干扰法测量输电线路工频参数的理论研究

蒲兵舰 郑含博 马德英 王吉 王天 王震宇

（国网河南省电力公司电力科学研究院，河南郑州 450052）

干扰法测量输电线路工频参数的理论研究

蒲兵舰 郑含博 马德英 王吉 王天 王震宇

（国网河南省电力公司电力科学研究院，河南郑州 450052）

输电线路工频参数是电力系统短路计算、继电保护整定所需的基本参数，为得到其准确数值，现场一般采用实测法。实测中临近带电线路会对被测量线路造成干扰，基于此，依据对称分量法和对偶原理，结合实际干扰信号特征，提出采用干扰信号测量输电线路工频参数的方法，并进行理论分析。该方法可以直接应用于实际生产，解决干扰信号带来的测量难、测试结果不准确等问题。

干扰法；输电线路；工频参数测量；对称分量；阻抗测量；导纳测量

新建及改建的输电线路在投运前，除需要检查线路的绝缘及核相外，还需测量各项工频参数，以作为计算系统短路电流、整定继电保护、推算潮流分布和合理选择运行方式等工作的依据。输电线路工频参数可以通过计算法［1，2］和实测法得到，由于实际输电线路参数影响因素比较多，仿真计算精度无法满足现场需求，因此目前仍以实测法为主。随着电力系统的发展，同塔双回、四回线路及平行、交叉线路越来越多，由此产生的工频干扰成为现场测量中的一个难题。现场通常采用倒相法、变频法、提高测量电压电流法来克服工频干扰的影响。但随着电力系统的发展，干扰信号的强度越来越大，传统方法面临设备容量增大等诸多问题。本文依据对称分量与对偶原理，结合实际线路中干扰信号的特征，对采用干扰信号测量架空输电线路工频参数进行了系统的理论分析，建立了等效电路，提出了测量原理和方法，对强干扰下架空线路工频参数的测量具有重要的指导意义。

1 工频参数测量原理

根据序参数的定义，结合对称分量法、序阻抗对测量原理进行推理论述。

1.1 对称分量与序阻抗

在电力系统中，一组三相不对称的电压可以由三组序电压分量来表示，即

三相序分量电压间的关系为：

式（2）中，α=ej120°，α2=e-j120°。

在三相网络中通以某一序的对称分量电流时，只产生同一序的对称分量电压；在施一某一序的对称分量电势时，只产生同一序分量的电流，这表明网络的各序分量具有独立性。序分量的独立性是对称分量运算的前提。

对于三相输电线路，用Zaa、Zbb、Zcc表示A、B、C三相各相自阻抗，Zab(=Zba)、Zbc(=Zcb)、Zca(=Zac)表示三相间的互阻抗，则当线路通过三相不对称电流时，表示线路上电压降的方程为：

因此，要得到线路的正序和零序参数，只需求出Zaa、Zbb、Zcc、Zab、Zac和Zbc6个参数。对称分量和序阻抗是干扰法测量工频线路参数的前提。

1.2 对偶原理

在对偶电路中，某些元素之间的关系（或方程）可以通过对偶元素的互换而相互转换。其是电路分析中出现的大量相似性的归纳和总结。

依据对偶原理，如果在电路中导出了某一关系式和结论，就等于解决了与其对偶的另一个电路中的关系式和结论。

分析发现，上述阻抗测量和导纳测量电路满足对偶原理条件，可直接应用对偶原理求解。

2 工频干扰源特性分析

线路感应由电磁感应和静电感应两部分构成。电磁感应由电流产生的磁场在线路构成的回路中产生交变磁通，引起电磁感应电流；静电感应通过分布电容传递。本文把所有的干扰源等值为一条输电线路，其对测量线路干扰主要通过电容和电感耦合，其干扰传输形式如图1所示，假设干扰线路等效运行电压为U0（由于实际中干扰源很少为单一线路，因此U0不一定是系统中某一线路的实际运行电压），等效电流为I0（由于实际中干扰源很少为单一线路，因此I0不一定是系统中某一线路的实际运行电流），干扰线路与测量线路间电容为C12，测量线路对地电容为C10，干扰线路与测量线路间互感为M12。其等值电路如图2所示。

图1 干扰传输形式图2 线路干扰等值电路图

图1 干扰传输形式图2 线路干扰等值电路图

仿真分析及实际测试发现，电容耦合感应电压为几百伏到十几千伏不等，而干扰线路等效电压与系统电压成正比，一般为上百千伏，电容耦合感应电压远小于干扰线路等效运行电压，因此Ic12≈ωC12U0，静电感应干扰分量以电流源的形式体现，即线路静电感应电压的充电电流，其幅值大小与干扰线路和测量线路间的电容及干扰线路的等效电压成正比。电感耦合感应电压为几伏到几十伏不等，由于感应电压U12=ωM12I0，因此电磁感应干扰分量以电压源的形式体现，其幅值大小与干扰线路和测量线路间的互感值及干扰线路中流过的等效电流成正比。考虑到实际干扰线路与测量线路间结构形式固定，因此相互间的电容和互感是固定值。此时假设短时间内干扰源线路的等效电压及等效电流恒定，则可近似认为感应电压的静电感应分量和电磁感应分量为固定值，大量的实测数据也验证了上述结果。基于此研究工频干扰法测量线路工频参数的方法。

3 测量方法及注意事项

文中结合线路参数测量原理及线路工频干扰源的特性介绍测量以上6个参数的方法。

3.1 阻抗测量方法

测量线路阻抗参数时，利用感应电压的电磁感应分量，具体方法如下。

测量线路一侧三相短路接地，此时感应电压的静电感应分量可以忽略，其等值电路如图3所示。

图3 阻抗测量等值电路图

测量原理如下，打开KA、KB、KC，记录此时的三相电压幅值和相角，记为1、2、3，合开关KA，记录此时A相电流幅值和相角，B相、C相电压幅值和相角，即′3，由式（3）知，同理可求得Zbb、Zcc、Zbc。

当测量两条同塔双回线路之间的互阻抗时，方法相似，区别在于将两条线路的A、B、C三相当成一个整体，等值电路如图4所示。

图4 互阻抗测量等值电路图

3.2 导纳测量方法

测量线路容抗参数时，利用感应电压的静电感应分量，考虑到静电感应电压分量远大于电磁感应分量，忽略电磁感应分量影响，其等值电路如图5所示。

图5 导纳测量等值电路图

根据对偶原理可知线路导纳参数测量原理如下所述，合KA、KB、KC，记录此时的三相电流幅值和相角，记为1、2、3，打开KA，记录此时A相电压幅值和相角，B相、C相电流幅值和相角，记为1、′2、′3，由式（3）和对偶原理知，同理可求得Ybb、Ycc、Ybc，忽略线路对地及线路间电导，可求得Caa、Cbb、Ccc、Cab、Cac和Cbc。

根据对偶原理及式（4）（5），可求得正序和零序电容。而当测量两条同塔双回线路之间的互电容时，方法相似，区别在于将两条线路的A、B、C三相当成一个整体。

3.3 测量注意事项

文中原理分析中假设干扰信号源稳定，但考虑到实际临近线路的电压和电流均会有波动，因此，实际测量中每次测量时间跨度不宜过长，并可通过多次测量求取平均值的方法减小系统电压和负荷波动带来的影响。本方法适合应用于输电走廊拥挤，干扰信号大的地区，对于干扰信号弱的线路具有局限性。为了使测量结果可靠，所选用仪器仪表应有较高的精度。

4 结语

本文根据对称分量法及序参数的定义，提出了实际线路工频参数测量需要的基本参数，提出了实际线路模型中干扰信号耦合方式和等值电路；根据等值电路及对偶原理，推出了各参数的测量方法，阐述了此方法应用中的注意事项。总体来看，此方法相较传统测量方法，不需要额外的工频试验电源，测量精度与干扰源强度呈正相关性且测试接线简单。

［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

郑含博（1984-），男，博士，工程师，研究方向：电力变压器状态评估和智能诊断技术研究；马德英（1988-），男，硕士，工程师，研究方向：高电压试验技术和线路参数测量技术研究。

蒲兵舰（1987-），男，硕士，工程师，研究方向：高电压试验技术、高压开关设备方面的研究。