趙壽生，徐 健，吳尊東，陳欣華

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321000）

高壓輸電線路的絕緣核相測試數(shù)據(jù)是電網(wǎng)運行必須掌握的基本數(shù)據(jù)，隨著電力系統(tǒng)快速發(fā)展，輸電線路的走廊越來越窄，平行架設雙回、四回輸電線路和線路交叉跨越架設的情況也越來越多[1]。對其中一條線路進行絕緣核相測試時，其他線路出于供電可靠性考慮，往往不能進行陪停。被試線路中感應電壓有的達到幾千伏甚至上萬伏，對試驗人員和試驗設備的安全造成了極大的威脅[2]。現(xiàn)有的儀器設備在高感應電壓下無法進行絕緣核相測試，試驗中曾多次出現(xiàn)試驗設備損壞的現(xiàn)象，急需尋求新的測試方法或尋求新的抗干擾措施，以確保安全準確地進行輸電線路絕緣核相測試。在此介紹一種新的抗干擾測試方法——串聯(lián)諧振法，且對串聯(lián)諧振法的測試結果進行了分析研究。

1 輸電線路感應電壓的形成

輸電線路中感應電壓的組成部分主要是靜電分量、高頻分量和工頻分量[3]。

靜電分量主要是雷云、空間帶點粒子等在輸電線路上產(chǎn)生的感應電勢，測試時應選擇在較好的天氣條件下進行，此部分電勢對測試的影響不大。

高頻分量主要來自線路上的載波信號及能產(chǎn)生較大諧波的整流負荷。當載波機工作時即有一個高頻電源作用于線路上，其容量比外界高頻干擾源大得多。在測試時由于被測試輸電線路停電，該分量也可以忽略。

工頻分量主要來自于磁感應電勢和電感電勢，線路平行走向或同桿架設時，運行線路通過的交流電流將在輸電線路上產(chǎn)生交變的磁場。因此在被測試線路上產(chǎn)生的感應電勢，且正比于輸電線路之間的互感及運行線路的電流，其作用相當于在線路導線上沿縱向串接1個感應電勢[4]。同時在運行線路的電場通過線路間的電容耦合，也會在試驗線路上產(chǎn)生感應電勢，這可以看作是線路導線對地電容之路中串接了感應電勢，此兩部分電勢之和構成了輸電線路的工頻感應電壓。

在絕緣核相測試中，被測試輸電線路試驗相首末端開路不接地，加在試驗設備上的電壓主要是輸電線路對地感應電壓[5]。

式中：C1為線路間的耦合電容；C2為線路對地耦合電容；U1為運行線路電壓；U2為線路上的感應電壓。

2 應用串聯(lián)諧振法降低工頻干擾

從上分析可知影響輸電線路絕緣核相測試的主要因素是工頻干擾，干擾來源于輸電線路的感應電壓U2。目前使用的絕緣核相測試設備的輸出電壓一般為2 500 V或者5 000 V，當輸電線路的感應電勢超過試驗設備輸出電壓時，電流將逆流向試驗設備，從而導致試驗設備的損壞。試驗設備輸出電壓為整流直流電壓，感應電壓為工頻交流電壓。

目前輸電線路絕緣核相測試時，降低工頻干擾的方法是在被測試線路上并聯(lián)1個電容器，通過增大輸電線路的對地電容來降低輸電線路感應電壓的大小，如圖1所示。

圖1 并聯(lián)電容器法的原理

假設被測試輸電線路鄰近110 kV輸電線路，則將在輸電線路上產(chǎn)生感應電壓。設U2500 V為安全試驗電壓，則有：

取U1=110 000，則U2=500 V；計算得C3≈127C1。即當并聯(lián)上的電容器是線路間耦合電容的127倍及以上時，才能將感應電壓降至500 V以下。當遇到長線路或電纜線路，被測線路的對地電容C2很大，并聯(lián)電容器C3的電容量需要更大才能降低感應電壓，而大電容較笨重，成本很高，充電后又不安全，現(xiàn)場實用性不高。

串聯(lián)諧振法就是并聯(lián)1個電感和電容組成的串聯(lián)諧振回路。將電感L與電容器C3的參數(shù)匹配好，使串聯(lián)回路在電源頻率為50 Hz時處于諧振狀態(tài)，如圖2所示。

圖2 諧振法的原理

當wL=1/wc3時，被測線路感應電源U對地間的電阻為電感線圈的電阻R，此時被測線路相當于通過一個很小的對地電阻R接地。如果忽略電感線圈的電阻R，被測線路感應電源U2對地電阻為0 Ω，此時被測線路的狀態(tài)與直接接地時的狀態(tài)相同，線路感應電壓為0 V。因此從理論上講，無論被測線路感應電壓有多高，只要接上電感和電容的串聯(lián)諧振回路，且電感和電容的絕緣強度和額定容量滿足要求，可以將線路感應電壓降為0 V。試驗設備輸出電壓為直流，電容器C3起到了隔直流的作用，因此不影響絕緣核相測試，這就是串聯(lián)諧振法降低工頻干擾的基本原理。

3 現(xiàn)場測試分析

為了分析串聯(lián)諧振法的抗感應電壓性能和測試結果的準確性，在輸電線路感應電壓低、較高和高的3種情況下，分別用直接測試法、并聯(lián)電容器法和串聯(lián)諧振法進行測試，并對測試結果進行了對比。在串聯(lián)諧振法中使用了額定電壓為20 kV，電容量為1.6 μF電容器和額定電壓為20 kV，電感量為6.369 H的電抗器。

由于在絕緣核相測試中，非測試相直接接地，感應電壓和絕緣電阻值很低，接近于0，因此只給出測試相的絕緣電阻值與感應電壓值。

3.1 在輸電線路感應電壓低時的測試分析

以110 kV大田1503長島支線的絕緣核相測試為例。大田1503長島支線全長5.2 km，試驗時相鄰線路在停電狀態(tài)，直接試驗方法、并聯(lián)電容器法與串聯(lián)諧振法測試結果的比較分析見表1、表2。因直接測量的數(shù)據(jù)更接近于真實值，故選取該值作為基準值進行分析比較。

表1 大田1503長島支線的感應電壓對比

表2 大田1503長島支線的絕緣電阻對比

由表1和表2的數(shù)據(jù)可以看出，在感應電壓較低的情況下，并聯(lián)電容器法和串聯(lián)諧振法都具有良好的降低感應電壓能力，串聯(lián)諧振法效果更好，同時輸電線路的絕緣電阻測試值也非常接近，有著良好的一致性，說明并聯(lián)電容法和串聯(lián)諧振法的試驗測試數(shù)據(jù)可靠。

3.2 在輸電線路感應電壓較高時的測試分析

以110 kV鶴東1346線路的絕緣核相測試為例。鶴東1346線路全長25.2 km，相鄰線路在運行狀態(tài)。直接試驗方法、并聯(lián)電容器法、串聯(lián)諧振法測試結果的比較分析，見表3、表4。以直接測量的數(shù)據(jù)作為基準值進行分析比較。

由表3和表4可以明顯看出，當輸電線路的感應電壓增大時，并聯(lián)電容器法降低的電壓倍數(shù)與串聯(lián)諧振法相比明顯偏小，串聯(lián)諧振法使感應電壓下降100倍。同時絕緣電阻值與直接測量值保持一致，測試結果準確可靠。

表3 鶴東1346線的感應電壓對比

表4 鶴東1346線的絕緣電阻對比

3.3 在輸電線路感應電壓高時的測試分析

以110 kV仙羅1549線路的絕緣核相測試為例。由于仙羅1549線路四回路同塔架設，其他3條相鄰輸電線路在運行狀態(tài)，感應電壓很高。線路全長16.5 km。直接試驗方法、并聯(lián)電容器法與串聯(lián)諧振法測試結果的比較分析見表5、表6。以直接測量的數(shù)據(jù)作為基準值進行分析比較，絕緣電阻值由于線路感應電壓超過2 500 V，無法直接測量。

表5 仙羅1549線的感應電壓對比

表6 仙羅1549線的絕緣電阻對比

從表5和表6的測試數(shù)據(jù)可以看出，線路上并聯(lián)電容器和電抗器串聯(lián)諧振回路后有非常明顯的降壓效果，從16 300 V可以降至300 V，降低電壓可達到54.3倍，而并聯(lián)電容器法只能將電壓降低至2 800 V左右，這仍有較高的安全風險。同時在測試絕緣電阻時，諧振法解決了線路感應電壓過高問題，試驗人員在利用串聯(lián)諧振法測試過程中非常安全。

從實際檢測的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，使用串聯(lián)諧振法無法將感應電壓完全下降到0 V，其主要原因有：

（1）電抗器有直流損耗，流過的交流電流在電抗器上產(chǎn)生壓降，同時電容器的泄漏電流也能產(chǎn)生部分壓降。

（2）電抗器與電容器的參數(shù)不完全匹配，導致諧振回路上阻抗不為0，產(chǎn)生壓降。

（3）輸電線路感應電壓不完全是50 Hz工頻分量，其中有多次諧波分量及高頻分量。

4 結論

在被測線路不同的感應電壓情況下，通過對直接測試法、并聯(lián)電容器法和諧振法測試結果進行分析比較，可以得出以下結論：

（1）利用串聯(lián)諧振法進行絕緣核相測試時，感應電壓可以由16 300 V下降到300 V，試驗人員及試驗設備安全風險大為下降。

（2）利用串聯(lián)諧振法可以解決由于感應電壓很高而不能進行絕緣測試的問題，測試結果能反映線路的真實絕緣情況。

（3）減少了鄰近帶電輸電線路由于絕緣核相測試的陪停時間，降低了停電損失，提高了電力系統(tǒng)運行的可靠性。

（4）諧振法避免了試驗設備的損壞，具有良好的實用價值。

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