李　溪

[摘要]文章介紹線路參數(shù)異頻測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用原理及優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)例指出異頻測(cè)試法在線路參數(shù)測(cè)試中的應(yīng)用，并指出在試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)。

[關(guān)鍵詞]線路參數(shù)；異頻測(cè)試系統(tǒng)；轉(zhuǎn)換計(jì)算

[作者簡(jiǎn)介]李溪，廣西送變電建設(shè)公司，廣西@",530031

[中圖分類號(hào)]TM72

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1007-7723(2009)09-0039－0005

隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，電力線路同塔架設(shè)和交叉跨越的情況愈發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致輸電線路相互間的感應(yīng)電壓升高，這對(duì)測(cè)試人員和儀器的安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，給線路工頻參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量帶來(lái)了強(qiáng)力的干擾。因此，采用傳統(tǒng)的工頻電源進(jìn)行線路參數(shù)的測(cè)試將難以保證測(cè)試工作的安全性及測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

對(duì)此，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始對(duì)具有較高感應(yīng)電壓的架空輸電線路采用非工頻頻率的電源進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試主機(jī)可對(duì)設(shè)定的試驗(yàn)頻率進(jìn)行鎖頻采樣，規(guī)避了工頻感應(yīng)電壓、電流對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的干擾，極大地簡(jiǎn)化了線路參數(shù)的測(cè)試，提高了線路工頻參數(shù)測(cè)試工作的效率，保證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文將對(duì)異頻系統(tǒng)在線路工頻參數(shù)測(cè)試工作中的使用方式進(jìn)行論述。

一、線路參數(shù)測(cè)試的原理

輸電線路是一個(gè)分布參數(shù)[L、C、R、r]的組合。其任何一相均可用圖1所示的無(wú)窮個(gè)T型網(wǎng)絡(luò)的連接來(lái)表示：

在只考慮工頻激勵(lì)的工程應(yīng)用上，可將其簡(jiǎn)化為圖2所示：

圖2中的L，r、R、C就是常說(shuō)的集中參數(shù)。依次分別為電工學(xué)上的自感、導(dǎo)線電阻、對(duì)地電容、絕緣電阻。集中參數(shù)是可以通過(guò)測(cè)試并經(jīng)簡(jiǎn)單換算后取得的。

由于交流輸電多為三相，相間有互感Lm、有耦合電容Cm；兩條或幾條線路長(zhǎng)距離或小間距平行、交叉還會(huì)有不可忽略的Lm和Cm、上述諸參數(shù)是影響電網(wǎng)正常運(yùn)行和異常運(yùn)行時(shí)的電流分配和電壓分布的物理基礎(chǔ)。為了測(cè)試、計(jì)算和分析的簡(jiǎn)明，在工程實(shí)踐中引入了正序、零序等概念，將前述參數(shù)分別整合出了輸電線路的各工頻參數(shù)：

正序阻抗z1、正序電阻R1、正序電抗xl、正序阻抗角φ1；

零序阻抗zo、零序電阻RO、零序電抗XO、零序阻抗角φO；

正序電容C1、零序電容CO、相間電容Cm等。

以上參量為線路參數(shù)測(cè)試的主要表征量，不受測(cè)試方法改變的影響，在此不作具體論述。

二、線路參數(shù)測(cè)試中干擾產(chǎn)生的原因及抗干擾的辦法

輸電線路中，工頻參數(shù)測(cè)量中的干擾主要為工頻分量，而工頻分量主要來(lái)自磁感應(yīng)電勢(shì)和電感應(yīng)電勢(shì)。線路平行架設(shè)時(shí)，運(yùn)行線路的電流所伴生的磁場(chǎng)將通過(guò)互感在被試線路上感應(yīng)出電壓，它正比于運(yùn)行線路的電流和兩線路之間的互感，相當(dāng)于在線路導(dǎo)線上沿縱向接了一個(gè)磁感應(yīng)的電勢(shì)Em。同時(shí)，運(yùn)行線路的電場(chǎng)通過(guò)兩線路之間的電容耦合，在被試線路上產(chǎn)生電感應(yīng)電勢(shì)，相當(dāng)于在線路導(dǎo)線對(duì)地電容支路中接了一個(gè)等效的電感應(yīng)的電勢(shì)Ec，如圖3，工頻分量是影響測(cè)量結(jié)果的主要因索。

由于工頻干擾電壓、電流的存在，必定在進(jìn)行線路正序阻抗的參數(shù)測(cè)試時(shí)產(chǎn)生很大的工頻感應(yīng)電流。為了提高線路參數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性，就必須提高線路參數(shù)測(cè)試過(guò)程的信噪比，以獲得更準(zhǔn)確的線路參數(shù)測(cè)試結(jié)果。

通常的工頻電源電壓僅為220 V或380 V，當(dāng)干擾達(dá)上百伏時(shí)，會(huì)引起測(cè)量上相當(dāng)大的誤差，甚至根本得不到準(zhǔn)確數(shù)值；而通過(guò)升高測(cè)量電壓到幾倍干擾電壓的方法會(huì)有電源容量和質(zhì)量的問(wèn)題，而且也不能從根本上解決50Hz同頻干擾問(wèn)題，因此并不可取。其實(shí)無(wú)論是哪種方法，最重要的是能夠很好地消除系統(tǒng)干擾電壓的影響。因此，可通過(guò)改變施加不同于系統(tǒng)頻率的測(cè)量電壓，從而避開系統(tǒng)工頻干擾頻率。

三、異頻測(cè)試的可行性

異頻法測(cè)量線路工頻參數(shù)的基本思想是：測(cè)量線路上主要干擾源來(lái)自鄰近線路引起的工頻感應(yīng)電壓，而電網(wǎng)頻率相對(duì)固定(49.5～50.5 Hz)，同時(shí)線路工頻參數(shù)在40～60Hz范圍內(nèi)，變動(dòng)很小。因此可以通過(guò)施加異頻單相或三相交流電源避開系統(tǒng)頻率。通過(guò)異頻電源產(chǎn)生異頻率的測(cè)量電壓到待測(cè)線路，最后采集信號(hào)到上位機(jī)，并進(jìn)行模擬濾波和數(shù)字濾波，可得到非工頻下的線路參數(shù)，最后通過(guò)計(jì)算得出工頻下的線路參數(shù)。在測(cè)量過(guò)程中較為常用的頻率為45Hz、55Hz、60 Hz。

由此可以看出異頻測(cè)量方法在抗工頻干擾方面優(yōu)勢(shì)突出，通過(guò)硬件和軟件結(jié)合的方法有效地削弱工頻干擾，使在強(qiáng)干擾下測(cè)量線路工頻參數(shù)成為可能，減少不必要的停電。同時(shí)異頻測(cè)試設(shè)備體積和質(zhì)量將比傳統(tǒng)測(cè)試法小，方便現(xiàn)場(chǎng)使用。

四、異頻測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)裝置介紹

異頻測(cè)試系統(tǒng)(見圖4)通過(guò)改變?cè)囼?yàn)電源的頻率，讓測(cè)試儀表只接受試驗(yàn)頻率的信息，對(duì)工頻感應(yīng)電壓采取規(guī)避和強(qiáng)制削弱的處理方式，從而達(dá)到抗干擾的目的。

異頻測(cè)試系統(tǒng)采用非工頻頻率的電源進(jìn)行線路參數(shù)的測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)主機(jī)可對(duì)設(shè)定的試驗(yàn)頻率信號(hào)進(jìn)行鎖定異頻率采樣，規(guī)避了工頻感應(yīng)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的干擾，并且在采用非工頻頻率測(cè)試后，儀器自動(dòng)將非工頻下測(cè)得的線路參數(shù)換算為工頻參數(shù)。異頻測(cè)試系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分構(gòu)成(見表1)：測(cè)試儀器各部分單元參數(shù)如下(見表2、表3)：

五、異頻測(cè)試系統(tǒng)的工頻校正方法

由于采用異頻測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，儀器采樣得到的電流、電壓及功率參數(shù)均為異頻參數(shù)值，由于試驗(yàn)頻率與被試品的電抗、電容呈線性關(guān)系，而電阻受趨表效應(yīng)和臨近效應(yīng)影響為非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行頻率校正。由于線路阻抗測(cè)量時(shí)線路整體呈現(xiàn)為感性負(fù)載，并且阻抗角度大多在70。左右，故測(cè)試到的有功分量是無(wú)功分量的30％左右，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，線路的電阻誤差每偏差10％，對(duì)線路的阻抗參數(shù)只有1％的偏差影響。

所以采用異頻測(cè)試系統(tǒng)，儀器根據(jù)所選擇試驗(yàn)電源頻率40 Hz／60 Hz分別施加被測(cè)線路后，分別各自采樣，獨(dú)立計(jì)算，完成后可換算為工頻參數(shù)。

1非工頻正序電抗值(xz40／Xz60)的工頻換算(見表4)

2、非工頻正序電阻(Rz)的工頻換算(見表5)

通過(guò)對(duì)非工頻下測(cè)得的各參數(shù)進(jìn)行換算校正，可得到準(zhǔn)確的工頻線路參數(shù)。

六、線路參數(shù)測(cè)試中使用異頻系統(tǒng)測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)

影響線路參數(shù)準(zhǔn)確測(cè)試的首要因素是工頻感應(yīng)電壓，傳統(tǒng)的測(cè)試方法采取的主要措施是提高試驗(yàn)電壓，增大試驗(yàn)電流并加以倒換相序以圖削弱“干擾”的影響，這個(gè)方法試驗(yàn)電源將隨之增大容量和重量，將不利于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)環(huán)境對(duì)比，異頻試驗(yàn)裝置在線路參數(shù)測(cè)試中的優(yōu)點(diǎn)有：

1、大大減小了試驗(yàn)所需的電源容量及試驗(yàn)設(shè)備的體積和重量(見表9)。通過(guò)減小設(shè)備的體積和重量，也使得試驗(yàn)設(shè)備的可移動(dòng)性好，適宜現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2、試驗(yàn)等效性好。測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)改變?cè)囼?yàn)電源的頻率，且讓測(cè)試儀表只接受試驗(yàn)頻率的信息，對(duì)工頻感應(yīng)電壓采取規(guī)避的處理方式，然后將測(cè)試結(jié)果換算成工頻參數(shù)。試驗(yàn)采用近似工頻(40Hz、60Hz)的交流電壓作為試驗(yàn)電源，這種交流電壓可以重現(xiàn)與運(yùn)行工況下相同的場(chǎng)強(qiáng)，使其等效性與工頻電源非常接近，保證了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和真實(shí)性。

七、實(shí)際線路測(cè)數(shù)測(cè)數(shù)中的數(shù)據(jù)結(jié)果

在對(duì)220kV高沙至久隆線路工程的線路參數(shù)測(cè)試工作中，由于高久線上方有500kV線路跨過(guò)，所以感應(yīng)電壓超過(guò)2500V，將線路兩端短路接地后，產(chǎn)生的感應(yīng)電流在10A左右，采用常規(guī)的工頻測(cè)試系統(tǒng)將容易產(chǎn)生很大誤差，并且具有很大的危險(xiǎn)性。所以，我們采用了異頻測(cè)試系統(tǒng)對(duì)線路進(jìn)行線路參數(shù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下(見表10)：

由表10可以看出，采用異頻測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試的數(shù)據(jù)結(jié)果正常，未受強(qiáng)感應(yīng)電的影響，并且將測(cè)試數(shù)據(jù)提交廣西電力調(diào)度中心與計(jì)算值進(jìn)行比對(duì)后，誤差均在可接受范圍內(nèi)，從而證明了數(shù)據(jù)的有效性，為線路的安全送電提供了可靠依據(jù)。

八、試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

1、試驗(yàn)前，一定要仔細(xì)檢查各輸入、輸出接線是否正確和牢固，接地線采用一點(diǎn)接地，且要保證接地可靠性。若接地線沒有可靠接地，會(huì)導(dǎo)致儀器測(cè)量錯(cuò)誤。

2、試驗(yàn)前必須充分考慮隔離變壓器的電壓、電流限制，選擇相對(duì)應(yīng)的測(cè)試接線方式。

3、測(cè)試前應(yīng)先將接地線接好后，再連其他接線，被測(cè)高壓線路應(yīng)最后接入。保證在換線過(guò)程中能夠保證每相始終有接地點(diǎn)，高壓線路不單獨(dú)連接測(cè)試儀的電壓端子，特別是當(dāng)靜電感應(yīng)電壓超過(guò)1000V時(shí)，單獨(dú)連接測(cè)試儀的電壓端子極易燒壞測(cè)試儀器電壓測(cè)試電路。

九、結(jié)論

通過(guò)我們的現(xiàn)場(chǎng)使用證明，異頻測(cè)試系統(tǒng)能夠有效地應(yīng)用于高壓輸電線路的工頻參數(shù)測(cè)試工作中。