干擾法測(cè)量輸電線路工頻參數(shù)的理論研究

蒲兵艦 鄭含博 馬德英 王吉 王天 王震宇

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南鄭州 450052）

干擾法測(cè)量輸電線路工頻參數(shù)的理論研究

蒲兵艦 鄭含博 馬德英 王吉 王天 王震宇

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南鄭州 450052）

輸電線路工頻參數(shù)是電力系統(tǒng)短路計(jì)算、繼電保護(hù)整定所需的基本參數(shù)，為得到其準(zhǔn)確數(shù)值，現(xiàn)場(chǎng)一般采用實(shí)測(cè)法。實(shí)測(cè)中臨近帶電線路會(huì)對(duì)被測(cè)量線路造成干擾，基于此，依據(jù)對(duì)稱(chēng)分量法和對(duì)偶原理，結(jié)合實(shí)際干擾信號(hào)特征，提出采用干擾信號(hào)測(cè)量輸電線路工頻參數(shù)的方法，并進(jìn)行理論分析。該方法可以直接應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，解決干擾信號(hào)帶來(lái)的測(cè)量難、測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

干擾法；輸電線路；工頻參數(shù)測(cè)量；對(duì)稱(chēng)分量；阻抗測(cè)量；導(dǎo)納測(cè)量

新建及改建的輸電線路在投運(yùn)前，除需要檢查線路的絕緣及核相外，還需測(cè)量各項(xiàng)工頻參數(shù)，以作為計(jì)算系統(tǒng)短路電流、整定繼電保護(hù)、推算潮流分布和合理選擇運(yùn)行方式等工作的依據(jù)。輸電線路工頻參數(shù)可以通過(guò)計(jì)算法［1，2］和實(shí)測(cè)法得到，由于實(shí)際輸電線路參數(shù)影響因素比較多，仿真計(jì)算精度無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需求，因此目前仍以實(shí)測(cè)法為主。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，同塔雙回、四回線路及平行、交叉線路越來(lái)越多，由此產(chǎn)生的工頻干擾成為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中的一個(gè)難題。現(xiàn)場(chǎng)通常采用倒相法、變頻法、提高測(cè)量電壓電流法來(lái)克服工頻干擾的影響。但隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，干擾信號(hào)的強(qiáng)度越來(lái)越大，傳統(tǒng)方法面臨設(shè)備容量增大等諸多問(wèn)題。本文依據(jù)對(duì)稱(chēng)分量與對(duì)偶原理，結(jié)合實(shí)際線路中干擾信號(hào)的特征，對(duì)采用干擾信號(hào)測(cè)量架空輸電線路工頻參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析，建立了等效電路，提出了測(cè)量原理和方法，對(duì)強(qiáng)干擾下架空線路工頻參數(shù)的測(cè)量具有重要的指導(dǎo)意義。

1 工頻參數(shù)測(cè)量原理

根據(jù)序參數(shù)的定義，結(jié)合對(duì)稱(chēng)分量法、序阻抗對(duì)測(cè)量原理進(jìn)行推理論述。

1.1 對(duì)稱(chēng)分量與序阻抗

在電力系統(tǒng)中，一組三相不對(duì)稱(chēng)的電壓可以由三組序電壓分量來(lái)表示，即

三相序分量電壓間的關(guān)系為：

式（2）中，α=ej120°，α2=e-j120°。

在三相網(wǎng)絡(luò)中通以某一序的對(duì)稱(chēng)分量電流時(shí)，只產(chǎn)生同一序的對(duì)稱(chēng)分量電壓；在施一某一序的對(duì)稱(chēng)分量電勢(shì)時(shí)，只產(chǎn)生同一序分量的電流，這表明網(wǎng)絡(luò)的各序分量具有獨(dú)立性。序分量的獨(dú)立性是對(duì)稱(chēng)分量運(yùn)算的前提。

對(duì)于三相輸電線路，用Zaa、Zbb、Zcc表示A、B、C三相各相自阻抗，Zab(=Zba)、Zbc(=Zcb)、Zca(=Zac)表示三相間的互阻抗，則當(dāng)線路通過(guò)三相不對(duì)稱(chēng)電流時(shí)，表示線路上電壓降的方程為：

因此，要得到線路的正序和零序參數(shù)，只需求出Zaa、Zbb、Zcc、Zab、Zac和Zbc6個(gè)參數(shù)。對(duì)稱(chēng)分量和序阻抗是干擾法測(cè)量工頻線路參數(shù)的前提。

1.2 對(duì)偶原理

在對(duì)偶電路中，某些元素之間的關(guān)系（或方程）可以通過(guò)對(duì)偶元素的互換而相互轉(zhuǎn)換。其是電路分析中出現(xiàn)的大量相似性的歸納和總結(jié)。

依據(jù)對(duì)偶原理，如果在電路中導(dǎo)出了某一關(guān)系式和結(jié)論，就等于解決了與其對(duì)偶的另一個(gè)電路中的關(guān)系式和結(jié)論。

分析發(fā)現(xiàn)，上述阻抗測(cè)量和導(dǎo)納測(cè)量電路滿(mǎn)足對(duì)偶原理?xiàng)l件，可直接應(yīng)用對(duì)偶原理求解。

2 工頻干擾源特性分析

線路感應(yīng)由電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)兩部分構(gòu)成。電磁感應(yīng)由電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在線路構(gòu)成的回路中產(chǎn)生交變磁通，引起電磁感應(yīng)電流；靜電感應(yīng)通過(guò)分布電容傳遞。本文把所有的干擾源等值為一條輸電線路，其對(duì)測(cè)量線路干擾主要通過(guò)電容和電感耦合，其干擾傳輸形式如圖1所示，假設(shè)干擾線路等效運(yùn)行電壓為U0（由于實(shí)際中干擾源很少為單一線路，因此U0不一定是系統(tǒng)中某一線路的實(shí)際運(yùn)行電壓），等效電流為I0（由于實(shí)際中干擾源很少為單一線路，因此I0不一定是系統(tǒng)中某一線路的實(shí)際運(yùn)行電流），干擾線路與測(cè)量線路間電容為C12，測(cè)量線路對(duì)地電容為C10，干擾線路與測(cè)量線路間互感為M12。其等值電路如圖2所示。

圖1 干擾傳輸形式圖2 線路干擾等值電路圖

圖1 干擾傳輸形式圖2 線路干擾等值電路圖

仿真分析及實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，電容耦合感應(yīng)電壓為幾百伏到十幾千伏不等，而干擾線路等效電壓與系統(tǒng)電壓成正比，一般為上百千伏，電容耦合感應(yīng)電壓遠(yuǎn)小于干擾線路等效運(yùn)行電壓，因此Ic12≈ωC12U0，靜電感應(yīng)干擾分量以電流源的形式體現(xiàn)，即線路靜電感應(yīng)電壓的充電電流，其幅值大小與干擾線路和測(cè)量線路間的電容及干擾線路的等效電壓成正比。電感耦合感應(yīng)電壓為幾伏到幾十伏不等，由于感應(yīng)電壓U12=ωM12I0，因此電磁感應(yīng)干擾分量以電壓源的形式體現(xiàn)，其幅值大小與干擾線路和測(cè)量線路間的互感值及干擾線路中流過(guò)的等效電流成正比。考慮到實(shí)際干擾線路與測(cè)量線路間結(jié)構(gòu)形式固定，因此相互間的電容和互感是固定值。此時(shí)假設(shè)短時(shí)間內(nèi)干擾源線路的等效電壓及等效電流恒定，則可近似認(rèn)為感應(yīng)電壓的靜電感應(yīng)分量和電磁感應(yīng)分量為固定值，大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)也驗(yàn)證了上述結(jié)果。基于此研究工頻干擾法測(cè)量線路工頻參數(shù)的方法。

3 測(cè)量方法及注意事項(xiàng)

文中結(jié)合線路參數(shù)測(cè)量原理及線路工頻干擾源的特性介紹測(cè)量以上6個(gè)參數(shù)的方法。

3.1 阻抗測(cè)量方法

測(cè)量線路阻抗參數(shù)時(shí)，利用感應(yīng)電壓的電磁感應(yīng)分量，具體方法如下。

測(cè)量線路一側(cè)三相短路接地，此時(shí)感應(yīng)電壓的靜電感應(yīng)分量可以忽略，其等值電路如圖3所示。

圖3 阻抗測(cè)量等值電路圖

測(cè)量原理如下，打開(kāi)KA、KB、KC，記錄此時(shí)的三相電壓幅值和相角，記為1、2、3，合開(kāi)關(guān)KA，記錄此時(shí)A相電流幅值和相角，B相、C相電壓幅值和相角，即′3，由式（3）知，同理可求得Zbb、Zcc、Zbc。

當(dāng)測(cè)量?jī)蓷l同塔雙回線路之間的互阻抗時(shí)，方法相似，區(qū)別在于將兩條線路的A、B、C三相當(dāng)成一個(gè)整體，等值電路如圖4所示。

圖4 互阻抗測(cè)量等值電路圖

3.2 導(dǎo)納測(cè)量方法

測(cè)量線路容抗參數(shù)時(shí)，利用感應(yīng)電壓的靜電感應(yīng)分量，考慮到靜電感應(yīng)電壓分量遠(yuǎn)大于電磁感應(yīng)分量，忽略電磁感應(yīng)分量影響，其等值電路如圖5所示。

圖5 導(dǎo)納測(cè)量等值電路圖

根據(jù)對(duì)偶原理可知線路導(dǎo)納參數(shù)測(cè)量原理如下所述，合KA、KB、KC，記錄此時(shí)的三相電流幅值和相角，記為1、2、3，打開(kāi)KA，記錄此時(shí)A相電壓幅值和相角，B相、C相電流幅值和相角，記為1、′2、′3，由式（3）和對(duì)偶原理知，同理可求得Ybb、Ycc、Ybc，忽略線路對(duì)地及線路間電導(dǎo)，可求得Caa、Cbb、Ccc、Cab、Cac和Cbc。

根據(jù)對(duì)偶原理及式（4）（5），可求得正序和零序電容。而當(dāng)測(cè)量?jī)蓷l同塔雙回線路之間的互電容時(shí)，方法相似，區(qū)別在于將兩條線路的A、B、C三相當(dāng)成一個(gè)整體。

3.3 測(cè)量注意事項(xiàng)

文中原理分析中假設(shè)干擾信號(hào)源穩(wěn)定，但考慮到實(shí)際臨近線路的電壓和電流均會(huì)有波動(dòng)，因此，實(shí)際測(cè)量中每次測(cè)量時(shí)間跨度不宜過(guò)長(zhǎng)，并可通過(guò)多次測(cè)量求取平均值的方法減小系統(tǒng)電壓和負(fù)荷波動(dòng)帶來(lái)的影響。本方法適合應(yīng)用于輸電走廊擁擠，干擾信號(hào)大的地區(qū)，對(duì)于干擾信號(hào)弱的線路具有局限性。為了使測(cè)量結(jié)果可靠，所選用儀器儀表應(yīng)有較高的精度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)對(duì)稱(chēng)分量法及序參數(shù)的定義，提出了實(shí)際線路工頻參數(shù)測(cè)量需要的基本參數(shù)，提出了實(shí)際線路模型中干擾信號(hào)耦合方式和等值電路；根據(jù)等值電路及對(duì)偶原理，推出了各參數(shù)的測(cè)量方法，闡述了此方法應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。總體來(lái)看，此方法相較傳統(tǒng)測(cè)量方法，不需要額外的工頻試驗(yàn)電源，測(cè)量精度與干擾源強(qiáng)度呈正相關(guān)性且測(cè)試接線簡(jiǎn)單。

［1］Coelho MCE，Kurokawa S.Estimation of transmission line parameters using multiple methods［J］.IET Generation，Transmission&Distribution，2015（16）：2617-2624.

［2］Sérgio Kurokawa，Gislaine Aparecida Asti，Eduardo Coelho Marques Costa.Simplified procedure to estimate the resistance parameters of transmission lines［J］.Electrical Engineering，2013（3）：221-227.

Theoretical Study on the Measurement of Transmission Line Parameters Using Interference Signal

Pu BingjianZheng HanboMa DeyingWang JiWang TianWang Zhenyu
（State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052）

The transmission line parameters are the basic parameter for short circuit calculation and relay protection setting of power system,measurement method is generally used to get more accurate numerical value of the transmission line parameters.The inductive voltage of nearby live line would influence the measurement,based on this,according to the symmetrical component method and the duality principle,combining with the characteristic of the actual jamming signal,a method of measuring line parameters using the interference signal and the measurement scheme was proposed,and the theoretical analysis was made.This method can be directly applied to the actual measurement, to solve the problem of the measurement difficulty and inaccurate test results caused by the interference signal.

interference method；transmission line；power frequency parameter measurement；symmetrical component；impedance measurement；admittance measurement

TM934

A

1003-5168（2016）11-0118-03

2016-10-17

鄭含博（1984-），男，博士，工程師，研究方向：電力變壓器狀態(tài)評(píng)估和智能診斷技術(shù)研究；馬德英（1988-），男，碩士，工程師，研究方向：高電壓試驗(yàn)技術(shù)和線路參數(shù)測(cè)量技術(shù)研究。

蒲兵艦（1987-），男，碩士，工程師，研究方向：高電壓試驗(yàn)技術(shù)、高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備方面的研究。