異頻法測(cè)量架空輸電線路參數(shù)的原理及注意事項(xiàng)

錢(qián)芃羽

異頻法測(cè)量架空輸電線路參數(shù)的原理及注意事項(xiàng)

錢(qián)芃羽

（長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410114）

架空輸電線路的正序、零序阻抗等工頻參數(shù)是潮流計(jì)算、保護(hù)整定的重要依據(jù)。準(zhǔn)確地對(duì)新建或改建架空輸電線路工頻參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行具有重要意義。異頻法通過(guò)施加不同于電力系統(tǒng)頻率的測(cè)量電壓，可以避開(kāi)系統(tǒng)工頻干擾，可以較為準(zhǔn)確地測(cè)量輸電線路工頻參數(shù)。由于引入了變頻電源和數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)，異頻法試驗(yàn)設(shè)備體積重量較小且免去了人工讀表誤差，在工程中使用較多。本文給出了基于異頻法的工頻參數(shù)測(cè)量原理、應(yīng)用方法和注意事項(xiàng)，為電力工作人員提供了供理論和操作依據(jù)，可以為工頻參數(shù)的其他測(cè)量方法提供有益參考。

架空輸電線路；線路參數(shù)；異頻法；誤差分析

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，架空輸電線路建設(shè)速度逐年加快。新建或改建的架空輸電線投運(yùn)前，必須要實(shí)測(cè)各項(xiàng)工頻參數(shù)，為潮流計(jì)算和保護(hù)整定等工作提供重要依據(jù)［1-3］。

目前，工頻參數(shù)測(cè)量方法依據(jù)測(cè)量時(shí)線路是否帶電可以分為離線測(cè)量和在線測(cè)量［4，6］。在線測(cè)量雖然可以直接對(duì)帶電輸電線路獲取工頻參數(shù)，但測(cè)量方法較為復(fù)雜，對(duì)設(shè)備和儀器的要求較高，仍處于試用階段。目前，工程中常用的方法仍為離線測(cè)量。

利用離線測(cè)量，異頻法通過(guò)施加不同于電力系統(tǒng)頻率的測(cè)量電壓，可以避開(kāi)系統(tǒng)工頻干擾，從而較為準(zhǔn)確地測(cè)量輸電線路工頻參數(shù)。本文給出了異頻法測(cè)量工頻參數(shù)的理論依據(jù)，并介紹基本的應(yīng)用方法和注意事項(xiàng)，為實(shí)際進(jìn)行工頻參數(shù)的測(cè)量人員提供理論和操作依據(jù)，為工頻參數(shù)的其他測(cè)量方法提供有益參考。

1 異頻法進(jìn)行工頻參數(shù)測(cè)量的原理

在線路參數(shù)測(cè)量中，主要的干擾來(lái)自待測(cè)線路上的工頻感應(yīng)電壓。異頻法通過(guò)在待測(cè)線路上施加不同于電力系統(tǒng)頻率的測(cè)量電壓，進(jìn)而避開(kāi)來(lái)自周圍電力輸變電設(shè)備的工頻干擾［5］。

圖1 正序參數(shù)測(cè)量接線示意圖

在待測(cè)線路測(cè)量段分別輸入測(cè)量信號(hào)頻率f1和f2為：

其中，f0為我國(guó)電網(wǎng)工頻，為50Hz，一般范圍不超出49.5～50.5Hz；通過(guò)頻率偏移，Δf可以實(shí)現(xiàn)儀器的輸出信號(hào)頻率 f1、f2和主電網(wǎng)頻率不同，進(jìn)而達(dá)到分離工頻干擾信號(hào)和有用的異頻測(cè)量信號(hào)的作用，消除工頻信號(hào)干擾，Δf 一般取值為2.5、5、10Hz［5，7］。

測(cè)量?jī)x器輸出頻率為 f1、f2的測(cè)試信號(hào)后，與線路上的工頻感應(yīng)信號(hào)混疊：

儀器的測(cè)量通道采集到的測(cè)量電壓信號(hào)為u01和u02的混頻信號(hào)，通過(guò)FFT變換，即可分理出異頻信號(hào)：

采用同樣的方法獲取電流信號(hào)if1和if2，即可求取 f1和f2頻率下線路參數(shù) R1、X1和 R2、X2。

電阻和電抗在頻率偏移區(qū)域是和頻率線性相關(guān)的前提下，采用加權(quán)平均方法即可獲取工頻 f0下的工頻阻抗：

在利用異頻法進(jìn)行工頻參數(shù)測(cè)量時(shí)獲取的線路參數(shù)為待測(cè)線路末端短路接地或開(kāi)路時(shí)的線路首端輸入阻抗，其正確性的基礎(chǔ)為待測(cè)線路電阻和電抗在頻率偏移區(qū)域和頻率線性相關(guān)。但是，當(dāng)線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)（大于340km）［5］，需要考慮傳輸線分布參數(shù)效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法

2.1 正序阻抗Z1和電阻R1

測(cè)量時(shí)接線示意如圖1所示［6-7］，線路末端三相短路，首端由測(cè)量?jī)x器施加頻率分別為 f1的電源。假設(shè) f1頻率下輸電線路三相電壓、電流有效值分別為：Ua1、Ub1、Uc1、Ia1、Ib1、Ic1，相位差分別為 θa1、θb1、θc1，則頻率 f1情況下，相電壓、相電流和相位差平均值分別為：

則該待測(cè)線路的正序阻抗為：

其中，Zf1、Rf1、Xf1、Lf1分別為頻率 f1下的正序阻抗、電阻、電抗和電感；l為待測(cè)輸電線路長(zhǎng)度。

當(dāng)輸入 f2頻率的電源時(shí)，同理可獲得 f2頻率下的阻抗Zf2、電阻Rf2、電抗Xf2和電感Lf2。則工頻 f0下線路參數(shù)可通過(guò)以下公式得出：

2.2 零序阻抗及正序、零序電容

測(cè)量零序阻抗Z0和零序電阻R0時(shí)，待測(cè)量線路末端三相短路接地，首端分別施加頻率為 f1和 f2的變頻電源，類似正序阻抗參數(shù)的測(cè)量和計(jì)算方法即可獲得零序阻抗、電阻、電抗、電感及阻抗角等參數(shù)。

測(cè)量正序電容時(shí)，待測(cè)線路末端三相開(kāi)路；測(cè)量零序電容時(shí)，待測(cè)線路末端開(kāi)路，始端三相短路，測(cè)量電源使用一種頻率即可。

3 測(cè)量中的注意事項(xiàng)

①為避免測(cè)試電壓引線和電流引線中測(cè)量信號(hào)相互干擾，測(cè)試用電壓和電流引線應(yīng)分開(kāi)，且被測(cè)試線路直接測(cè)取試驗(yàn)電壓，避免容升效應(yīng)帶來(lái)的誤差。

②在測(cè)量阻抗或電容時(shí)，若線路較長(zhǎng)（大于100km），應(yīng)在待測(cè)線路末端同時(shí)讀取電流或電壓，計(jì)算中使用的電流或電壓取待測(cè)線路首端和末端的平均值。

③應(yīng)盡量提高電壓測(cè)試回路中的內(nèi)阻抗，以增加電壓測(cè)量值的準(zhǔn)確性。

④根據(jù)零序保護(hù)分段情況或地質(zhì)存在較大差異，應(yīng)在相應(yīng)的位置增加零序阻抗測(cè)抗試驗(yàn)。

⑤當(dāng)線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)（大于340km），需要考慮傳輸線分布參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，需要引入基于傳輸線方程的數(shù)值方法進(jìn)行校正［5］。

4 結(jié)論

由于輸電線路同塔架設(shè)和交叉跨越情況日益增多，輸電線路間的感應(yīng)電壓情況較為復(fù)雜，為線路參數(shù)的精確測(cè)量帶來(lái)了干擾和困難。由于異頻法在測(cè)量輸電線路參數(shù)時(shí)可以有效避免待測(cè)線路上的工頻感應(yīng)電壓和電流的影響，且測(cè)量原理簡(jiǎn)單。本文推薦采用異頻法進(jìn)行復(fù)雜環(huán)境下的輸電線路工頻參數(shù)測(cè)量。

本文通過(guò)詳細(xì)的公式推導(dǎo)和接線圖對(duì)異頻法的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行闡述，并給出了測(cè)量中的注意事項(xiàng)，以期為工頻參數(shù)測(cè)量試驗(yàn)人員提供理論和操作依據(jù)。

［1］譚波，劉鵬，尹玉娟，等.異頻法線路參數(shù)測(cè)試中工頻感應(yīng)電流的影響分析［J］.通信電源技術(shù)，2016（1）：124-125.

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The Principle of Non-power-frequency Method Measurement for Overhead Transmission lines’Parameters and Points to Attention

Qian Pengyu
（Changsha University of Scienceamp;Technology，Changsha Hunan 410114）

The power frequency parameters such as positive sequence impedance and zero sequence imped?ance of overhead transmission lines are important basic for power flow calculation and protection setting.Accurate measurement of the power frequency parameters of newly built or converted overhead transmission lines has great importance to the safe,stable and reliable operation of power systems.Non-power-frequen?cy method can measure power frequency parameters of transmission line accurately by applied non-powerfrequency signal on overhead transmission lines,which can avoid the frequency interference.Due to the in?troduction of Non-power-frequency power supply and digital signal processing technology,Non-power-fre?quency test equipment volume is small and eliminating the manual reading error,it is widely used in engi?neering.This paper presented the measurement principle and application of Non-power-frequency method,and the points to attention was discussed,which can providing a theoretical and operational basic for over?head transmission line parameters.

overhead transmission lines；line parameters；Non-power-frequency method；error analysis

TM751

A

1003-5168（2017）10-0134-03

2017-09-01

錢(qián)芃羽（1999-），男，本科在讀，研究方向：測(cè)試、故障診斷、電力市場(chǎng)。