架空輸電線路的感應電壓分析與測量

何良興　于校彬　文莊順

摘 要：隨著當前特高壓輸電技術不斷向前發展，逐漸將成為主流電力傳輸主要方式之一。但從目前的技術手段來看，采用地線絕緣運行方式時，存在地線上感應電壓過高從而影響絕緣電阻測量精度的問題，因此該文針對架空輸電線路的感應電壓，探究了感應電壓的分析與測量以及如何能夠降低感應電壓的方法。內容主要包括介紹輸電線路感應電壓的計算方法，并接電容的配置方法等，同時提出了同塔架設線路感應電壓電流的抑制措施，極大程度上降低了地線的感應電壓，并給出了包括調制開關、電路設計的完整直流調制電路框架，最后對架空線路覆冰狀態建立模糊隸屬函數進行準確度評估，以預防危險事故的發生。

關鍵詞：特高壓 感應電壓 架空輸電線路

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0035-03

隨著特高壓輸電技術的不斷發展，特高壓輸電技術將逐漸成為我國電力傳輸主要方式之一。發電廠生產的電能，是通過高壓送電線路輸送到用電中心的變電所，經過變電所降壓，再送給用戶。送電線路分為電纜線路和架空線路兩種，電纜線路一般是將導線敷設于地下，造價較高；架空線路是用桿塔把導線懸掛在空中，易于發現故障和檢修，所以，遠距離送電一般都采用架空輸電線路。由于特高壓技術具有節約線路走廊、經濟性價比較高、損耗小等優勢，同塔雙回、多回線路等在特高壓輸電中得到越來越多的應用[1-4]。但在實際使用過程中往往會遇到感應電壓過大嚴重影響測量絕緣電阻精度的現象[5]，不利于特高壓技術的推廣和應用，而《1 000 kV交流架空輸電線路設計暫行技術規定》中明確規定在采用地線絕緣運行方式時，需要限制地線上的感應電壓和電流，同時選用合適放電間隙，以保證地線安全運行。因此，必須要做好架空輸電線路的感應電壓分析與測量，并設法采取合理的措施以降低感應電壓值[6]。該文根據《1 000 kV交流架空輸電線路設計暫行技術規定》的相關技術規范要求，設計了架空輸電線路的感應電壓分析與測量的方法，并對其進行準確度評估。

1 架空輸電線路絕緣狀態模型

被測量線路對地的感應電壓與它對所相應地容量成反比，與帶電線路電容量成正比，可以通過在被測試線路與地之間并接電容將感應電壓降低。如圖1所示，被測線路的感應電壓是帶電線路相電壓在停電線路與大地間電容量Ce和停電線路與帶電線路間電容量C12之間分壓得到。

依據上述公式，可估算降低感應電壓所需并接的電容大小。

同時該文采用電力系統中性點接地消弧線圈電感電流補償線路電容電流的基本原理方法，設計了一種能夠抵消或抑制輸電線路測試端交流感應電壓的裝置。通過電容、電阻分壓式電壓互感器將線路的感應高電壓降為低電壓，并進行了相位的修正。

2 電壓電流信號的測量

由于架空線路受自然界的影響，如在地球自轉過程中與空氣摩擦，將有可能產生一定量的電荷并積攢形成感應電壓；此外，架空線間通電運行，錯綜復雜交織形成電場，也有可能會形成一定的感應電壓。根據上述情況的特點，需要準確測量直流電壓和直流電流才能計算出真實有效的絕緣阻抗，因此，如何設計相應的電路成為該文的研究重點。

2.1 直流調制電路設計

電壓測量由分壓電阻分壓，取微弱的電壓信號，需要濾除電網干擾的雜散的感應電壓信號包括交流信號，電流為取樣電阻上分壓，取電壓信號做處理，濾除感應電壓產生的電流信號和交流信號。

微弱信號在進行數字相敏檢測之前，要先采集待測數據，但是微弱信號由于消息強度低，既小又弱，很難被設備接收。因此，必須先將待測信號本省的幅度調制放大，才能做A/D轉換，隨后再采用數字信號處理的方法進行后續的處理。考慮到調制器的各種非理想因素以及調制電路響應時間和測量時序，該文采用前端的調制放大實現微弱信號的檢測，放大實現框圖如圖2所示。

2.1.1 模擬調制開關

根據設計需求，該文中選用的是ADI公司生產的 ADG711四通道模擬集成開關，芯片采用1.8～5.5 V的單電源供電，功耗小于0.01 W，具有低接通電阻、低失真、高速切換、低泄漏、低功率等諸多優點。

2.1.2 調制電路設計

通過ADG711產生的調制電路如圖3所示，主要由輸入電壓V1經過衰減為微小的直流電壓信號，微小的直流信號經過調制開關的換流在電阻RL上產生方向相反的電壓，進而在負載電阻RL上形成方波信號，該信號再經過差分放大器就可以得到放大的交流方波信號。

2.2 信號放大設計

該文采用多級放大電路來實現信號的放大處理，為防止放大電路產生新的噪聲使信號淹沒在噪聲中，需選用噪聲系數小的放大器。考慮到AD620的高精度很高、功耗很低、輸入失調電壓僅為50 μV、輸入偏執電流最大值為1 nA、而且其輸入失調漂移也很低、輸入電壓噪聲僅為9 nV/1 kHz等特性，因此該文選擇采用兩片AD620芯片對斬波后的交流信號進行兩級放大處理。

3 架空線路覆冰狀態評估

大氣覆冰對輸電線路的危害有過荷載、絕緣子冰閃、覆冰導線舞動等。覆冰狀況的不一樣，輸電線路的絕緣程度也就不一樣。該文將泄漏電流最大值Im分4個子集：Z（近零）、PS（正小）、PM（正中）和PB（正大）；將采樣周期內幅值>10 mA的泄漏電流脈沖頻次N分為3個模糊子集：PS（正小）、PM（正中）和PB（正大），其模糊隸屬函數如圖4所示。

該文綜合考慮覆冰、污穢情況，將外絕緣評估結果設為安全（S）、注意（P）、危險（D）和報警（A），分別表示外絕緣狀態良好、需要注意發展態勢、閃絡前預警和閃絡故障報警，如表1所示。

對覆冰線路狀態的評估，根據表1所述規則，在各種不同狀況的情況條件下測量輸電線路的絕緣水平，有助于更加確切地了解覆冰狀態下不同的絕緣水平所對應的安全情況，從而預防事故的發生。

4 分析與總結

該文針對特高壓輸電過程采用地線絕緣運行方式時地線上感應電壓過高影響絕緣電阻測量精度的問題，提出了一種架空輸電線路的感應電壓分析與測量、降低感應電壓的完整方法。包括對輸電線路感應電壓計算方法、并接電容的配置方法的介紹，同時也提出一種同塔架設線路感應電壓電流的抑制措施，極大程度上降低了地線的感應電壓，給出了包括調制開關、電路設計的直流調制電路框架，最后對架空線路覆冰狀態建立模糊隸屬函數以進行準確評估，預防事故的發生。

參考文獻

[1] 易華，文武，阮江軍，等.安八500kV輸電線路架空地線降耗融冰接線方式的研究[J].廣東電力，2013，26（3）：26-31.

[2] 李世龍，何雨微，劉亞坤，等.500 kV線路下方低壓配電線路感應電壓問題研究[J].電力系統，2016，35（16）：24-33.

[3] 陶冶.同塔雙回線路感應電壓電流仿真算法的比較[J].江蘇電機工程，2015，34（5）：59-61.

[4] 毛先胤，彭向陽，張峰，等.交流輸電線路架空地線感應電壓控制策略研究[J].廣東電力，2013，26（5）：45-51.

[5] 李寶聚，周浩.淮南皖南浙北滬西1000kV交流同塔雙回線路架空地線感應電壓和感應電流仿真分析[J].電力系統保護與控制，2011，39（10）：86-89.

[6] 薛辰東，楊曉洪，崔鼎新，等.1000kV交流輸電線路架空地線感應電壓測試分析[J].高電壓技術，2009，35（8）：1802-1806.