架空輸電線路的感應(yīng)電壓分析與測量

何良興　于校彬　文莊順

摘 要：隨著當(dāng)前特高壓輸電技術(shù)不斷向前發(fā)展，逐漸將成為主流電力傳輸主要方式之一。但從目前的技術(shù)手段來看，采用地線絕緣運(yùn)行方式時，存在地線上感應(yīng)電壓過高從而影響絕緣電阻測量精度的問題，因此該文針對架空輸電線路的感應(yīng)電壓，探究了感應(yīng)電壓的分析與測量以及如何能夠降低感應(yīng)電壓的方法。內(nèi)容主要包括介紹輸電線路感應(yīng)電壓的計(jì)算方法，并接電容的配置方法等，同時提出了同塔架設(shè)線路感應(yīng)電壓電流的抑制措施，極大程度上降低了地線的感應(yīng)電壓，并給出了包括調(diào)制開關(guān)、電路設(shè)計(jì)的完整直流調(diào)制電路框架，最后對架空線路覆冰狀態(tài)建立模糊隸屬函數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確度評估，以預(yù)防危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：特高壓 感應(yīng)電壓 架空輸電線路

中圖分類號：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0035-03

隨著特高壓輸電技術(shù)的不斷發(fā)展，特高壓輸電技術(shù)將逐漸成為我國電力傳輸主要方式之一。發(fā)電廠生產(chǎn)的電能，是通過高壓送電線路輸送到用電中心的變電所，經(jīng)過變電所降壓，再送給用戶。送電線路分為電纜線路和架空線路兩種，電纜線路一般是將導(dǎo)線敷設(shè)于地下，造價較高；架空線路是用桿塔把導(dǎo)線懸掛在空中，易于發(fā)現(xiàn)故障和檢修，所以，遠(yuǎn)距離送電一般都采用架空輸電線路。由于特高壓技術(shù)具有節(jié)約線路走廊、經(jīng)濟(jì)性價比較高、損耗小等優(yōu)勢，同塔雙回、多回線路等在特高壓輸電中得到越來越多的應(yīng)用[1-4]。但在實(shí)際使用過程中往往會遇到感應(yīng)電壓過大嚴(yán)重影響測量絕緣電阻精度的現(xiàn)象[5]，不利于特高壓技術(shù)的推廣和應(yīng)用，而《1 000 kV交流架空輸電線路設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)定》中明確規(guī)定在采用地線絕緣運(yùn)行方式時，需要限制地線上的感應(yīng)電壓和電流，同時選用合適放電間隙，以保證地線安全運(yùn)行。因此，必須要做好架空輸電線路的感應(yīng)電壓分析與測量，并設(shè)法采取合理的措施以降低感應(yīng)電壓值[6]。該文根據(jù)《1 000 kV交流架空輸電線路設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)定》的相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)了架空輸電線路的感應(yīng)電壓分析與測量的方法，并對其進(jìn)行準(zhǔn)確度評估。

1 架空輸電線路絕緣狀態(tài)模型

被測量線路對地的感應(yīng)電壓與它對所相應(yīng)地容量成反比，與帶電線路電容量成正比，可以通過在被測試線路與地之間并接電容將感應(yīng)電壓降低。如圖1所示，被測線路的感應(yīng)電壓是帶電線路相電壓在停電線路與大地間電容量Ce和停電線路與帶電線路間電容量C12之間分壓得到。

依據(jù)上述公式，可估算降低感應(yīng)電壓所需并接的電容大小。

同時該文采用電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地消弧線圈電感電流補(bǔ)償線路電容電流的基本原理方法，設(shè)計(jì)了一種能夠抵消或抑制輸電線路測試端交流感應(yīng)電壓的裝置。通過電容、電阻分壓式電壓互感器將線路的感應(yīng)高電壓降為低電壓，并進(jìn)行了相位的修正。

2 電壓電流信號的測量

由于架空線路受自然界的影響，如在地球自轉(zhuǎn)過程中與空氣摩擦，將有可能產(chǎn)生一定量的電荷并積攢形成感應(yīng)電壓；此外，架空線間通電運(yùn)行，錯綜復(fù)雜交織形成電場，也有可能會形成一定的感應(yīng)電壓。根據(jù)上述情況的特點(diǎn)，需要準(zhǔn)確測量直流電壓和直流電流才能計(jì)算出真實(shí)有效的絕緣阻抗，因此，如何設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路成為該文的研究重點(diǎn)。

2.1 直流調(diào)制電路設(shè)計(jì)

電壓測量由分壓電阻分壓，取微弱的電壓信號，需要濾除電網(wǎng)干擾的雜散的感應(yīng)電壓信號包括交流信號，電流為取樣電阻上分壓，取電壓信號做處理，濾除感應(yīng)電壓產(chǎn)生的電流信號和交流信號。

微弱信號在進(jìn)行數(shù)字相敏檢測之前，要先采集待測數(shù)據(jù)，但是微弱信號由于消息強(qiáng)度低，既小又弱，很難被設(shè)備接收。因此，必須先將待測信號本省的幅度調(diào)制放大，才能做A/D轉(zhuǎn)換，隨后再采用數(shù)字信號處理的方法進(jìn)行后續(xù)的處理?？紤]到調(diào)制器的各種非理想因素以及調(diào)制電路響應(yīng)時間和測量時序，該文采用前端的調(diào)制放大實(shí)現(xiàn)微弱信號的檢測，放大實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。

2.1.1 模擬調(diào)制開關(guān)

根據(jù)設(shè)計(jì)需求，該文中選用的是ADI公司生產(chǎn)的 ADG711四通道模擬集成開關(guān)，芯片采用1.8～5.5 V的單電源供電，功耗小于0.01 W，具有低接通電阻、低失真、高速切換、低泄漏、低功率等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2.1.2 調(diào)制電路設(shè)計(jì)

通過ADG711產(chǎn)生的調(diào)制電路如圖3所示，主要由輸入電壓V1經(jīng)過衰減為微小的直流電壓信號，微小的直流信號經(jīng)過調(diào)制開關(guān)的換流在電阻RL上產(chǎn)生方向相反的電壓，進(jìn)而在負(fù)載電阻RL上形成方波信號，該信號再經(jīng)過差分放大器就可以得到放大的交流方波信號。

2.2 信號放大設(shè)計(jì)

該文采用多級放大電路來實(shí)現(xiàn)信號的放大處理，為防止放大電路產(chǎn)生新的噪聲使信號淹沒在噪聲中，需選用噪聲系數(shù)小的放大器。考慮到AD620的高精度很高、功耗很低、輸入失調(diào)電壓僅為50 μV、輸入偏執(zhí)電流最大值為1 nA、而且其輸入失調(diào)漂移也很低、輸入電壓噪聲僅為9 nV/1 kHz等特性，因此該文選擇采用兩片AD620芯片對斬波后的交流信號進(jìn)行兩級放大處理。

3 架空線路覆冰狀態(tài)評估

大氣覆冰對輸電線路的危害有過荷載、絕緣子冰閃、覆冰導(dǎo)線舞動等。覆冰狀況的不一樣，輸電線路的絕緣程度也就不一樣。該文將泄漏電流最大值Im分4個子集：Z（近零）、PS（正?。?、PM（正中）和PB（正大）；將采樣周期內(nèi)幅值>10 mA的泄漏電流脈沖頻次N分為3個模糊子集：PS（正小）、PM（正中）和PB（正大），其模糊隸屬函數(shù)如圖4所示。

該文綜合考慮覆冰、污穢情況，將外絕緣評估結(jié)果設(shè)為安全（S）、注意（P）、危險(xiǎn)（D）和報(bào)警（A），分別表示外絕緣狀態(tài)良好、需要注意發(fā)展態(tài)勢、閃絡(luò)前預(yù)警和閃絡(luò)故障報(bào)警，如表1所示。

對覆冰線路狀態(tài)的評估，根據(jù)表1所述規(guī)則，在各種不同狀況的情況條件下測量輸電線路的絕緣水平，有助于更加確切地了解覆冰狀態(tài)下不同的絕緣水平所對應(yīng)的安全情況，從而預(yù)防事故的發(fā)生。

4 分析與總結(jié)

該文針對特高壓輸電過程采用地線絕緣運(yùn)行方式時地線上感應(yīng)電壓過高影響絕緣電阻測量精度的問題，提出了一種架空輸電線路的感應(yīng)電壓分析與測量、降低感應(yīng)電壓的完整方法。包括對輸電線路感應(yīng)電壓計(jì)算方法、并接電容的配置方法的介紹，同時也提出一種同塔架設(shè)線路感應(yīng)電壓電流的抑制措施，極大程度上降低了地線的感應(yīng)電壓，給出了包括調(diào)制開關(guān)、電路設(shè)計(jì)的直流調(diào)制電路框架，最后對架空線路覆冰狀態(tài)建立模糊隸屬函數(shù)以進(jìn)行準(zhǔn)確評估，預(yù)防事故的發(fā)生。

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