干擾法測量輸電線路工頻參數的理論研究

蒲兵艦 鄭含博 馬德英 王吉 王天 王震宇

（國網河南省電力公司電力科學研究院，河南鄭州 450052）

干擾法測量輸電線路工頻參數的理論研究

蒲兵艦 鄭含博 馬德英 王吉 王天 王震宇

（國網河南省電力公司電力科學研究院，河南鄭州 450052）

輸電線路工頻參數是電力系統短路計算、繼電保護整定所需的基本參數，為得到其準確數值，現場一般采用實測法。實測中臨近帶電線路會對被測量線路造成干擾，基于此，依據對稱分量法和對偶原理，結合實際干擾信號特征，提出采用干擾信號測量輸電線路工頻參數的方法，并進行理論分析。該方法可以直接應用于實際生產，解決干擾信號帶來的測量難、測試結果不準確等問題。

干擾法；輸電線路；工頻參數測量；對稱分量；阻抗測量；導納測量

新建及改建的輸電線路在投運前，除需要檢查線路的絕緣及核相外，還需測量各項工頻參數，以作為計算系統短路電流、整定繼電保護、推算潮流分布和合理選擇運行方式等工作的依據。輸電線路工頻參數可以通過計算法［1，2］和實測法得到，由于實際輸電線路參數影響因素比較多，仿真計算精度無法滿足現場需求，因此目前仍以實測法為主。隨著電力系統的發展，同塔雙回、四回線路及平行、交叉線路越來越多，由此產生的工頻干擾成為現場測量中的一個難題。現場通常采用倒相法、變頻法、提高測量電壓電流法來克服工頻干擾的影響。但隨著電力系統的發展，干擾信號的強度越來越大，傳統方法面臨設備容量增大等諸多問題。本文依據對稱分量與對偶原理，結合實際線路中干擾信號的特征，對采用干擾信號測量架空輸電線路工頻參數進行了系統的理論分析，建立了等效電路，提出了測量原理和方法，對強干擾下架空線路工頻參數的測量具有重要的指導意義。

1 工頻參數測量原理

根據序參數的定義，結合對稱分量法、序阻抗對測量原理進行推理論述。

1.1 對稱分量與序阻抗

在電力系統中，一組三相不對稱的電壓可以由三組序電壓分量來表示，即

三相序分量電壓間的關系為：

式（2）中，α=ej120°，α2=e-j120°。

在三相網絡中通以某一序的對稱分量電流時，只產生同一序的對稱分量電壓；在施一某一序的對稱分量電勢時，只產生同一序分量的電流，這表明網絡的各序分量具有獨立性。序分量的獨立性是對稱分量運算的前提。

對于三相輸電線路，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，則當線路通過三相不對稱電流時，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，只需求出Zaa、Zbb、Zcc、Zab、Zac和Zbc6個參數。對稱分量和序阻抗是干擾法測量工頻線路參數的前提。

1.2 對偶原理

在對偶電路中，某些元素之間的關系（或方程）可以通過對偶元素的互換而相互轉換。其是電路分析中出現的大量相似性的歸納和總結。

依據對偶原理，如果在電路中導出了某一關系式和結論，就等于解決了與其對偶的另一個電路中的關系式和結論。

分析發現，上述阻抗測量和導納測量電路滿足對偶原理條件，可直接應用對偶原理求解。

2 工頻干擾源特性分析

線路感應由電磁感應和靜電感應兩部分構成。電磁感應由電流產生的磁場在線路構成的回路中產生交變磁通，引起電磁感應電流；靜電感應通過分布電容傳遞。本文把所有的干擾源等值為一條輸電線路，其對測量線路干擾主要通過電容和電感耦合，其干擾傳輸形式如圖1所示，假設干擾線路等效運行電壓為U0（由于實際中干擾源很少為單一線路，因此U0不一定是系統中某一線路的實際運行電壓），等效電流為I0（由于實際中干擾源很少為單一線路，因此I0不一定是系統中某一線路的實際運行電流），干擾線路與測量線路間電容為C12，測量線路對地電容為C10，干擾線路與測量線路間互感為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

仿真分析及實際測試發現，電容耦合感應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電壓成正比，一般為上百千伏，電容耦合感應電壓遠小于干擾線路等效運行電壓，因此Ic12≈ωC12U0，靜電感應干擾分量以電流源的形式體現，即線路靜電感應電壓的充電電流，其幅值大小與干擾線路和測量線路間的電容及干擾線路的等效電壓成正比。電感耦合感應電壓為幾伏到幾十伏不等，由于感應電壓U12=ωM12I0，因此電磁感應干擾分量以電壓源的形式體現，其幅值大小與干擾線路和測量線路間的互感值及干擾線路中流過的等效電流成正比。考慮到實際干擾線路與測量線路間結構形式固定，因此相互間的電容和互感是固定值。此時假設短時間內干擾源線路的等效電壓及等效電流恒定，則可近似認為感應電壓的靜電感應分量和電磁感應分量為固定值，大量的實測數據也驗證了上述結果。基于此研究工頻干擾法測量線路工頻參數的方法。

3 測量方法及注意事項

文中結合線路參數測量原理及線路工頻干擾源的特性介紹測量以上6個參數的方法。

3.1 阻抗測量方法

測量線路阻抗參數時，利用感應電壓的電磁感應分量，具體方法如下。

測量線路一側三相短路接地，此時感應電壓的靜電感應分量可以忽略，其等值電路如圖3所示。

圖3 阻抗測量等值電路圖

測量原理如下，打開KA、KB、KC，記錄此時的三相電壓幅值和相角，記為1、2、3，合開關KA，記錄此時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。

當測量兩條同塔雙回線路之間的互阻抗時，方法相似，區別在于將兩條線路的A、B、C三相當成一個整體，等值電路如圖4所示。

圖4 互阻抗測量等值電路圖

3.2 導納測量方法

測量線路容抗參數時，利用感應電壓的靜電感應分量，考慮到靜電感應電壓分量遠大于電磁感應分量，忽略電磁感應分量影響，其等值電路如圖5所示。

圖5 導納測量等值電路圖

根據對偶原理可知線路導納參數測量原理如下所述，合KA、KB、KC，記錄此時的三相電流幅值和相角，記為1、2、3，打開KA，記錄此時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）和對偶原理知，同理可求得Ybb、Ycc、Ybc，忽略線路對地及線路間電導，可求得Caa、Cbb、Ccc、Cab、Cac和Cbc。

根據對偶原理及式（4）（5），可求得正序和零序電容。而當測量兩條同塔雙回線路之間的互電容時，方法相似，區別在于將兩條線路的A、B、C三相當成一個整體。

3.3 測量注意事項

文中原理分析中假設干擾信號源穩定，但考慮到實際臨近線路的電壓和電流均會有波動，因此，實際測量中每次測量時間跨度不宜過長，并可通過多次測量求取平均值的方法減小系統電壓和負荷波動帶來的影響。本方法適合應用于輸電走廊擁擠，干擾信號大的地區，對于干擾信號弱的線路具有局限性。為了使測量結果可靠，所選用儀器儀表應有較高的精度。

4 結語

本文根據對稱分量法及序參數的定義，提出了實際線路工頻參數測量需要的基本參數，提出了實際線路模型中干擾信號耦合方式和等值電路；根據等值電路及對偶原理，推出了各參數的測量方法，闡述了此方法應用中的注意事項。總體來看，此方法相較傳統測量方法，不需要額外的工頻試驗電源，測量精度與干擾源強度呈正相關性且測試接線簡單。

［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：電力變壓器狀態評估和智能診斷技術研究；馬德英（1988-），男，碩士，工程師，研究方向：高電壓試驗技術和線路參數測量技術研究。

蒲兵艦（1987-），男，碩士，工程師，研究方向：高電壓試驗技術、高壓開關設備方面的研究。