特高壓電力線路雙端諧振參數測量新技術研究

丁道軍, 郎伊紫禾, 潘仁東

(江蘇省送變電有限公司, 江蘇, 南京 210028)

0 引言

我國特高壓電力線路建設越來越廣泛，無論是何種地形實現電力輸送都需要依靠電力線路。零序與正序導納以及電力線路零序與正序阻抗都是電力線路參數，這些參數可以計算短路電流，還能左右電力系統運轉模式。參數測算準確性關系到電力系統運行穩定性以及電流等數據的計算準確性[1]。近年來，電力系統由于科技技術影響逐漸向自動化趨勢發展，電力系統運行過程中更加需要提升參數測量準確性[2-4]。在實際使用過程中，若想通過計算獲得電力線路參數，需經過比較復雜的過程。參數計算時需考慮多種影響因素，參數測量受自然環境、時間因素、地理因素、電流因素等干擾，以上影響因素嚴重影響參數計算準確性[5]。電力系統相關工作人員在電力線路鋪設完成之后，工作人員會立刻對電力線路實行測量，隨著時間推移，電力線路受到各種影響因素干擾，參數發生波動變化，計算方法選取不準確將嚴重影響參數計算結果[6]。目前有學者[7]提出差分法和積分法相結合的參數計算方法，該方法雖然能夠降低參數計算誤差，但在噪聲干擾下卻存在誤差波動情況；還有學者[8]提出改進的參數測量方法，分析參數測量的限制因素，通過推導得出數學表達式，計算電力線路參數，但是該方法計算所獲取參數結果與實際結果存在差異，還需今后繼續研究。本文著重研究特高壓電流線路中雙端諧振參數測量新技術，降低參數測量誤差，獲取精準的諧振參數。

1 特高壓電力線路雙端諧振參數測量方法

1.1 測量過程

1.1.1 消弧線圈內部電壓互感器特征信號

將等值電路利用電壓互感器實現測量，可有效避免測量返回電壓信號時受到電壓互感器短路阻抗的影響。特高壓電力線路中，用k1表示零序電壓互感器變化時，可得公式如下：

(1)

(2)

(3)

依據特高壓電力線路串聯阻尼電阻系統的諧振關系獲取表達式如下：

(4)

整理式(4)可得特高壓電力配電網對地電容公式如下：

(5)

消弧線圈對地電容以及等效電感出現并聯諧振情況，可將電力線路內諧振元件視為開路[11]，對地泄漏電導利用阻尼電阻傳送信號，可得諧振頻率情況下的公式如下：

(6)

獲取特高壓電力線路中串聯阻尼電阻系統對地泄漏電導公式如下：

(7)

1.1.2 零序電壓互感器特征信號

對地容抗相比于勵磁阻抗相對較小，特高壓電力線路雙端諧振參數測量過程中可忽略互感器內勵磁電流[12-13]，可得諧振測量簡化等效電路圖如圖1所示。

圖1 諧振測量等效電路

(8)

(9)

結合以上公式可得：

(10)

引入電容電流可得公式如下：

Ic=3ωCUφ

(11)

式中，Uφ與ω分別表示配電網相電壓與電力系統角頻率。

獲取特高壓電力線路電容電流公式如下：

(12)

將La=k2la，Lb=k2lb代入式(10)可得：

(13)

可將式(12)轉化為

(14)

目前主要包括預調式、隨調式、預隨調式三種消弧線圈調諧方式。獲取特高壓電力線路對地泄漏電導公式如下：

(15)

1.2 諧振辨識

(16)

(17)

1.3 參數測量實現

特高壓電力線路雙端諧振參數測量流程如圖2所示。

圖2 諧振參數測量流程圖

2 實例分析

為驗證所研究參數測量方法對特高壓電力線路雙端諧振參數測量有效性，采用PSCAD/EMTDC軟件模擬某變電站500 kV電力線路建立配電網模型，配電網中共包含特高壓電力線路5組，配電網諧振接地配電網參數設置如表1所示。

表1 特高壓電力線路諧振接地配電網參數設置

將零序電壓互感器與消弧線圈內部電壓互感器利用高壓絕緣拉閘桿接觸特征電壓返回引線、頻率信號輸出引線，建立特高壓電力線路特征信號零序流通回路，完成配電網特高壓電力線路雙端諧振參數測量。利用消弧線圈檔位調整令5組配電網特高壓電力線路脫諧度分別為-11.85%、-27.52%、-38.52%、-44.56%、-52.85%。

分別采用消弧線圈內部電壓互感器以及零序電壓互感器注入變頻電流特征信號，測量特高壓電力線路諧振參數，獲取特高壓電力線路零序等效電路諧振導納幅值如圖3所示。從圖3測量結果可知，特征頻率有所增加時，阻尼電阻的電導值呈現單調遞增狀態，特高壓電力線路中并聯諧振支路的單調區間偏差較高，因此特高壓電力線路中理論諧振頻率為48.56 Hz,該值與所獲取的導納幅值極小值相應頻率52.64 Hz存在較大偏差，特高壓電力線路包含阻尼電阻時，無法利用幅值極小值作為判斷是否存在諧振的依據。

圖3 導納相位幅值

特高壓電力線路零序等效電路回路導納相位如圖4所示。從圖4實驗結果可以看出，采用2種方法測量特高壓電力線路諧振參數，特征電流頻率有所變化時，特高壓電力系統的對地電容與等效測量回路中的電感緩緩呈現諧振狀態，存在相同的等效電路導納相角變化狀態，導納相位為0時，采用消弧線圈內部電壓互感器注入變頻電流特征信號的諧振角頻率為47.92 Hz，采用零序電壓互感器注入變頻電流特征信號的諧振角頻率為48.05 Hz，二者所獲取的諧振角頻率均為理論諧振角頻率即為相近，驗證采用2種測量方法測量對地絕緣參數的精度較高。

圖4 導納相位曲線圖

調整投切電容以及線圈電感值，統計不同對地電容時的測量結果。消弧線圈電感值為固定時，調整對地電容所獲取測試結果如表2所示。從表2測量結果可以看出，注入信號電流值為固定時，消弧線圈電感值同樣為固定時，調整特高壓電力線路對地電容時，測量消弧線圈電壓互感器二次電壓值以及對地電容結果。對地電容為2.36 μF時，測量誤差高達4.46%，主要原因是系統對地電容為2.36 μF時，特高壓電力線路的等效電感與對地電容出現諧振現象，增加了系統一次側阻抗，電壓互感器的二次側無法忽略一次側阻抗。因此電流恒定情況下測量特高壓電力線路的諧振電容時，測量誤差較大。對地電容繼續變化時，參數測量誤差有所降低。對地電容繼續增加過大幅度時，特高壓電力線路由于所注入的信號，降低了一次側阻抗，信號電壓隨之降低，提升測量難度，因此測量誤差有所提升。表2實驗結果表明，特高壓電力系統除諧振狀態下，測量對地電容誤差均低于1%，可滿足特高壓電力線路參數測量需求。

表2 固定消弧線圈電感值測量結果

對地電容為固定時，調節消弧線圈電感值所獲取測量結果如表3所示。從表3實驗結果可以看出，注入信號電流值為固定情況下，設置對地電容均為7.58 μF，調整消弧線圈電感值，檢測信號電壓值獲取對地電容結果。對地電容的測量誤差隨提升消弧線圈電感值而有所降低，主要原因是針對所注入信號，提升消弧線圈電感值將增加特高壓電力線路一次側的零序阻抗，增加信號電壓將提升參數測量的精度，避免增加特高壓電力線路的一次側阻抗，降低測量誤差。

表3 消弧線圈電感變化時測試結果

統計采用本文方法測量5條特高壓電力線路的諧振參數最終測量結果如表4所示。從表4實驗結果可以看出，采用本文方法測量特高壓電力線路諧振參數的測量值與實際值之間偏差均低于1%。采用本文方法測量特高壓電力線路諧振參數測量精度可滿足電力系統配電網工程應用需求。本文方法在配電網二次側實施測量操作，可有效提升測量裝置應用于特高壓電力線路中的安全性。采用本文方法測量特高壓電力線路諧振參數利用接地元件和中性點與大地組成建立流通回路，測量過程中不影響特高壓配電網的正常運行。

表4 本文方法測量結果

3 總結

特高壓電力線路諧振參數測量受電壓互感器中性對地支路阻尼電阻以及電壓互感器漏阻抗影響，導致特高壓電力線路對地泄漏電導測量較為困難。研究特高壓電力線路雙端諧振參數測量新技術，將該方法應用于變電站中特高壓電力線路中，驗證所研究諧振參數測量具有較高的測量有效性。所研究雙端諧振參數測量可有效避免測量過程中絕緣參數受互感器漏阻抗影響，提升絕緣參數測量精度，諧振參數測量結果準確性提升，有助于提升特高壓電力線路應用性能。