強干擾下對特高壓輸電線路參數的異頻法準確測量

王東燁,吳傳璽,韋德福,邵建康

(1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網本溪供電公司，遼寧 本溪 117000；3.上海大帆電氣設備有限公司，上海 201109)

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強干擾下對特高壓輸電線路參數的異頻法準確測量

王東燁1,吳傳璽2,韋德福1,邵建康3

(1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網本溪供電公司，遼寧 本溪 117000；3.上海大帆電氣設備有限公司，上海 201109)

在輸電線路工頻特性參數測量過程中，由于線路間的強烈互感，測試線路中存在很高的感應電壓和感應電流，給線路參數的安全準確測量帶來很大困難。對比提出了采用強抗干擾的異頻測量法，配合全球領先的軍用電子對抗數字濾波技術，抗干擾能力極強，在千倍的干擾下依然能準確測量微弱的異頻信號。同時使用了遙控接地控制裝置和遠程光纖操作終端，能夠讓試驗人員與高壓完全隔離。開發的DF7000系統現場測量顯示，其能夠在強干擾的環境下對線路工頻參數進行安全準確測量。

線路參數；異頻法；千倍干擾；遙控接地

新建高壓線路在投入運行之前，除了檢查線路的絕緣情況、核對相位外，還應測量各種工頻參數值，作為計算系統短路電流、繼電保護整定、推算潮流分布和選擇合理運行方式等工作的實際依據。

隨著我國電網建設的快速發展，線路架設日趨復雜，相同或者不同電壓等級的線路交叉跨越，線路的電壓等級不斷提高，直流輸電線路的建設規模日益擴大，平行線路和線路換位逐漸增多，這對測試人員和測試儀器的安全構成了嚴重的威脅，給線路參數的準確測量帶來強烈的干擾，使線路參數實際測試結果產生很大的偏差，給線路保護整定依據的可靠性帶來風險[1-3]。

1 線路參數測量現狀

目前對線路參數的測量主要采用工頻法和異頻法2種。

傳統的工頻測量方法原理簡單，但采用的測量表多，測試接線復雜[4]。在干擾較大時，為了提高測量的精度，需要使用大功率的調壓器和變壓器，這會增加設備的重量，給試驗的現場測量帶來極大不便。在線路中干擾較大時測量零序阻抗，為了排除干擾的影響使用倒相測量，但往往不能保證倒相前后2次測試電流有效值相等，導致無法測量零序阻抗。

異頻測量法通過使用異頻信號源經過隔離變壓器對輸電線路注入一個異頻的電壓電流(以53 Hz為例)，然后通過選頻表排除50 Hz干擾，提取出淹沒于50 Hz干擾中的微弱53 Hz電壓電流信號，從而得到53 Hz下的阻抗值Z53；同樣方法可得到47 Hz下的阻抗Z47，兩者取平均即可得到所需要的50 Hz工頻阻抗。

線路參數測量的過程中目前主要存在以下幾個技術難點。

a.工頻干擾。隨著電力建設的發展，電力線路的同桿架設和交叉跨越增多，導致輸電線路相互間的感應電壓升高, 給線路參數的準確測量帶來強烈的工頻干擾。

b.直流干擾。隨著近年越來越多直流輸電工程的建設，有些現場也存在較大的直流干擾。大多測試系統完全不具備抗直流干擾能力，導致現場誤差很大或無法測量，這種情況已有多個現場實際案例。

c.設備和人員安全。輸電線路上的感應電壓和感應電流對測試人員和測試儀器的安全構成嚴重威脅，防止感應電壓傷及人身安全是線路參數現場測試的第一要義[5-6]。

2 異頻法對線路參數的準確測量

2.1 線路參數變頻測量系統的特點

異頻法理論上可避免工頻干擾帶來的問題，但最大的難點在于50 Hz干擾和47/53 Hz信號的頻率特性幾乎相同，難以濾除分離，如何排除比53 Hz信號大很多倍的50 Hz干擾并且準確測量，要實現這一目的技術非常復雜，目前行業技術水平只能達到1～3倍的抗干擾能力。很多情況是抗干擾能力較弱的儀器在現場干擾下測量，可以得到數據，但這個數據與真實值到底偏差多少根本就無法判斷[7-8]。

隨著近年越來越多直流輸電工程的建設，并且直流線路的電壓等級一般都非常高，一些現場也存在較大的直流干擾。大多測試系統沒有考慮直流干擾的影響，完全不具備抗直流干擾能力，導致現場誤差很大或無法測量。

顯而易見，變頻線路參數測量系統的特點是具有在現場強烈干擾下仍能準確測量的能力。所以，線路參數變頻測量系統的性能評判應以在強干擾下能否準確測量作為最核心的指標。

2.2 模擬試驗驗證線路參數變頻測量系統的抗干擾能力

由于系統抗干擾性能是系統唯一的核心指標，也就是在50 Hz工頻干擾和直流干擾比異頻測試信號大很多倍情況下，設備仍能準確測量其中微弱的異頻信號能力。為了驗證系統的抗干擾能力，可通過以下模擬試驗來對線路參數測量系統的抗干擾能力進行檢驗。

2.2.1 抗工頻電壓干擾性能測試

如圖1所示，在1 Ω標準電阻上施加一個異頻信號(以53 Hz/1 A的電流為例)，工頻干擾源不通電，選頻電壓表測量的53 Hz電壓信號應為1 V，這是無干擾下的測量。然后將工頻干擾源通電，此時選頻表電壓端子上的信號是50 Hz/100 V和53 Hz/1 V 2種電壓信號的混合，即50 Hz干擾比53 Hz信號大100倍。性能優良的設備應在50 Hz干擾比異頻信號(如53 Hz)強很多倍的情況下，仍能準確測量其中的53 Hz信號。如果設備的抗干擾能力不行，則可能出現測量值不穩定，測量數據不準確，甚至無法測量的情況。

圖1 抗工頻電壓干擾模擬試驗接線圖

2.2.2 抗工頻電流干擾性能測試

如圖2所示，儀器輸出0.1 A、53 Hz的異頻信號，工頻干擾源不通電，此時使用選頻電流表測量53 Hz的信號應為0.1 A。然后將工頻干擾源通電，此時選頻表電流端子上的信號是50 Hz/3 A和53 Hz/0.1 A 2種電流信號的混合，50 Hz干擾比53 Hz信號大30倍。此時觀察被測儀器測量數據的準確性、穩定性和重復性，從而判斷被測儀器的抗工頻電流干擾性能。

圖2 抗工頻電流干擾模擬試驗接線圖

2.2.3 抗直流電壓干擾性能測試

如圖3所示，1 Ω標準電阻上通過變頻信號源施加1個異頻信號(以53 Hz/1 A的電流為例)，直流干擾源不接入，選頻電壓表測量53 Hz的電壓應為1 V。然后將直流干擾源接入(以9 V干電池為例)。此時選頻表電壓端子上的信號是直流/9 V和53 Hz/1 V 2種電壓信號的混合，即直流干擾比53 Hz信號大9倍。此時觀察被測儀器測量數據的準確性、穩定性和重復性，從而判斷被測儀器的抗直流電壓干擾性能。

圖3 抗直流電壓干擾模擬試驗接線圖

2.2.4 抗直流電流干擾性能測試

如圖4所示，儀器輸出0.1 A、53 Hz的異頻信號，直流干擾源不通電，此時使用選頻電流表測量53 Hz的信號應為0.1 A。然后將直流干擾源通電，此時選頻表電壓端子上的信號是50 Hz/3 A和53 Hz/0.1 A 2種電流信號的混合，即50 Hz干擾比53 Hz信號大30倍。此時觀察被測儀器測量數據的準確性、穩定性和重復性，從而判斷被測儀器的抗直流電流干擾性能。

圖4 抗直流電流干擾模擬試驗接線圖

3 線路參數的安全測量

輸電線路工頻參數測量過程中除了注意一般的電氣安全外, 還有其特殊性。輸電線路上的感應電壓和感應電流對測試人員和測試儀器的安全構成嚴重威脅，防止感應電壓傷及人身安全是線路參數現場測試的第一要義。

在試驗過程中高壓對測試人員安全威脅主要體現在以下幾個方面。

a.對接地開關的操作，由于在試驗過程中三相測試連線經過接地開關可靠接地后，才能將測試線連接到被測線路上，測量完畢后也需及時將接地開關閉合以確保安全。這樣在試驗中測試人員需要直接對接地開關進行操作，這樣線路中的高壓在操作隔離開關的過程中可能產生拉弧，危及測試人員的安全。

針對操作隔離開關過程中的安全隱患，DF7000系統專門設計遙控接地保護裝置，通過遙控器可一鍵遙控測試線路接地或斷開接地，無需人工操作隔離開關，大大提高了操作人員的人身安全系數。并且在遙控裝置內部完全采用硬件實現接地的通斷，保證接地的可靠性。

b.由于測試線連接到測試的儀器上，在測試人員操作儀器的過程中，可能由于感應電壓過高而擊穿設備，這樣給試驗操作人員和設備的安全造成威脅。

針對設備操作過程中可能發生的安全問題，DF7000系統的變頻信號源采用光纖連接的遙控裝置對系統進行操作，操作人員可在遙控裝置上對系統的測試信號進行調節，可以完全與高壓隔離，保證測試人員的安全。

4 結束語

在輸電線路工頻特性參數測量過程中，由于測試線路中存在很高的感應電壓和感應電流，傳統的工頻法測量設備和抗干擾能力不強的異頻測量設備無法準確測量。且目前在一些測試現場也存在很大直流偏置，這樣要求系統能夠在直流干擾下測量出線路參數的真實準確值。同時由于過高的感應電壓，對試驗人員安全也構成很大的威脅。本文提出的DF7000特高壓輸電測量系統通過使用異頻法，同時采用抗千倍干擾的選頻測量技術，保證了在強烈的工頻干擾下對線路參數的準確測量。

此外，高壓線路參數測試時存在高達數十kV的感應電壓，對現場人員安全構成重大威脅。通過使用遙控接地控制裝置和光纖遠程操作終端，能夠使試驗人員與高壓完全隔離，保證了測試過程中測試人員的安全。

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Different Frequency Method Accurately Measure Parameters Under Strong Interference of UHV Transmission Lines

WANG Dongye1,WU Chuanxi2,WEI Defu1,SHAO Jiankang3

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China; 2. State Grid Benxi Power Supply Company,Benxi，Liaoning 117000，China; 3. Shanghai Dafan Power Equipment Co.，Ltd.，Shanghai 201109，China)

In transmission line parameters measurement process because of the strong mutual inductance between the lines，there is a high induced voltage and current test circuit,safe and accurate measurement of line parameters to a great deal of problems.This paper proposes the use of strong anti-frequency measurements by using different frequency measurement,with the whole world leading military electronic warfare digital filtering technology，anti-interference ability，the interference of a thousand still can accurately measure the slight differences pilot signal. While using there mote ground control unit and remote fiber terminal，it allowing laboratory personnel and high pressure completely isolated.DF7000 system developed by field measurements show that is capable of strong interference in the environment of transmission line parameters are safe and accurate measurement.

line parameters; different frequency method;thousand fold interference;remote ground

TM75

A

1004-7913(2017)04-0024-03

王東燁(1967)，男，碩士，高級工程師，從事過電壓、接地、防雷、電力電纜的試驗研究。

2017-02-07)