輸電線路絕緣核相測試抗干擾方法的研究

趙壽生，徐 健，吳尊東，陳欣華

（金華電業局，浙江 金華 321000）

高壓輸電線路的絕緣核相測試數據是電網運行必須掌握的基本數據，隨著電力系統快速發展，輸電線路的走廊越來越窄，平行架設雙回、四回輸電線路和線路交叉跨越架設的情況也越來越多[1]。對其中一條線路進行絕緣核相測試時，其他線路出于供電可靠性考慮，往往不能進行陪停。被試線路中感應電壓有的達到幾千伏甚至上萬伏，對試驗人員和試驗設備的安全造成了極大的威脅[2]。現有的儀器設備在高感應電壓下無法進行絕緣核相測試，試驗中曾多次出現試驗設備損壞的現象，急需尋求新的測試方法或尋求新的抗干擾措施，以確保安全準確地進行輸電線路絕緣核相測試。在此介紹一種新的抗干擾測試方法——串聯諧振法，且對串聯諧振法的測試結果進行了分析研究。

1 輸電線路感應電壓的形成

輸電線路中感應電壓的組成部分主要是靜電分量、高頻分量和工頻分量[3]。

靜電分量主要是雷云、空間帶點粒子等在輸電線路上產生的感應電勢，測試時應選擇在較好的天氣條件下進行，此部分電勢對測試的影響不大。

高頻分量主要來自線路上的載波信號及能產生較大諧波的整流負荷。當載波機工作時即有一個高頻電源作用于線路上，其容量比外界高頻干擾源大得多。在測試時由于被測試輸電線路停電，該分量也可以忽略。

工頻分量主要來自于磁感應電勢和電感電勢，線路平行走向或同桿架設時，運行線路通過的交流電流將在輸電線路上產生交變的磁場。因此在被測試線路上產生的感應電勢，且正比于輸電線路之間的互感及運行線路的電流，其作用相當于在線路導線上沿縱向串接1個感應電勢[4]。同時在運行線路的電場通過線路間的電容耦合，也會在試驗線路上產生感應電勢，這可以看作是線路導線對地電容之路中串接了感應電勢，此兩部分電勢之和構成了輸電線路的工頻感應電壓。

在絕緣核相測試中，被測試輸電線路試驗相首末端開路不接地，加在試驗設備上的電壓主要是輸電線路對地感應電壓[5]。

式中：C1為線路間的耦合電容；C2為線路對地耦合電容；U1為運行線路電壓；U2為線路上的感應電壓。

2 應用串聯諧振法降低工頻干擾

從上分析可知影響輸電線路絕緣核相測試的主要因素是工頻干擾，干擾來源于輸電線路的感應電壓U2。目前使用的絕緣核相測試設備的輸出電壓一般為2 500 V或者5 000 V，當輸電線路的感應電勢超過試驗設備輸出電壓時，電流將逆流向試驗設備，從而導致試驗設備的損壞。試驗設備輸出電壓為整流直流電壓，感應電壓為工頻交流電壓。

目前輸電線路絕緣核相測試時，降低工頻干擾的方法是在被測試線路上并聯1個電容器，通過增大輸電線路的對地電容來降低輸電線路感應電壓的大小，如圖1所示。

圖1 并聯電容器法的原理

假設被測試輸電線路鄰近110 kV輸電線路，則將在輸電線路上產生感應電壓。設U2500 V為安全試驗電壓，則有：

取U1=110 000，則U2=500 V；計算得C3≈127C1。即當并聯上的電容器是線路間耦合電容的127倍及以上時，才能將感應電壓降至500 V以下。當遇到長線路或電纜線路，被測線路的對地電容C2很大，并聯電容器C3的電容量需要更大才能降低感應電壓，而大電容較笨重，成本很高，充電后又不安全，現場實用性不高。

串聯諧振法就是并聯1個電感和電容組成的串聯諧振回路。將電感L與電容器C3的參數匹配好，使串聯回路在電源頻率為50 Hz時處于諧振狀態，如圖2所示。

圖2 諧振法的原理

當wL=1/wc3時，被測線路感應電源U對地間的電阻為電感線圈的電阻R，此時被測線路相當于通過一個很小的對地電阻R接地。如果忽略電感線圈的電阻R，被測線路感應電源U2對地電阻為0 Ω，此時被測線路的狀態與直接接地時的狀態相同，線路感應電壓為0 V。因此從理論上講，無論被測線路感應電壓有多高，只要接上電感和電容的串聯諧振回路，且電感和電容的絕緣強度和額定容量滿足要求，可以將線路感應電壓降為0 V。試驗設備輸出電壓為直流，電容器C3起到了隔直流的作用，因此不影響絕緣核相測試，這就是串聯諧振法降低工頻干擾的基本原理。

3 現場測試分析

為了分析串聯諧振法的抗感應電壓性能和測試結果的準確性，在輸電線路感應電壓低、較高和高的3種情況下，分別用直接測試法、并聯電容器法和串聯諧振法進行測試，并對測試結果進行了對比。在串聯諧振法中使用了額定電壓為20 kV，電容量為1.6 μF電容器和額定電壓為20 kV，電感量為6.369 H的電抗器。

由于在絕緣核相測試中，非測試相直接接地，感應電壓和絕緣電阻值很低，接近于0，因此只給出測試相的絕緣電阻值與感應電壓值。

3.1 在輸電線路感應電壓低時的測試分析

以110 kV大田1503長島支線的絕緣核相測試為例。大田1503長島支線全長5.2 km，試驗時相鄰線路在停電狀態，直接試驗方法、并聯電容器法與串聯諧振法測試結果的比較分析見表1、表2。因直接測量的數據更接近于真實值，故選取該值作為基準值進行分析比較。

表1 大田1503長島支線的感應電壓對比

表2 大田1503長島支線的絕緣電阻對比

由表1和表2的數據可以看出，在感應電壓較低的情況下，并聯電容器法和串聯諧振法都具有良好的降低感應電壓能力，串聯諧振法效果更好，同時輸電線路的絕緣電阻測試值也非常接近，有著良好的一致性，說明并聯電容法和串聯諧振法的試驗測試數據可靠。

3.2 在輸電線路感應電壓較高時的測試分析

以110 kV鶴東1346線路的絕緣核相測試為例。鶴東1346線路全長25.2 km，相鄰線路在運行狀態。直接試驗方法、并聯電容器法、串聯諧振法測試結果的比較分析，見表3、表4。以直接測量的數據作為基準值進行分析比較。

由表3和表4可以明顯看出，當輸電線路的感應電壓增大時，并聯電容器法降低的電壓倍數與串聯諧振法相比明顯偏小，串聯諧振法使感應電壓下降100倍。同時絕緣電阻值與直接測量值保持一致，測試結果準確可靠。

表3 鶴東1346線的感應電壓對比

表4 鶴東1346線的絕緣電阻對比

3.3 在輸電線路感應電壓高時的測試分析

以110 kV仙羅1549線路的絕緣核相測試為例。由于仙羅1549線路四回路同塔架設，其他3條相鄰輸電線路在運行狀態，感應電壓很高。線路全長16.5 km。直接試驗方法、并聯電容器法與串聯諧振法測試結果的比較分析見表5、表6。以直接測量的數據作為基準值進行分析比較，絕緣電阻值由于線路感應電壓超過2 500 V，無法直接測量。

表5 仙羅1549線的感應電壓對比

表6 仙羅1549線的絕緣電阻對比

從表5和表6的測試數據可以看出，線路上并聯電容器和電抗器串聯諧振回路后有非常明顯的降壓效果，從16 300 V可以降至300 V，降低電壓可達到54.3倍，而并聯電容器法只能將電壓降低至2 800 V左右，這仍有較高的安全風險。同時在測試絕緣電阻時，諧振法解決了線路感應電壓過高問題，試驗人員在利用串聯諧振法測試過程中非常安全。

從實際檢測的數據中發現，使用串聯諧振法無法將感應電壓完全下降到0 V，其主要原因有：

（1）電抗器有直流損耗，流過的交流電流在電抗器上產生壓降，同時電容器的泄漏電流也能產生部分壓降。

（2）電抗器與電容器的參數不完全匹配，導致諧振回路上阻抗不為0，產生壓降。

（3）輸電線路感應電壓不完全是50 Hz工頻分量，其中有多次諧波分量及高頻分量。

4 結論

在被測線路不同的感應電壓情況下，通過對直接測試法、并聯電容器法和諧振法測試結果進行分析比較，可以得出以下結論：

（1）利用串聯諧振法進行絕緣核相測試時，感應電壓可以由16 300 V下降到300 V，試驗人員及試驗設備安全風險大為下降。

（2）利用串聯諧振法可以解決由于感應電壓很高而不能進行絕緣測試的問題，測試結果能反映線路的真實絕緣情況。

（3）減少了鄰近帶電輸電線路由于絕緣核相測試的陪停時間，降低了停電損失，提高了電力系統運行的可靠性。

（4）諧振法避免了試驗設備的損壞，具有良好的實用價值。

[1]李漢明，陳維江，詹銘，等.220/110 kV同桿四回線路耐雷性能的研究[J].電網技術，2005（21）：27-28.

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[5]梁義明，任立輝，邢彥軍.輸電線路參數測量方法的比較研究[J].吉林電力，2005（1）：32-35.