王東燁,吳傳璽,韋德福,邵建康

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國(guó)網(wǎng)本溪供電公司，遼寧 本溪 117000；3.上海大帆電氣設(shè)備有限公司，上海 201109)

?

強(qiáng)干擾下對(duì)特高壓輸電線路參數(shù)的異頻法準(zhǔn)確測(cè)量

王東燁1,吳傳璽2,韋德福1,邵建康3

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國(guó)網(wǎng)本溪供電公司，遼寧 本溪 117000；3.上海大帆電氣設(shè)備有限公司，上海 201109)

在輸電線路工頻特性參數(shù)測(cè)量過程中，由于線路間的強(qiáng)烈互感，測(cè)試線路中存在很高的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，給線路參數(shù)的安全準(zhǔn)確測(cè)量帶來很大困難。對(duì)比提出了采用強(qiáng)抗干擾的異頻測(cè)量法，配合全球領(lǐng)先的軍用電子對(duì)抗數(shù)字濾波技術(shù)，抗干擾能力極強(qiáng)，在千倍的干擾下依然能準(zhǔn)確測(cè)量微弱的異頻信號(hào)。同時(shí)使用了遙控接地控制裝置和遠(yuǎn)程光纖操作終端，能夠讓試驗(yàn)人員與高壓完全隔離。開發(fā)的DF7000系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量顯示，其能夠在強(qiáng)干擾的環(huán)境下對(duì)線路工頻參數(shù)進(jìn)行安全準(zhǔn)確測(cè)量。

線路參數(shù)；異頻法；千倍干擾；遙控接地

新建高壓線路在投入運(yùn)行之前，除了檢查線路的絕緣情況、核對(duì)相位外，還應(yīng)測(cè)量各種工頻參數(shù)值，作為計(jì)算系統(tǒng)短路電流、繼電保護(hù)整定、推算潮流分布和選擇合理運(yùn)行方式等工作的實(shí)際依據(jù)。

隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，線路架設(shè)日趨復(fù)雜，相同或者不同電壓等級(jí)的線路交叉跨越，線路的電壓等級(jí)不斷提高，直流輸電線路的建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，平行線路和線路換位逐漸增多，這對(duì)測(cè)試人員和測(cè)試儀器的安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，給線路參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量帶來強(qiáng)烈的干擾，使線路參數(shù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生很大的偏差，給線路保護(hù)整定依據(jù)的可靠性帶來風(fēng)險(xiǎn)[1-3]。

1 線路參數(shù)測(cè)量現(xiàn)狀

目前對(duì)線路參數(shù)的測(cè)量主要采用工頻法和異頻法2種。

傳統(tǒng)的工頻測(cè)量方法原理簡(jiǎn)單，但采用的測(cè)量表多，測(cè)試接線復(fù)雜[4]。在干擾較大時(shí)，為了提高測(cè)量的精度，需要使用大功率的調(diào)壓器和變壓器，這會(huì)增加設(shè)備的重量，給試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量帶來極大不便。在線路中干擾較大時(shí)測(cè)量零序阻抗，為了排除干擾的影響使用倒相測(cè)量，但往往不能保證倒相前后2次測(cè)試電流有效值相等，導(dǎo)致無法測(cè)量零序阻抗。

異頻測(cè)量法通過使用異頻信號(hào)源經(jīng)過隔離變壓器對(duì)輸電線路注入一個(gè)異頻的電壓電流(以53 Hz為例)，然后通過選頻表排除50 Hz干擾，提取出淹沒于50 Hz干擾中的微弱53 Hz電壓電流信號(hào)，從而得到53 Hz下的阻抗值Z53；同樣方法可得到47 Hz下的阻抗Z47，兩者取平均即可得到所需要的50 Hz工頻阻抗。

線路參數(shù)測(cè)量的過程中目前主要存在以下幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

a.工頻干擾。隨著電力建設(shè)的發(fā)展，電力線路的同桿架設(shè)和交叉跨越增多，導(dǎo)致輸電線路相互間的感應(yīng)電壓升高, 給線路參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量帶來強(qiáng)烈的工頻干擾。

b.直流干擾。隨著近年越來越多直流輸電工程的建設(shè)，有些現(xiàn)場(chǎng)也存在較大的直流干擾。大多測(cè)試系統(tǒng)完全不具備抗直流干擾能力，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)誤差很大或無法測(cè)量，這種情況已有多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際案例。

c.設(shè)備和人員安全。輸電線路上的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流對(duì)測(cè)試人員和測(cè)試儀器的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，防止感應(yīng)電壓傷及人身安全是線路參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的第一要義[5-6]。

2 異頻法對(duì)線路參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量

2.1 線路參數(shù)變頻測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)

異頻法理論上可避免工頻干擾帶來的問題，但最大的難點(diǎn)在于50 Hz干擾和47/53 Hz信號(hào)的頻率特性幾乎相同，難以濾除分離，如何排除比53 Hz信號(hào)大很多倍的50 Hz干擾并且準(zhǔn)確測(cè)量，要實(shí)現(xiàn)這一目的技術(shù)非常復(fù)雜，目前行業(yè)技術(shù)水平只能達(dá)到1～3倍的抗干擾能力。很多情況是抗干擾能力較弱的儀器在現(xiàn)場(chǎng)干擾下測(cè)量，可以得到數(shù)據(jù)，但這個(gè)數(shù)據(jù)與真實(shí)值到底偏差多少根本就無法判斷[7-8]。

隨著近年越來越多直流輸電工程的建設(shè)，并且直流線路的電壓等級(jí)一般都非常高，一些現(xiàn)場(chǎng)也存在較大的直流干擾。大多測(cè)試系統(tǒng)沒有考慮直流干擾的影響，完全不具備抗直流干擾能力，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)誤差很大或無法測(cè)量。

顯而易見，變頻線路參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)是具有在現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)烈干擾下仍能準(zhǔn)確測(cè)量的能力。所以，線路參數(shù)變頻測(cè)量系統(tǒng)的性能評(píng)判應(yīng)以在強(qiáng)干擾下能否準(zhǔn)確測(cè)量作為最核心的指標(biāo)。

2.2 模擬試驗(yàn)驗(yàn)證線路參數(shù)變頻測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力

由于系統(tǒng)抗干擾性能是系統(tǒng)唯一的核心指標(biāo)，也就是在50 Hz工頻干擾和直流干擾比異頻測(cè)試信號(hào)大很多倍情況下，設(shè)備仍能準(zhǔn)確測(cè)量其中微弱的異頻信號(hào)能力。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的抗干擾能力，可通過以下模擬試驗(yàn)來對(duì)線路參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.2.1 抗工頻電壓干擾性能測(cè)試

如圖1所示，在1 Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻上施加一個(gè)異頻信號(hào)(以53 Hz/1 A的電流為例)，工頻干擾源不通電，選頻電壓表測(cè)量的53 Hz電壓信號(hào)應(yīng)為1 V，這是無干擾下的測(cè)量。然后將工頻干擾源通電，此時(shí)選頻表電壓端子上的信號(hào)是50 Hz/100 V和53 Hz/1 V 2種電壓信號(hào)的混合，即50 Hz干擾比53 Hz信號(hào)大100倍。性能優(yōu)良的設(shè)備應(yīng)在50 Hz干擾比異頻信號(hào)(如53 Hz)強(qiáng)很多倍的情況下，仍能準(zhǔn)確測(cè)量其中的53 Hz信號(hào)。如果設(shè)備的抗干擾能力不行，則可能出現(xiàn)測(cè)量值不穩(wěn)定，測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，甚至無法測(cè)量的情況。

圖1 抗工頻電壓干擾模擬試驗(yàn)接線圖

2.2.2 抗工頻電流干擾性能測(cè)試

如圖2所示，儀器輸出0.1 A、53 Hz的異頻信號(hào)，工頻干擾源不通電，此時(shí)使用選頻電流表測(cè)量53 Hz的信號(hào)應(yīng)為0.1 A。然后將工頻干擾源通電，此時(shí)選頻表電流端子上的信號(hào)是50 Hz/3 A和53 Hz/0.1 A 2種電流信號(hào)的混合，50 Hz干擾比53 Hz信號(hào)大30倍。此時(shí)觀察被測(cè)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和重復(fù)性，從而判斷被測(cè)儀器的抗工頻電流干擾性能。

圖2 抗工頻電流干擾模擬試驗(yàn)接線圖

2.2.3 抗直流電壓干擾性能測(cè)試

如圖3所示，1 Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻上通過變頻信號(hào)源施加1個(gè)異頻信號(hào)(以53 Hz/1 A的電流為例)，直流干擾源不接入，選頻電壓表測(cè)量53 Hz的電壓應(yīng)為1 V。然后將直流干擾源接入(以9 V干電池為例)。此時(shí)選頻表電壓端子上的信號(hào)是直流/9 V和53 Hz/1 V 2種電壓信號(hào)的混合，即直流干擾比53 Hz信號(hào)大9倍。此時(shí)觀察被測(cè)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和重復(fù)性，從而判斷被測(cè)儀器的抗直流電壓干擾性能。

圖3 抗直流電壓干擾模擬試驗(yàn)接線圖

2.2.4 抗直流電流干擾性能測(cè)試

如圖4所示，儀器輸出0.1 A、53 Hz的異頻信號(hào)，直流干擾源不通電，此時(shí)使用選頻電流表測(cè)量53 Hz的信號(hào)應(yīng)為0.1 A。然后將直流干擾源通電，此時(shí)選頻表電壓端子上的信號(hào)是50 Hz/3 A和53 Hz/0.1 A 2種電流信號(hào)的混合，即50 Hz干擾比53 Hz信號(hào)大30倍。此時(shí)觀察被測(cè)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和重復(fù)性，從而判斷被測(cè)儀器的抗直流電流干擾性能。

圖4 抗直流電流干擾模擬試驗(yàn)接線圖

3 線路參數(shù)的安全測(cè)量

輸電線路工頻參數(shù)測(cè)量過程中除了注意一般的電氣安全外, 還有其特殊性。輸電線路上的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流對(duì)測(cè)試人員和測(cè)試儀器的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，防止感應(yīng)電壓傷及人身安全是線路參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的第一要義。

在試驗(yàn)過程中高壓對(duì)測(cè)試人員安全威脅主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

a.對(duì)接地開關(guān)的操作，由于在試驗(yàn)過程中三相測(cè)試連線經(jīng)過接地開關(guān)可靠接地后，才能將測(cè)試線連接到被測(cè)線路上，測(cè)量完畢后也需及時(shí)將接地開關(guān)閉合以確保安全。這樣在試驗(yàn)中測(cè)試人員需要直接對(duì)接地開關(guān)進(jìn)行操作，這樣線路中的高壓在操作隔離開關(guān)的過程中可能產(chǎn)生拉弧，危及測(cè)試人員的安全。

針對(duì)操作隔離開關(guān)過程中的安全隱患，DF7000系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)遙控接地保護(hù)裝置，通過遙控器可一鍵遙控測(cè)試線路接地或斷開接地，無需人工操作隔離開關(guān)，大大提高了操作人員的人身安全系數(shù)。并且在遙控裝置內(nèi)部完全采用硬件實(shí)現(xiàn)接地的通斷，保證接地的可靠性。

b.由于測(cè)試線連接到測(cè)試的儀器上，在測(cè)試人員操作儀器的過程中，可能由于感應(yīng)電壓過高而擊穿設(shè)備，這樣給試驗(yàn)操作人員和設(shè)備的安全造成威脅。

針對(duì)設(shè)備操作過程中可能發(fā)生的安全問題，DF7000系統(tǒng)的變頻信號(hào)源采用光纖連接的遙控裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，操作人員可在遙控裝置上對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以完全與高壓隔離，保證測(cè)試人員的安全。

4 結(jié)束語

在輸電線路工頻特性參數(shù)測(cè)量過程中，由于測(cè)試線路中存在很高的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，傳統(tǒng)的工頻法測(cè)量設(shè)備和抗干擾能力不強(qiáng)的異頻測(cè)量設(shè)備無法準(zhǔn)確測(cè)量。且目前在一些測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)也存在很大直流偏置，這樣要求系統(tǒng)能夠在直流干擾下測(cè)量出線路參數(shù)的真實(shí)準(zhǔn)確值。同時(shí)由于過高的感應(yīng)電壓，對(duì)試驗(yàn)人員安全也構(gòu)成很大的威脅。本文提出的DF7000特高壓輸電測(cè)量系統(tǒng)通過使用異頻法，同時(shí)采用抗千倍干擾的選頻測(cè)量技術(shù)，保證了在強(qiáng)烈的工頻干擾下對(duì)線路參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。

此外，高壓線路參數(shù)測(cè)試時(shí)存在高達(dá)數(shù)十kV的感應(yīng)電壓，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員安全構(gòu)成重大威脅。通過使用遙控接地控制裝置和光纖遠(yuǎn)程操作終端，能夠使試驗(yàn)人員與高壓完全隔離，保證了測(cè)試過程中測(cè)試人員的安全。

[1] 袁亮榮, 趙銀鳳, 李 龍, 等. 輸電線路參數(shù)異頻法量測(cè)原理適應(yīng)性研究[J]. 水電能源科學(xué), 2012,30 (4):159-163.

[2] 潘 卓, 張海泉, 張海波. 異頻法在線路參數(shù)測(cè)試中的應(yīng)用[J]. 電氣應(yīng)用, 2011,30 (9): 76-78.

[3] 湯建紅.高壓輸電線路參數(shù)測(cè)試方法的改進(jìn)[J].山東電力技術(shù),1997,24(3):70-73.

[4] 武存林.高壓線路零序阻抗測(cè)試方法的研究和改進(jìn)[J].山西電力技術(shù),1997,17(3):14-17.

[5] 周大東, 王東燁, 凌立平. 超高壓輸電線路參數(shù)變頻測(cè)量技術(shù)的研究和應(yīng)用[J]. 東北電力技術(shù), 2012, 33(10): 31-34.

[6] 盧德銀, 吳尊東, 陳欣華. 輸電線路工頻參數(shù)變頻法測(cè)量的分析[J]. 高電壓技術(shù), 2008, 34(6): 1 295-1 297.

[7] 傅晨釗, 肖 嶸, 司文榮. 平行線路工頻參數(shù)測(cè)試方法研究[J]. 華東電力, 2011, 39(3): 405-408.

[8] 張志鋒, 胡 燕, 蘇 磊. 新型輸電線路特征參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的研制[J]. 儀器儀表用戶, 2006, 13(6): 37-39.

Different Frequency Method Accurately Measure Parameters Under Strong Interference of UHV Transmission Lines

WANG Dongye1,WU Chuanxi2,WEI Defu1,SHAO Jiankang3

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China; 2. State Grid Benxi Power Supply Company,Benxi，Liaoning 117000，China; 3. Shanghai Dafan Power Equipment Co.，Ltd.，Shanghai 201109，China)

In transmission line parameters measurement process because of the strong mutual inductance between the lines，there is a high induced voltage and current test circuit,safe and accurate measurement of line parameters to a great deal of problems.This paper proposes the use of strong anti-frequency measurements by using different frequency measurement,with the whole world leading military electronic warfare digital filtering technology，anti-interference ability，the interference of a thousand still can accurately measure the slight differences pilot signal. While using there mote ground control unit and remote fiber terminal，it allowing laboratory personnel and high pressure completely isolated.DF7000 system developed by field measurements show that is capable of strong interference in the environment of transmission line parameters are safe and accurate measurement.

line parameters; different frequency method;thousand fold interference;remote ground

TM75

A

1004-7913(2017)04-0024-03

王東燁(1967)，男，碩士，高級(jí)工程師，從事過電壓、接地、防雷、電力電纜的試驗(yàn)研究。

2017-02-07)