的测量导线，再停摇兆欧表，以免反充电损坏兆欧表。测量结束应对线路进行放电。 ?根据测得的绝缘电阻值，结合当时气候条件和线路具体情况综合分析，作出正确判断。 二、核对相位 核对相位一般用兆欧表和指示灯法。指示灯法又分干电池和工频低压电源两种。 1、兆欧表法
图10-1是用兆欧表核对相位的接线图，在线路的始端一相接兆欧表的L 端，兆欧表的E 端接地，在线路末端逐相接地测量，若兆欧表的指示为零，则表示末端接地相与始端测量相同属于一相。按此方法，定出线路始、末两端的A 、B 、C 相。 2、指示灯法 指示灯法是将图10-1中的兆欧表换成电源，和指示灯串联测量，若指示灯亮，则表示始、末两端同属于一相。但应注意感应电压的影响，以免造成误判断。 A B C 始端末端A B C ''' 图10－1 核对相位接线图 三、测量直流电阻 试验前线路末端三相均应彻底放电。线路始端开路，末端三相短路，拆开两端所有接地线。使用仪器设备：24V 直流电源，直流毫伏电压表如图10-2。 A B C 始端末端A .DC V ... 图10-2 电流电压表法测量线路直流电阻接线图 A ─直流电流表，V ─直流电压表 A ， B 相加直流电压AB U ，测电流AB I ，则
阻抗概念
阻抗[编辑] 维基百科，自由的百科全书 相量图能够展示复阻抗。 阻抗（electrical impedance）是电路中电阻、电感、电容对交流电的阻碍作用的统称。阻抗衡量流动于电路的交流电所遇到的阻碍。阻抗将电阻的概念加以延伸至交流电路领域，不仅描述电压与电流的相对振幅，也描述其相对相位。当通过电路的电流是直流电时，电阻与阻抗相等，电阻可以视为相位为零的阻抗。 阻抗通常以符号标记。阻抗是复数，可以以相量或来表示；其中，是阻 抗的大小，是阻抗的相位。这种表式法称为“相量表示法”。 具体而言，阻抗定义为电压与电流的频域比率[1]。阻抗的大小是电压振幅与电流振幅的绝对值 比率，阻抗的相位是电压与电流的相位差。采用国际单位制，阻抗的单位是欧姆（Ω），与电阻的单位相同。阻抗的倒数是导纳，即电流与电压的频域比率。导纳的单位是西门子(单位)（旧单位是姆欧）。 英文术语“impedance”是由物理学者奥利弗·赫维赛德于1886年发表论文《电工》给出[2][3]。于1893年，电机工程师亚瑟·肯乃利（Arthur Kennelly）最先以复数表示阻抗[4]。 复阻抗[编辑] 阻抗是复数，可以与术语“复阻抗”替换使用。阻抗通常以相量来表示，这种表示法称为“相量表示法”。相量有三种等价形式： 1. 直角形式：、 2. 极形式：、 3. 指数形式：；
其中，电阻是阻抗的实部，电抗是阻抗的虚部，是阻抗的大小，是虚数单位，是阻抗的相位。 从直角形式转换到指数形式可以使用方程 、 。 从指数形式转换到直角形式可以使用方程 、 。 极形式适用于实际工程标示，而直角形式比较适用于几个阻抗相加或相减的案例，指数形式则比较适用于几个阻抗相乘或相除的案例。在作电路分析时，例如在计算两个阻抗并联的总阻抗时，可能会需要作几次形式转换。这种形式转换必需要依照复数转换定则。 欧姆定律[编辑] 连接于电路的交流电源会给出电压于负载的两端，并且驱动电 流于电路。 主条目：欧姆定律 借着欧姆定律，可以了解阻抗的内涵[5]： 。 阻抗大小的作用恰巧就像电阻，设定电流，就可计算出阻抗两端 的电压降。相位因子则是电流滞后于电压的相位差（在时域，电流 信号会比电压信号慢秒；其中，是单位为秒的周期）。
标准架空输电线路电气参数计算
架空输电线路电气参数计算
一、提资参数表格式 二、线路参数的计算: 导线的直流电阻可在导线产品样本中查到。 当线路的相导线为两分裂导线时,相当于两根导线并联,则其电阻应除以2。多分裂导线以此类推。Array 1)单回路单导线的正序电抗: X1＝0、0029f lg(d m/r e) Ω/km 式中f－频率(Hz);
d m－相导线间的几何均距,(m); dm＝3√(d ab d bc d ca) d ab d bc d ca －分别为三相导线间的距离,(m); r e－导线的有效半径,(m); r e≈0、779r r－导线的半径,(m)。 2)单回路相分裂导线的正序电抗: X1＝0、0029f lg(d m/R e) Ω/km 式中f－频率(Hz); d m－相导线间的几何均距,(m); dm＝3√(d ab d bc d ca) d ab d bc d ca －分别为三相导线间的距离,(m); R e－相分裂导线的有效半径,(m);
n＝2 R e＝(r e S)1/2 n＝4 R e＝1、091(r e S3)1/4 n＝6 R e＝1、349(r e S5)1/6 S－分裂间距,(m)。 3)双回路线路的正序电抗: X1＝0、0029f lg (d m/R e) Ω/km 式中f－频率(Hz); d m－相导线间的几何均距,(m); a 。c′。 dm＝12√(d ab d ac d a b′d ac′‵d ba d bc d ba′d bc′d ca d cb d ca′d cb′) b 。b′。 d ab d bc ……分别为三相双回路导线间的轮换距离,(m); c 。a′。 R e－相分裂导线的有效半径,(m); R e＝6√(r e3 d aa′d bb′d cc′) 国内常用导线的线路正序电抗查《电力工程高压送电线路设计手册》第二版 P18～P19
SI9000各阻抗计算说明
阻抗培训 1.外层单端:Coated Microstrip 1B H1:介质厚度(PP片或者板材,不包括铜厚) Er1:PP片的介电常数(板材为:4.5 P片4.2) W1:阻抗线上线宽(客户要求的线宽) W2:阻抗线下线宽(W2=W1-0.5MIL) T1:成品铜厚 C1:基材的绿油厚度(我司按0.8MIL) C2:铜皮或走线上的绿油厚度(0.5MIL) Cer:绿油的介电常数(我司按3.3MIL) Zo:由上面的参数计算出来的理论阻值
2.外层差分:Edge-Coupled Coated Microstrip 1B H1:介质厚度(PP片或者板材,不包括铜厚) Er1:PP片的介电常数(板材为:4.5 P片4.2) W1:阻抗线上线宽(客户要求的线宽) W2:阻抗线下线宽(W2=W1-0.5MIL) S1:阻抗线间距(客户原稿) T1:成品铜厚 C1:基材的绿油厚度(我司按0.8MIL) C2:铜皮或走线上的绿油厚度(0.5MIL) C3:基材上面的绿油厚度(0.50MIL) Cer:绿油的介电常数(我司按3.3MIL)
3.内层单端:Offset Stripline 1B1A H1:介质厚度(PP片或者光板,不包括铜厚) Er1:H1厚度PP片的介电常数(P片4.2MIL) H2:介质厚度(PP片或者光板,不包括铜厚) Er2:H2厚度PP片的介电常数(P片4.2MIL) W1:阻抗线上线宽(客户要求的线宽) W2:阻抗线下线宽(W2=W1-0.5MIL) T1:成品铜厚 Zo:由上面的参数计算出来的理论阻值
4.内层差分:Edge-Couled Offset Stripline 1B1A H1:介质厚度(PP片或者光板,不包括铜厚) Er1:H1厚度PP片的介电常数(P片4.2MIL) H2:介质厚度(PP片或者光板,不包括铜厚) Er2:H2厚度PP片的介电常数(P片4.2MIL) W1:阻抗线上线宽(客户要求的线宽) W2:阻抗线下线宽(W2=W1-0.5MIL) S1:客户要求的线距 T1:成品铜厚 Zo:由上面的参数计算出来的理论阻值
PCB阻抗计算方法
阻抗计算说明 Rev0.0 heroedit@https://www.wendangku.net/doc/a814181886.html, z给初学者的 一直有很多人问我阻抗怎么计算的. 人家问多了,我想给大家整理个材料,于己于人都是个方便.如果大家还有什么问题或者文档有什么错误,欢迎讨论与指教! 在计算阻抗之前,我想很有必要理解这儿阻抗的意义 z传输线阻抗的由来以及意义 传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论) 如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路: 从此图可以推导出电报方程 取传输线上的电压电流的正弦形式 得 推出通解
定义出特性阻抗 无耗线下r=0, g=0得 注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义) ε μ=EH Z 特性阻抗与波阻抗之间关系可从 此关系式推出. Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来. z 叠层(stackup)的定义 我们来看如下一种stackup,主板常用的8层板(4层power/ground 以及4层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为 L1,L4,L5,L8 下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的 Oz 的概念 Oz 本来是重量的单位Oz(盎司 )=28.3 g(克) 在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz, 对
§第 18 讲 《输电线路的零序阻抗和等值电路》070401
§第 18 讲 《输电线路的零序阻抗和等值电路》 一、教学目标 掌握线路的零序电抗确定、零序等值电路的画法。 二、教学重点 掌握线路的零序电抗确定、零序等值电路的画法。 三、教学难点 一回线路故障的零序等值电路 四、教学内容和要点 电力线路序阻抗 ① 电力线路负序阻抗与正序阻抗相同。 ② 电力线路零序阻抗计算分为架空电力线路零序阻抗计算和电缆电力线路零序阻抗计算。其中架空电力线路又分成无架空地线和有架空地线两类。每类中又含单回架空线和双回架空线两种。在重点理解单回无架空地线线路零序电抗计算后，其它种类架空线零序阻抗计算将很容易理解。 ③ 单回无架空地线电力线路，看作由三个单相回路组成，每一个单相回路由一相导线和大地构成，大地用埋设在地下的一根等值导线代替，埋设深度用等值深度表示。设架空线路长一公里，求每个单相回路的阻抗即是求得了每相单位长度的阻抗。而每一相的阻抗等于每一单相回路的自阻抗加上其它两个单相回路对该单相回路的互阻抗。 D e 零序电抗较之正序电抗几乎大三倍，这是由于零序电流三相间同相位，相间的互感使每相的等值电感增大的缘故。 ④ 平行架设的双回无架空地线电力线路的零序阻抗计算包含两部分：单回路的零序阻抗和第二回对第一回的互阻抗。零序阻抗进一步增大。 ⑤ 单回有架空地线电力线路，三相零序电流一部分（）经大地流回，一部分（） I e I g 经架空地线流回。如仍把该线路三相零序电流看作全部经大地流回，与无架空地线的单回线一样；把架空地线可看作是另一回三相线路，不过其三相导线是在同一个位置，每相电流是/3，该电流也看作经大地流回，构成架空地线大地回路。由于架空地线的影响，起去磁作用，线路的零序阻抗将减小 I g 0=I g ⑥ 架空线零序阻抗一般不用这些公式计算，而用实测获得 ；或采用教材表4-3给出的平均值。 电缆的正、负序电阻、电抗由生产厂家提供 。如无厂家数据，一般取零序电阻r 0≈10r 1。零序电抗=（3.5-4.6）正序值。 五、采用的教学方法和手段 教学方法（如：讲述法、讨论法、实验法等）：讲述法 教学手段（如：挂图、模型、仪器、投影、幻灯等）：板书
电路板关于阻抗匹配
一.阻抗匹配的研究 在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。阻抗匹配的技术可以说是丰富多样，但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用，需要衡量多个方面的因素。例如我们在系统中设计中，很多采用的都是源段的串连匹配。对于什么情况下需要匹配，采用什么方式的匹配，为什么采用这种方式。 例如：差分的匹配多数采用终端的匹配；时钟采用源段匹配； 1、串联终端匹配 串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下，在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射. 串联终端匹配后的信号传输具有以下特点： A 由于串联匹配电阻的作用，驱动信号传播时以其幅度的50％向负载端传播； B 信号在负载端的反射系数接近＋1，因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50％。 C 反射信号与源端传播的信号叠加，使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同； D 负载端反射信号向源端传播，到达源端后被匹配电阻吸收；？ E 反射信号到达源端后，源端驱动电流降为0，直到下一次信号传输。 相对并联匹配来说，串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。 选择串联终端匹配电阻值的原则很简单，就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。理想的信号驱动器的输出阻抗为零，实际的驱动器总是有比较小的输出阻抗，而且在信号的电平发生变化时，输出阻抗可能不同。比如电源电压为＋4.5V的CMOS驱动器，在低电平时典型的输出阻抗为37Ω，在高电平时典型的输出阻抗为45Ω[4]；TTL驱动器和CMOS驱动一样，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。因此，对TTL或CMOS电路来说，不可能有十分正确的匹配电阻，只能折中考虑。 链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配，所有的负载必须接到传输线的末端。否则，接到传输线中间的负载接受到的波形就会象图3.2.5中C点的电压波形一样。可以看出，有一段时间负载端信号幅度为原始信号幅度的一半。显然这时候信号处在不定逻辑状态，信号的噪声容限很低。 串联匹配是最常用的终端匹配方法。它的优点是功耗小，不会给驱动器带来额外的直流负载，也不会在信号和地之间引入额外的阻抗；而且只需要一个电阻元件。 2、并联终端匹配 并联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗很小的情况下，通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，达到消除负载端反射的目的。实现形式分为单电阻和双电阻两种形式。 并联终端匹配后的信号传输具有以下特点： A 驱动信号近似以满幅度沿传输线传播； B 所有的反射都被匹配电阻吸收； C 负载端接受到的信号幅度与源端发送的信号幅度近似相同。 在实际的电路系统中，芯片的输入阻抗很高，因此对单电阻形式来说，负载端的并联电阻值必须与传输线的特征阻抗相近或相等。假定传输线的特征阻抗为50Ω，则R值为50Ω。如果信号的高电平为5V，则信号的静态电流将达到100mA。由于典型的TTL或CMOS电路的驱动能力很小，这种单电阻的并联匹配方式很少出现在这些电路中。
谈谈阻抗匹配的理解
谈谈阻抗匹配的理解 xfire 高频高速PCB设计围观198次一条评论编辑日期：2015-05-24 字体：大中小 阻抗匹配（impedance matching）信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同，或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同，分别称为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态，简称为阻抗匹配。否则，便称为阻抗失配。有时也直接叫做匹配或失配。 阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。我们先从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的电压源，总是有内阻的，我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为r，那么我们可以计算出流过电阻R的电流为：I=U/(R+r)，可以看出，负载电阻R 越小，则输出电流越大。负载R上的电压为：Uo=IR=U/[1+(r/R)]，可以看出，负载电阻R越大，则输出电压Uo越高。再来计算一下电阻R消耗的功率为： P=I2×R=[U/(R+r)]2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2) =U2×R/[(R-r)2+4×R×r] =U2/{[(R-r)2/R]+4×r} 对于一个给定的信号源，其内阻r是固定的，而负载电阻R则是由我们来选择的。注意式中[(R-r)2/R]，当R=r时，[(R-r)2/R]可取得最小值0，这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U2/(4×r)。即，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配之一。此结论同样适用于低频电路及高频电路。当交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有所改变，就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等，虚部互为相反数，这叫做共扼匹配。在低频电路中，我们一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源跟负载之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，传输线可以看成是“短线”，反射可以不考虑（可以这么理解：因为线短，即使反射回来，跟原信号还是一样的）。从以上分析我们可以得出结论：如果我们需要输出电流大，则选择小的负载R；如果我们需要输出电压大，则选择大的负载R；如果我们需要输出功率最大，则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。有时阻抗不匹配还有另外一层意思，例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的，如果负载条件改变了，则可能达不到原来的性能，这时我们也会叫做阻抗失配。 在高频电路中，我们还必须考虑反射的问题。当信号的频率很高时，则信号的波长就很短，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等（即不匹配）时，在负载端就会产生反射。为什么阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法，牵涉到二阶偏微分方程的求解，在这里我们不细说了，有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍中的传输线理论。传输线的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由传输线的结构以及材料决定的，而与传输线的长度，以及信号的幅度、频率等均无关。
4种石英玻璃的交流电学阻抗行为的比较
第44卷第4期2016年4月 硅酸盐学报Vol. 44，No. 4 April，2016 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY https://www.wendangku.net/doc/a814181886.html, DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2016.04.23 4种石英玻璃的交流电学阻抗行为的比较 吴兴轩，朱满康，贾渊洁，侯育冬，郑木鹏 (北京工业大学材料学院，北京 100124) 摘要：分析了4种不同工艺制备的石英玻璃在紫外区和红外区的光谱特征，测量了不同温度下石英玻璃的交流电学阻抗响应。结果表明，4种石英玻璃的体电阻和弛豫时间与温度的关系均符合Arrhenius方程，表明其电导具有热激活特征。同时，不同温度时复平面阻抗曲线及其介电模量频谱曲线，均反映这些石英玻璃各自呈现单一导电机制，但其激活能差别明显：电熔石英玻璃样品SG1和SG2的电导激活能分别为1.002和1.384 eV，合成石英玻璃样品SG3和SG4的电导激活能分别为1.458和0.520 eV。激活能的数值不仅与石英玻璃的导电类型相关，也与石英玻璃中金属杂质含量、氧缺陷浓度及羟基含量密切相关。 关键词：石英玻璃；阻抗谱；导电机制；激活能 中图分类号：TQ174 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2016)04–0607–06 网络出版时间：2016–03–18 16:07:25 网络出版地址：https://www.wendangku.net/doc/a814181886.html,/kcms/detail/11.2310.TQ.20160318.1607.023.html Comparative Studies on Electrical Impedance Behavior of Four Silica Glasses WU Xingxuan, ZHU Mankang, JIA Yuanjie, HOU Yudong, ZHENG Mupeng (College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China) Abstract: The contents of metal impurities, hydroxyl and oxygen defects of 4 types of silica glasses were analyzed based on their ultraviolet and infrared absorption spectra. Their temperature-dependent behaviors of electrical impedance were recorded. The results show that the bulk resistance and relaxation time of the silica glasses are consistent well with the Arrhenius equation, indicating that the conductivity is a thermally activated process. The frequency-dependent spectra of the complex impedance and the electric modulus at different temperatures indicate the single mechanism for the dynamic processes in these four types of silica glasses. However, their activation energies present a great difference: the activation energies of electrically-fused quartz glass samples SG1 and SG2 are 1.002 and 1.384 eV, respectively, while the activation energies of synthetic quartz glass samples SG3 and SG4 are 1.458 eV and 0.520 eV, respectively. It is assumed that the change in activation energy could be related to the conduction mechanism and the contents of metal impurity, hydroxyl and oxygen defects in the silica glasses. Keywords: silica glass; impedance spectroscopy; conduction mechanism; activation energy 石英玻璃的电导，与其微观结构有密切关系，其机制一直是一个受研究者关注的课题[1]。长期以来研究者对石英玻璃电学性能以及影响因素进行了研究，并尝试采用不同的导电机制模型对石英玻璃的导电行为进行解释，但尚未形成统一的观点。 Jain等[2]研究了天然石英晶体和合成石英晶体的电导问题，认为石英晶体的导电机制属于离子导电，属于由碱金属离子沿晶体内部与c轴平行的通道移动而引起的导电行为；而且，合成石英晶体中氢的排除会引起其导电性能的下降。Shin等[3]发现，IV类石英玻璃的假想温度的上升会引起比容的减小，导致导电能力下降和导电激活能上升，而假想温度的变化对I类石英玻璃的电学行为影响很小。但是，低碱金属含量的石英玻璃的导电机制，并不 收稿日期：2015–08–09。修订日期：2015–10–11。 基金项目：国家自然科学基金项目(51172006)；国家重大技术专项项目(050110.3-2011HF–C–02)。 第一作者：吴兴轩(1987—)，男，硕士研究生。 通信作者：朱满康(1963—)，男，博士，教授。Received date: 2015–08–09. Revised date: 2015–10–11. First author: WU Xingxuan (1987–), male, Master candidate. E-mail: wuxingxuan@https://www.wendangku.net/doc/a814181886.html,. Correspondent author: ZHU Mankang (1963–), Male, Ph.D., Professor. E-mail:zhumk@ https://www.wendangku.net/doc/a814181886.html,.
什么是输入阻抗和输出阻抗
什么是输入阻抗和输出阻抗 输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源U，测量输入端的电流I，则输入阻抗Rin就是U/I。你可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。 输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样，它反映了对电流阻碍作用的大小。对于电压驱动的电路，输入阻抗越大，则对电压源的负载就越轻，因而就越容易驱动，也不会对信号源有影响；而对于电流驱动型的电路，输入阻抗越小，则对电流源的负载就越轻。因此，我们可以这样认为：如果是用电压源来驱动的，则输入阻抗越大越好；如果是用电流源来驱动的，则阻抗越小越好（注：只适合于低频电路，在高频电路中，还要考虑阻抗匹配问题。另外如果要获取最大输出功率时，也要考虑阻抗匹配问题 二、输出阻抗 无论信号源或放大器还有电源，都有输出阻抗的问题。输出阻抗就是一个信号源的内阻。本来，对于一个理想的电压源（包括电源），内阻应该为0，或理想电流源的阻抗应当为无穷大。输出阻抗在电路设计最特别需要注意。 但现实中的电压源，则不能做到这一点。我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源。这个跟理想电压源串联的电阻r，就是（信号源/放大器输出/电源）的内阻了。当这个电压源给负载供电时，就会有电流I从这个负载上流过，并在这个电阻上产生I×r的电压降。这将导致电源输出电压的下降，从而限
制了最大输出功率（关于为什么会限制最大输出功率，请看后面的“阻抗匹配”一问）。同样的，一个理想的电流源，输出阻抗应该是无穷大，但实际的电路是不可能的 三、阻抗匹配 阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。我们先从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的电压源，总是有内阻的（请参看输出阻抗一问），我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为r，那么我们可以计算出流过电阻R的电流为：I=U/(R+r)，可以看出，负载电阻R越小，则输出电流越大。负载R上的电压为：Uo=IR=U/[1+(r/R)]，可以看出，负载电阻R越大，则输出电压Uo越高。再来计算一下电阻R消耗的功率为： P=I2×R=[U/(R+r)]2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2) =U2×R/[(R-r)2+4×R×r] =U2/{[(R-r)2/R]+4×r} 对于一个给定的信号源，其内阻r是固定的，而负载电阻R则是由我们来选择的。注意式中[(R-r)2/R]，当R=r时，[(R-r)2/R]可取得最小值0，这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U2/(4×r)。即，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配之一。对于纯电阻电路，此结论同样适用于低频电路及高频电路。当交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有
常用电力线路阻抗表
附录A 架空线路每千米得电抗、电阻值
注 1、110kV高压电缆得平均电抗:X=0、18Ω/km。 2、表中所列为正序电抗X1,负序电抗X2= X1,零序电抗X0= 3、5X1。 附录C 各电压等级基准值表 表C、1 基准容量S =1000MVA时得基准值表 b
表C、2 基准容量S =100MVA时得基准值表 b 附录D 常用电缆载流量 序 导线型号中试所实验值载流量建议值(A) 载流量原标准值(A) 号 1 YJLV22-35 100 123 2 YJLV22-50 115 141 3 YJLV22-70 140 173 4 YJLV22-9 5 170 214 5 YJLV22-120 195 246
6 YJLV22-150 220 278 7 YJLV22-185 255 320 8 YJLV22-240 300 373 9 YJLV22-300 340 428 10 YJLV22-400 400 501 序号导线型号中试所实验值载流量建议值(A) 载流量原标准值(A) 1 YJV22-35 125 159 2 YJV22-50 145 182 3 YJV22-70 180 223 4 YJV22-9 5 220 276 5 YJV22-120 255 317 6 YJV22-150 285 359 7 YJV22-185 330 413 8 YJV22-240 385 481 9 YJV22-300 440 552 10 YJV22-400 515 646 序导线型号中试所实验值载流量建议值(A) 载流量原标准值(A)
阻抗
阻抗设计 附件三1. 阻抗定义及分类： 1.1阻抗(Zo): 对流经其中已知频率之交流电流,所产生的总阻力称为阻抗(Zo)，对印刷电路板而言,是指在高频讯号之下，某一线路层( signal layer)对其最接近的相关层(reference plane)总合之阻抗. 1.2特性阻抗: 在传输讯号线中,高频讯号或电磁波传播时所遭遇的阻力称之为特性阻抗 1.3差动阻抗: 由两根差动信号线组成的控制阻抗的一种复杂结构,驱动端输入的信号为极性相反的两个信号波形,分别由两根差动线传送，在接收端这两个差动信号相减,这种方式主要用于高速数模电路中以获得更好的信号完整性及抗噪声干扰 1.4 Coplanar阻抗： 当阻抗线距导体的距离小于等于最近对应层的距离时即为Coplanar阻抗. 1.5介质常数(Dielectric Constant)，又称透电率(Permittivity): 指介质材料的电容ε,与相同条件下以真空为介质之电容εo,两者之比值(ε/εo). 即. Εr=ε/εo. 1.6介质: 原指电容器两极板之间的绝缘材料而言,现已泛指任何两导体之间的绝缘物质,如各种树脂与配合的棉纸以及玻纤布. 1.7 影响阻抗之要素相对于阻抗变化之关系(其中一个参数变化, 假设其余条件不变) 1.7.1 阻抗线宽：阻抗线宽与阻抗成反比, 线宽越细, 阻抗越高, 线宽越粗,阻抗越低. 1.7.2 介质厚度：介质厚度与阻抗成正比, 介质越厚则阻抗越高, 介质越薄则阻抗越低. 1.7.3 介电常数：介电常数与阻抗成反比, 介电常数越高,阻抗越低,介电常数越低,阻抗越高. 1.7.4 防焊厚度：防焊厚度与阻抗成反比.在一定厚度范围内,防焊厚度越厚,阻抗越低,防焊厚 度越薄,阻抗越高. 1.7.5 铜箔厚度：铜箔厚度与阻抗成反比, 铜厚越厚,阻抗越低,铜厚越薄, 阻抗越高. 1.7.6 差动阻抗：间距与阻抗成正比.间距越大,阻抗越大. 其余影响因素则与特性阻抗相同. 1.7.7 Coplanar阻抗：阻抗线距导体的间距与阻抗成正比,间距越大,阻抗越大.其它影响因素 则与特性阻抗相同. 2. 作业内容: 2.1 客户数据确认 2.1.1. 确认客户有无阻抗要求,有无阻抗类型及迭构要求,是否为厂内打样的第一个版本,若 不是确认阻抗.迭构等是否与前版相同. 2.1.2. 如有阻抗及迭构要求且为厂内打样的第一个版本则需模拟确认阻抗能否达到规格中
差分阻抗-差模阻抗与特性阻抗区别
差模信号、共模信号、共模抑制比、差分阻抗、共模阻抗、单端阻抗 差模又称串模，指的是两根线之间的信号差值；共模噪声又称对地噪声，指的是两根线分别对地的噪声。对于一对信号线A、B，差模干扰相当于在A与B之间加上一个干扰电压，共模干扰相当于分别在A与地、B与地之间加上一个干扰电压。平常用双绞线传输差分信号就是为了消除共模噪声，原理很简单，两线拧在一起，受到的共模干扰电压很接近， Ua - Ub 没什么变化，当然这是理想情况。RS422/485总线就是利用差分传输信号的一种具体应用。实际应用中，温度的变化、各种环境噪声的影响都可以视作为共模噪声信号，但如果在传输过程中两根线的对地的噪声衰减不一样大，使得两根线之间存在了电压差，这时共模噪声就转变成了差模噪声。差分信号不是一定要相对地来说的，如果一根线是接地的，那他们的差值就是相对地的值了，这就是模拟电路中的差分电路单端输入情况。 差模是相对共模来说的，差分是一种方式。假如一个ADC有两个模拟输入端，并且AD 转换结果取决于这两个输入端电压之差，我们说这个ADC是差分输入的，并把这两个模拟输入端合在一起叫做差分输入端。但是加在差分输入端上的电压并不一定总是大小相等方向相反，甚至很多情况下是同符号的(即不一定是一正一负)，我们把它们的差叫做差模输入，而把它们共有的量（即平均值）叫做共模输入。 差分是一种电路形式的叫法，差模是对信号的定义(相对共模)。差模信号：大小相等，方向相反的信号；共模信号：大小相等，方向相同的信号。在差分放大电路中，经常提到共模信号和差模信号，在差分放大电路中共模信号是不会被放大的，可以理解为三极管的温漂引起的电流信号，为了形象化温漂而提出了共模信号，差模信号为输入信号，Ui就是放大的对象。在差动放大电路中，有两个输入端，当在这两个端子上分别输入大小相等、相位相反的信号（这是有用的信号），放大器能产生很大的放大倍数，这种信号叫做差模信号，这时的放大倍数叫做差模放大倍数。如果在两个输入端分别输入大小相等，相位相同的信号（实际是由于上一级温度变化而产生的信号，是一种有害的信号），这种信号叫做共模信号，这时的放大倍数叫做共模放大倍数。由于差动放大电路的构成特点，电路对共模信号有很强的负反馈，所以共模放大倍数很小（一般都小于1），计算公式又分为单端输出和双端输出，所以有时候共模信号和差模信号是指差动放大器双端输入时的输入信号。 共模信号：双端输入时，两个信号相同。 差模信号：双端输入时，两个信号的相位相差180度。
阻抗设计指引
阻抗设计指引 1.0、目的 确定阻抗控制的要求，规范阻抗计算方法，拟定阻抗测试Coupon设计之准则,确保产品能够满足生产的需要及客户要求。 2.0、范围 所有需要阻抗控制产品的设计、制作及审核。 2.1、定义 特性阻抗的定义：在某一频率下，电子器件传输信号线中，相对某一参考层，其高频信号或电磁波在传播过程中所受的阻力称之为特性阻抗，它是电阻抗，电感抗，电容抗……的一个矢量总和。 2.2、特性阻抗的分类：目前我司常见的特性阻抗分为：单端(线)阻抗、差分(动) 阻抗、共面阻抗此三种情况。 2.2.1、单端(线)阻抗：英文Single Ended Impedance ,指单根信号线测得的阻抗。 2.2.2、差分(动)阻抗：英文Differential Impedance,指差分驱动时在两条等宽等间 距的传输线中测试到的阻抗。 2.2.3、共面阻抗：英文Coplanar Impedance ,指信号线在其周围GND/VCC(信号 线到其两侧GND/VCC间距相等)之间传输时所测试到的阻抗。 3.0、职责 3.1、工程部负责本文件的编制及修订。 3.2、MI设计人员负责对客户资料中阻抗要求的理解及转换，负责编写阻抗控制 的流程指示、菲林修改指示及阻抗测试Coupon的设计。MI在生产使用过程中负责解释相关条款内容。 3.3、品保部QAE负责对工程资料的检查及认可。 4.0、内容
4.1、阻抗设计流程： 测量阻抗是否符合客户要求 4.2、阻抗控制需求的决定条件： 当信号在PCB导线中传输时，若导线的长度接近信号波长的1/7，此时的导线便成为信号传输线，一般信号传输线均需做阻抗控制。PCB制作时，依客户要求决定是否需管控阻抗，若客户要求某一线宽需做阻抗控制，生产时则需管控该线宽的阻抗。 4.3、阻抗匹配的三个要素： 4.3.1、输出阻抗(原始主动零件) 特性阻抗(信号线) 输入阻抗(被动零件) （PCB板） 阻抗匹配 4.3.2、当信号在PCB上传输时，PCB板的特性阻抗必须与头尾元件的电子阻抗相
正序阻抗与零序阻抗比较
输电线路正序阻抗和零序阻抗比较 对于三相输电线路可以看作是由三个“导线-大地”回路组成，这样就可以把它的阻抗看作是由一个“导线-大地”回路单独存在时的自身阻抗和此回路中另两个“导线-大地”回路的之间的互感阻抗组成。当忽略线路导线位置差异的影响后，可以认为各回路之间的互阻抗相等。当线路一端接地，另一端分别加上正、负、零序电压，分析每相各序阻抗时可以得出，线路的正序阻抗和负序阻抗是相等的，并且正、负阻抗值是自身阻抗和互阻抗的差，而零序阻抗则是自身阻抗与互阻抗的和。所以得知，三相线路在通过正、负序电流时，任意两相对第三相的互感，产生的是去磁作用，也就减少了正负、序阻抗；而通过零序电流时，任意两相对第三相的互感，产生的是助磁作用，也就增加了零序阻抗。因此，三相输电线路的零序阻抗要大于它的正、负序阻抗。 零序阻抗定义 对于零序阻抗，正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。工作原理 对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知到系统出了毛病（特别是单相接地时的零序分量）。下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法，先决条件是已知三相的电压或电流（矢量值），当然实际工程上是直接测各分量的。由于上不了图，请大家按文字说明在纸上画图。 从已知条件画出系统三相电流（用电流为例，电压亦是一样）的向量图（为看很清楚，不要画成太极端）。 1）求零序分量：把三个向量相加求和。即A相不动，B相的原点平移到A相的顶端（箭头处），注意B相只是平移，不能转动。同方法把C相的平移到B相的顶端。此时作A 相原点到C相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一，这就是零序分量的幅值，方向与此向量是一样的。 2）求正序分量：对原来三相向量图先作下面的处理：A相的不动，B相逆时针转120度，C相顺时针转120度，因此得到新的向量图。按上述方法把此向量图三相相加及取三分一，这就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。这就得出了正序分量。
高频设计中的阻抗匹配
阻抗匹配在高频设计中是一个常用的概念，下面对这个“阻抗匹配”进行解析。阐述什么是阻抗匹配。 阻抗匹配（Impedance matching）是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。 大体上，阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuit matching），另一种则是调整传输线的波长（transmission line matching）。 要匹配一组线路，首先把负载点的阻抗值，除以传输线的特性阻抗值来归一化，然后把数值划在史密夫图表上。 改变阻抗力 把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动，再沿中心旋转180度。重覆以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。 调整传输线 由负载点至来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻值为1的圆圈上，即可加电容或电感把阻抗力调整为零，完成匹配 阻抗匹配则传输功率大，对于一个电源来讲，单它的内阻等于负载时，输出功率最大，此时阻抗匹配。最大功率传输定理，如果是高频的话，就是无反射波。对于普通的宽频放大器，输出阻抗50Ω，功率传输电路中需要考虑阻抗匹配，可是如果信号波长远远大于电缆长度，即缆长可以忽略的话，就无须考虑阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸 收了.反之则在传输中有能量损失。高速 PCB布线时，为了防止信号的反射，要求是线路的阻抗为50欧姆。这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线则为100欧姆,只是取个整而已,为了匹配方便. 阻抗从字面上看就与电阻不一样，其中只有一个阻字是相同的，而另一个抗字呢？简单地说，阻抗就是电阻加电抗，所以才叫阻抗；周延一点地说，阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。在直流电的世界中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，世界上所有的物质都有电阻，只是电阻值的大小差异而已。电阻小的物质称作良导体，电阻很大的物质称作非导体，而最近在高科技领域中称的超导体，则是一种电阻值几近于零的东西。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就称之为电抗，意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗，简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是奥姆，而其值的大小则和交流电的频率有关系，频率愈高则容抗愈小感抗愈大，频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题，具有向量上的关系式，因此才会说：阻抗是电阻与电抗在向量上的和。 阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
什么是特征阻抗
高速设计领域一个越来越重要也是越来越为设计工程师所关注议题就是受控阻抗的电路板设计以及电路板上互联线的特征阻抗。然而，对于非电子的设计工程师来说，这也是一个最容易混淆也最不直观的问题。甚至很多的电子设计工程师对此也同样感到困惑。这篇资料将对特征阻抗作一个简要而直观的介绍，希望帮助大家了解传输线最基本的品质。什么是传输线？什么是传输线？两个具有一定长度的导体就构成传输线。其中的一个导体成为信号传播的通道，而另外的一个导体则构成信号的返回通路（在这里我们提到信号的返回通路，实际上就是大家通常理解的地，但是为了叙述的方便，暂且忘掉地这一概念。）。在一个多层的电路板设计中，每一个PCB互联线都构成传输线中的一个导体，该传输线都将临近的参考平面作为传输线的的第二个导体或者叫做信号的返回通路。什么样的PCB互联线是一个好的传输线呢？通常如果在同一个PCB互联线上特征阻抗处处保持一致，这样的传输线就成为高质量的传输线。什么样的电路板叫做受控阻抗的电路板？受控阻抗的电路板是指PCB板上所有传输线的特征阻抗符合统一的目标规范，通常是指所有传输线的特征阻抗的值在25Ω到70Ω之间。从信号的角度来考察考虑特征阻抗最行之有效的办法是考察信号沿着传输线传播时信号本身看到了什么。为简化问题的讨论起见，假定传输线为微波传输带（microstrip）类型，并且信号沿传输线传播时传输线各处的横断面保持一致。给该传输线加入幅度为1V 的阶跃信号。阶跃信号是一个1V的电池，由前端接入，分别连接在信号线和返回通路之间。在接通电池的瞬间，信号电压波形将以光速在电介质中行进，速度通常约为6英寸/ns（信号为什么行进如此快速，而不是接近电子传播的速度大约1cm/s，这是另外一个话题，这里不做进一步介绍）。当然在这里信号仍然具有常规的定义，信号定义为信号线与返回通路上的电压差，总是通过测量传输线上任何一点与之临近的信号返回通路之间的电压差值来获得。信号沿传输线方向以6英寸/ns的速度向前传输。在传输的过程中信号会遇到什么样的情况呢？在最开始的10ps时间间隔内，信号沿传输线方向行进了0.06英寸的距离。假定锁定时间在这一时刻，来考虑传输线发生的情况。在行进的这一段距离上，信号的传输为这一段传输线和相应临近的信号返回通道之间建立起了稳定的幅度为1V的常量信号。这意味着在行进的这一段传输线和对应的返回路径上已经积聚起了额外的正电荷和额外的负电荷来建立这一稳定的电压。也正是这些电荷的差异在这两个导体之间建立并维持了一个稳定的1 V 电压信号，而导体之间稳定的电压信号就为两个导体之间建立了一个电容。传输线上位于这一时刻信号波前后面的传输线段并不清楚会有信号要传播过来，因而仍然维持信号线同返回通路之间的电压为零。在接下来的10ps时间间隔内，信号又会沿传输线行进一定的距离，信号继续传播的结果是又会在另一段长度为0.06英寸的传输线段同对应的信号返回通路之间的建立起1V的信号电压。而为了做到这一点，必须为信号线注入一定量的正电荷，同时为信号的返回通路注入同等数量的负电荷。信号沿传输线每传播0.06英寸的长度，都会有更多的正电荷注入该信号线，也会有更多的负电荷注入信号返回通路。每隔10ps时间间隔，就会有另外一段传输线被充电到1 V，同时信号也会沿传输线方向继续向前传播。这些电荷从何而来？答案是来自信号源，也就是我们用来提供阶跃信号、连接在传输线前端的电池。随着信号在传输线上的传播，信号不断地为传播经过的传输线段充电，确保信号传输过程中所到之处信号线与返回路径之间建立并维持起1 V的电压。每隔10ps时间间隔，信号会在传输线上传播一定的距离，并且从电源系统中汲取一定数量的电荷δQ。电池在一段时间间隔δt内的向外提供一定数量的电荷δQ，就形成了恒定的信号电流。正的电流会从电池流入信号线，而与此同时同样大小的负电流会流经信号的返回路径。流经信号返回通路的负电流同流入信号线的正电流大小完全一致。而且，就在信号波前的位置，AC电流流经由信号线和信号返回通路构成的电容，完成了信号环路。传输线的特征阻抗从电池的角度来看，一旦设计工程师将电池的引线连入传输线的前端，就总有一个常量值的电流从电池中流出，并且保持电压信号的稳定不变。也许有人会问，是什么样的电子元器件具有这样的行为？加入恒