輸電線路參數(shù)測(cè)試中干擾源分析及測(cè)試方法研究

李剛

【摘 要】為滿足電網(wǎng)潮流、電壓、穩(wěn)定以及繼電保護(hù)整定校核計(jì)算的需求，系統(tǒng)中各個(gè)元件的各序參數(shù)需要盡量準(zhǔn)確。研究新的測(cè)試方法，在被測(cè)線路鄰近線路帶電情況下，抑制現(xiàn)場(chǎng)干擾的影響，快速準(zhǔn)確地測(cè)量輸電線路的參數(shù)、線路間互感和耦合電容，同時(shí)保證測(cè)量?jī)x器設(shè)備和操作人員的安全，具有重要的工程實(shí)際意義。

【關(guān)鍵詞】線路參數(shù) 干擾源 分析 測(cè)試

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM223.28【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）02-0274-01

1、輸電線路參數(shù)測(cè)試時(shí)的干擾源

輸電線路參數(shù)測(cè)試中，干擾由靜電感應(yīng)分量，高頻分量和工頻分量組成[2]。

1.1 靜電感應(yīng)分量

靜電感應(yīng)分量是云中電荷、空間帶電粒子等在輸電線路上的感應(yīng)電勢(shì)，以電容耦合的方式為主，在測(cè)試接線完成后，測(cè)試電源內(nèi)阻極低，靜電感應(yīng)分量可以直接對(duì)地泄放，對(duì)輸電線路參數(shù)測(cè)量影響甚微。但是在雷雨天氣，云中電荷累積，雷云電位升高，對(duì)線路放電的幾率大增，如果發(fā)生雷擊線路，將嚴(yán)重影響測(cè)試人員和設(shè)備的安全，此時(shí)應(yīng)停止測(cè)試工作。

1.2 高頻分量

在輸電線路參數(shù)測(cè)試中，高頻分量主要來(lái)自載波通訊，公網(wǎng)通訊，鄰近線路或者變電站母線等高壓設(shè)備電暈放電或者間隙放電。被測(cè)線路參數(shù)測(cè)試過(guò)程中，本線路載波通道停止工作，沒(méi)有影響；其余各個(gè)高頻分量通過(guò)屏蔽、接地處理以及信號(hào)去耦電容基本可以消除，而且采用47.5Hz和52. 5Hz信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，高頻干擾信號(hào)極易分離，而且其幅值較小，對(duì)線路參數(shù)測(cè)量的影響可以完全消除。

1.3 工頻分量

工頻分量包括電容耦合感應(yīng)電勢(shì)和電磁耦合感應(yīng)電勢(shì)。

當(dāng)被測(cè)線路兩端都懸空不接地時(shí)，如圖1所示，鄰近帶電線路或者母線電場(chǎng)通過(guò)電容耦合在試驗(yàn)線路將感應(yīng)一個(gè)電勢(shì)，可看作在線路導(dǎo)線對(duì)地電容支路（C10）中串接了一個(gè)等效的電感應(yīng)電勢(shì)EC，根據(jù)干擾線路電壓等級(jí)和耦合緊密情況的不同，干擾電壓值從幾百伏到十幾千伏不等（用靜電電壓表測(cè)量）。

2、倒相法測(cè)量零序阻抗測(cè)量誤差分析

由于在正序阻抗、正序電容、零序電容測(cè)量中，感應(yīng)的縱向電勢(shì)主要為其正序和負(fù)序分量的影響，幅值較小，對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的誤差較小，在零序阻抗測(cè)量中，干擾電壓較高，零序分量占主導(dǎo)，引起的誤差較大，所以重點(diǎn)討論零序阻抗測(cè)量誤差。

2.1 干擾幅值變化的影響

假設(shè)測(cè)試中，干擾相位不變，試驗(yàn)電源電壓U0足夠高，遠(yuǎn)大于干擾電壓UG，近似取10倍，在干擾電壓U0大小變化時(shí)，測(cè)試過(guò)程中，保證UZ不變，最嚴(yán)重情況下，試驗(yàn)電壓大小在不超過(guò)±10%的范圍變化，且兩次測(cè)量時(shí)，試驗(yàn)電壓變化方向相反，根據(jù)式（3），考慮到UG相對(duì)極小，則引起的誤差為：

δ=（1-（0.9×1.1）1/2）×100% = 0.5%

即是說(shuō)，在倒相法測(cè)量中，只要試驗(yàn)電源電壓足夠高（信號(hào)與干擾電壓比大于10），在干擾電壓相位不變的情況下，干擾電壓幅值的變化引起的阻抗值的測(cè)量誤差很小，不超過(guò)0.5%。

2.2 干擾相位變化的影響

忽略干擾電壓幅值變化的影響，假設(shè)干擾電壓大小不變，則在UG與U0 相位為90°時(shí)，移相角θ最大， θ=arctg（1/10）=5.71°， 最嚴(yán)重的情況發(fā)生在試驗(yàn)電源倒相的同時(shí)，干擾電壓也倒相，則在干擾引起的相位誤差不僅不能抵消，反而疊加在測(cè)試結(jié)果中，根據(jù)式（4），此時(shí)φ0=[（φ01+φ02）/2]+θ，或者φ0=[（φ01+φ02）/2]-θ，阻抗角誤差為±θ（±5.71°）。

在實(shí)際測(cè)量中，最嚴(yán)重的干擾變化發(fā)生概率較小，但是由于潮流變化引起干擾源相位變化和導(dǎo)線舞動(dòng)引起互阻抗相角變化是經(jīng)常發(fā)生的，所以測(cè)量過(guò)程中雖然采用了倒相法，但是由于感應(yīng)的干擾電壓信號(hào)相位角發(fā)生變化，對(duì)測(cè)試電源電壓移相角變化，在測(cè)試電源電壓足夠高時(shí)，總阻抗誤差不大，而電阻分量卻波動(dòng)很大，電抗分量也有不小的波動(dòng)，這也是在一次測(cè)量過(guò)程中瓦特表讀數(shù)不穩(wěn)的主要原因。所以在傳統(tǒng)的采用隔離變壓器測(cè)量零序阻抗的過(guò)程中，要求測(cè)試過(guò)程盡快完成，而且測(cè)試電源輸出電壓要足夠高。

2.3 變壓器容量選擇

變壓器容量選擇依賴(lài)于采用的測(cè)試信號(hào)與干擾信號(hào)的比值。設(shè)縱向感應(yīng)干擾電壓在200V，考慮線路零序阻抗60Ω的情況，如果信號(hào)與干擾比為1：10，則變壓器容量：（200×10）2/1000×（60/3）=200kVA，可以選擇容量為200kVA，輸出電壓可以達(dá)到2000V的隔離變壓器。

3、異頻法測(cè)量輸電線路工頻參數(shù)

采用工頻的測(cè)試電源進(jìn)行輸電線路各序參數(shù)測(cè)試，工頻感應(yīng)干擾電壓對(duì)信號(hào)電壓移相的影響難以完全消除，采用異頻電源進(jìn)行測(cè)量，理論上可以完全消除分離工頻干擾，得到穩(wěn)定的各序參數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果。

3.1 異頻法基本原理

異頻法測(cè)量的基本原理是：在線路測(cè)量端輸入異于工頻f0（50Hz）的測(cè)試電源，在頻域直接分離工頻干擾信號(hào)和有用的異頻測(cè)試信號(hào)，達(dá)到消除工頻干擾影響的目的。一般地，取兩個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)為（f0-Δf）和（f0+Δf）進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果折算到f0以后，加權(quán)平均兩次測(cè)量結(jié)果，具有很好的頻率等效性。

采用異頻測(cè)量方式，集合測(cè)試電源和數(shù)據(jù)采集通道，運(yùn)算單元以及人機(jī)交互設(shè)備（單片計(jì)算機(jī)內(nèi)核或者工業(yè)計(jì)算機(jī)內(nèi)核）為一體，采用交流采樣方式采集電壓和電流向量，阻抗角直接計(jì)算，無(wú)需接入功率表測(cè)量有功功耗，以計(jì)算阻抗角。

3.2 異頻測(cè)量的信噪比要求

在工頻下測(cè)量中，如果測(cè)試電源輸出信號(hào)遠(yuǎn)大于干擾信號(hào)，采用快速的抗干擾測(cè)試方法，可以得到穩(wěn)定正確的各序參數(shù)，但是需要大容量的變壓器作為電源，搬運(yùn)與接線工作將占據(jù)大部分時(shí)間，試驗(yàn)工作勞動(dòng)效率會(huì)相當(dāng)?shù)汀?/p>

快速完成測(cè)量，在低信噪比下消除工頻干擾影響，設(shè)備體積小、重量輕，是異頻法的主要優(yōu)勢(shì)。異頻法抗干擾的核心是在頻域?qū)⒐ゎl干擾信號(hào)和異頻測(cè)試信號(hào)分離，在時(shí)域還原測(cè)試信號(hào)，理論上是可以完全消除干擾信號(hào)引起的測(cè)量誤差，但是由于傳感器誤差，量化誤差，模型誤差等因素的影響，造成頻譜泄漏，信噪比不可以無(wú)限降低。

設(shè)定較為苛刻的干擾水平，干擾電壓200V，干擾電流20A，如果儀器能在測(cè)試信號(hào)與干擾信號(hào)之比為1的條件下消除干擾影響，則異頻測(cè)試電源需要單相輸出4kVA，保證一定冗余度，應(yīng)該選擇單相容量5-10kVA，輸出電壓200V-500V的變頻電源和相同容量的隔離變壓器，儀器的重量和體積雖然相對(duì)于工頻測(cè)試電源大大減小，仍然不易搬運(yùn)和攜帶。而且考慮到短線路（長(zhǎng)度小于10km）序電容的容抗（電容在0.1uF左右）很大，200V電壓下電容電流不超過(guò)10mA，而工頻干擾電流信號(hào)可以達(dá)到幾十至幾百毫安，那么此時(shí)干擾電流信號(hào)依然會(huì)引起很大測(cè)量誤差，所以?xún)x器應(yīng)能在測(cè)試信號(hào)與干擾信號(hào)之比為1：10的條件下消除干擾電流對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

4、結(jié)論

4.1 在輸電線路工頻參數(shù)測(cè)量中，通過(guò)電容和互感耦合的工頻感應(yīng)電壓對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響最嚴(yán)重，主要應(yīng)該考慮消除縱向感應(yīng)干擾電壓的影響；

4.2 采用工頻電源進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，倒相法和移相法能很好的消除工頻干擾的影響，但是干擾信號(hào)相角的變化會(huì)引起較大的誤差，所以測(cè)試過(guò)程應(yīng)在盡量短的時(shí)間內(nèi)完成，而且試驗(yàn)電壓應(yīng)盡量高，最好能取值到干擾電壓信號(hào)的10倍以上；

4.3 異頻法從理論上能完全分離工頻干擾信號(hào)，消除其影響，但由于傳感器誤差和AD量化誤差，模型誤差等影響，存在頻譜泄漏，應(yīng)保證能在信號(hào)與干擾比值為1：10的條件下分離工頻分量，消除干擾的影響；

參考文獻(xiàn)

[1] 陳顏，淺析寧夏電網(wǎng)輸電線路參數(shù)計(jì)算，寧夏電力，2007.1

[2] 郭守賢，王貽平，程晉明，輸電線路工頻參數(shù)抗干擾測(cè)量方法研究