CN101706533A - 一种利用线路末端电流的输电线路零序阻抗参数测量方法 - Google Patents

Abstract

一种互感线路零序阻抗参数测量方法，将被测的两条互感线路停电，两线路分别编号为线路一和线路二；将线路一的末端三相短接后接地，首端三相短接；将线路二的末端三相短接后接地，首端三相短接；然后分别测量线路一和线路二的零序电压和零序电流。利用GPS技术，实现同步采样，获得两互感线路的零序电压数据和零序电流数据；计算出与注入零序电流频率对应的各零序电压和零序电流的幅值和相位；再通过计算得到线路一的零序自阻抗以及线路一与线路二之间的零序互阻抗。本发明计及了互感线路上的分布电容对测量结果的影响，从而大大提高了互感线路零序阻抗参数的测量精度。

Description

一种利用线路末端电流的输电线路零序阻抗参数测量方法

技术领域

本发明属于电力系统输电线路参数测量技术领域，特别是涉及一种互感线路零序阻抗参数测量的方法。

背景技术

随着电力系统规模的发展，发电厂(变电站)出线增多，互感线路越来越多。

含互感线路的零序阻抗会影响到线路故障状态，特别是影响零序电流的大小，对零序电流保护的影响极大；由于互感线路的零序阻抗受到很多因素的影响，线路走向、零序电流流经区域的接地电阻率等；理论计算值无法满足继电保护整定值计算的精度要求，如采用计算值作为整定计算的依据，会使保护在系统故障时产生拒动或误动，这直接威胁到系统的安全与稳定运行；因此，在中华人民共和国电力行业标准中，《220kV-500kV电网继电保护运行规程(DL/T559-94，1995-05-01实施)》中关于继电保护整定的规定指出：架空线路和电缆的零序阻抗、其它对继电保护影响较大的参数应使用实测值。

传统的确定输电线路零序参数的方法有公式计算法和停电测量法；由于计算公式中涉及到大地电阻率等不确切参数，因此公式计算结果是不准确的。

到目前为止，现有的测量方在测量互感线路的零序阻抗参数时，不管是基于工频原理的测量方法，还是异频原理的测量方法，均只采用线路首端的零序电流进行计算，忽略了线路分布电容对测量的影响，在线路较短时，如50公里以下，现有测量方法可基本满足测量精度的要求。但当线路较长时，如超过50公里时，现有测量方法的测量误差将随测量线路长度的增加而显著增加。研究表明：对300公里长的输电线路，采用现有的测量方法测量输电线路的零序自阻抗时的测量误差在8％左右，而零序互阻抗的测量误差更高达15％。

随着超高压和特高压输电线路的发展，数百公里长的输电线路越来越多，现有测量方法显然无法满足输电线路参数测量的需要。因此，寻求一种新互感线路零序阻抗参数测量方法，是电力系统运行部门所急需的，不仅具有重要的理论价值，而且具有很大的经济与社会效益。

发明内容

本发明的目的在于克服现有测量方法测量互感线路零序阻抗参数的不足，提出了一种互感线路零序阻抗测量方法，实现对互感线路零序阻抗参数的准确测量。

本发明提供的技术方案是：一种利用线路末端电流的互感线路零序阻抗参数测量方法，包括以下步骤：

(一)通过下述测量方式来得到供测量计算用的零序电压和零序电流：

将被测的两条互感线路停电，两线路分别编号为线路一和线路二；将线路一的末端三相短接后接地，首端三相短接；将线路二的末端三相短接后接地，首端三相短接；然后分别测量线路一和线路二的零序电压和零序电流；

测量线路一的零序电压和零序电流：在线路一首端注入工频零序电流或异频零序电流，测量线路一首端的零序电压和线路一末端的零序电流，同时测量线路二首端的零序电压；

测量线路二的零序电压和零序电流：在线路二首端注入工频电流或异频电流，测量线路二首端的零序电压和线路二末端的零序电流，同时测量线路一首端的的零序电压。

如果只需测量线路的零序自阻抗，则只需将被测线路停电。测量该停电线路首端的零序电压和末端的零序电流。

(二)利用GPS技术，实现对上述两互感线路上零序电压和零序电流的同步采样，获取互感线路上的零序电流和零序电压数据：

利用全球卫星定位系统的授时功能，获得误差小于1微秒的时间基准，在GPS时间同步下，同时采集两互感线路中的零序电流以及零序电压，并将采集的数据以文件的方式存入数据采集装置中；

(三)测量完成后，将各测量点的测量数据汇总到计算机中；

(四)该计算机在得到两互感线路的零序电流和零序电压数据后，采用下面的方法来计算互感线路的零序阻抗参数：

采用公式(1)计算两互感线路的零序自阻抗：

$Z_{\mathrm{ii}}=r_{\mathrm{ii}}+{\mathrm{jx}}_{\mathrm{ii}}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_i}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{qi}}}$ i＝1，2                            (1)

采用公式(2)计算两互感线路之间的零序互阻抗：

$Z_{\mathrm{ik}}=r_{\mathrm{ik}}+{\mathrm{jx}}_{\mathrm{ik}}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_k}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{qi}}}$ i，k＝1，2，i≠k                   (2)

(1)和(2)式中，Z_ii＝r_ii+jx_ii为第i条互感线路零序自阻抗，r_ii为自电阻分量，x_ii为自电抗分量，i＝1，2；Z_ik＝r_ik+jx_ik为第i条互感线路与第k条互感线路之间零序互阻抗，r_ik为互电阻分量，x_ik为互电抗分量，i，k＝1，2，i≠k；和

为第i条互感线路加压时首末两端的零序电流相量，

和

分别为第i条互感线路加压时首末两端的零序电压相量，

为第i条互感线路上的零序电压降相量；因为测量时两互感线路末端均三相短接接地，

因此

i＝1，2；

是互感线路k上的零序电压；

对同步数据采集装置采集的零序电流和零序电压，采用傅立叶算法得到与注入电流频率对应的零序电流相量和零序电压相量；在计算各相量时，所选用的数据必须是在GPS时间同步下同一采样时刻所采集的数据。

上述步骤(一)中在线路一或线路二首端注入零序电流的频率为50Hz工频频率。

上述步骤(一)中在线路一或线路二首端注入零序电流的频率为异频频率；异频频率为40Hz至60Hz；通过下述方法将步骤(四)中用公式(1)和公式(2)计算出的零序阻抗修正为50Hz工频下的零序阻抗：将x_ii和x_ik分别用公式(3)和(4)进行修正，而r_ii和r_ik保持不变；

i＝1，2；                   (3)

i＝1，2，k＝1，2，i≠k；    (4)

(3)式和(4)式中，f_异频是异频电源的频率，单位为赫兹。

上述步骤(二)中的数据采集的时间在注入电流后采集1秒以上的数据；为提高测量精度，数据采样率在40点/周以上。

上述步骤(四)中在计算各相量时，取1个周波以上的采样数据，先用傅立叶算法计算出每个周期数据的幅值和相位，然后分别计算幅值和相位的平均值，再将由平均值得到电压相量值和电流的相量值代入公式(1)和(2)进行计算。

(1)式、(2)式、(3)式和(4)式是本发明提出的互感线路零序阻抗测量新方法的理论依据。

本发明方法的特点是：

1.本发明既可用于互感线路零序阻抗参数的测量，也适合于没有互感的单条输电线路零序阻抗参数的测量。

2.在有工频干扰的情况下，如被测量的线路旁还有其它运行的互感线路，由于某些原因不能全部停电，因而会对被测量线路造成干扰。为了克服干扰，本发明采用异频法，克服了被测系统中的工频干扰对测量结果的影响，大大提高了测量精度。

3.本发明方法通过测量互感线路末端的零序电流，计及了线路上零序分布电容对测量结果的影响，从而大大提高了线路零序阻抗参数的测量精度。

4.本发明利用GPS技术解决了异地信号测量的同时性问题。

5.线路较长时，如对长度为300公里的线路，本发明方法的测量零序自阻抗的误差在1.3％以下，而传统方法的测量零序自阻抗的误差在7.6％以上，本发明方法的测量精度比传统方法的测量精度提高了近6倍。

附图说明

图1是用相量符号表示的互感线路示意图。

图2是两条有互感线路进行零序阻抗测量时的接线示意图。

具体的实施方式：

如附图1所示，Z_ii＝r_ii+jx_ii为第i条线路的零序自阻抗，i＝1，2；Z_ik＝r_ik+jx_ik为第i条线路与第k条线路之间的零序互阻抗，i，k＝1，2 i≠k；

和

为第i条线路首末两端的零序电流相量，i＝1，2，

和

分别为第i条线路的首末两端的零序电压相量，i＝1，2。

先将被测的两条互感线路停电，编号分别为线路一和线路二，将线路一的末端三相短接后接地，首端三相短接后注入零序电流；将线路二的末端三相短接后接地，首端三相短接；在线路一上注入零序电流，可注入工频电流或异频电流，视被测线路是否存在工频干扰而定.如果被测线路上不存在工频干扰，则既可用工频电源，也可加异频电源.如果存在工频干扰，则优先考虑加异频电源.为了不与50Hz工频频率相差太大，异频电流的频率可选择为40Hz至60Hz之间的非工频频率，例如45Hz，55Hz等.

测量线路一上的零序电压和线路一两端的零序电流，同时测量线路二首端的零序感应电压；如图2所示。图2中，Z_ii＝r_ii+jx_ii为第i条线路的零序自阻抗，i＝1，2；Z₁₂＝r₁₂+jx₁₂为第1条线路与第2条线路之间的零序互阻抗；

和

为第1条线路首末两端的零序电流相量，和

分别为第1条线路的首末两端的零序电压相量，

为第2条线路的首末两端的零序感应电压相量。GPS同步数据采集系统A采集线路一首端的零序电压和零序电流，GPS同步数据采集系统B采集线路一末端的零序电流，GPS同步数据采集系统C采集线路二首端的零序感应电压。在全球卫星定位系统GPS时间同步下，同时测量互感线路中各线路两端的零序电流以及各线路两端的零序电压。

与以上方法类似，再在线路二上注入零序电流，测量线路二首端的零序电压和线路二两端的零序电流，同时测量线路一首端的零序感应电压。

对同步数据采集系统A、B和C采集的零序电流和零序电压数据，采用傅立叶算法来得到与加压电源频率对应的零序电流相量和零序电压相量；

如果注入的是工频零序电流，则将零序电流相量和零序电压相量，代入(1)式和(2)式中，可求出50Hz工频下互感线路的零序阻抗参数。

如果注入的是异频零序电流，则先用(1)式和(2)式，求出互感线路的零序阻抗参数，再利用(3)式和(4)式进行修正，得到修正后的50Hz工频下互感线路的零序阻抗参数。

本发明步骤(二)中的数据采集的时间在加压后采集1秒以上的数据；为提高测量精度，数据采样率应在40点/周以上。

本发明步骤(四)中在计算各相量时，建议至少取1个周波以上的采样数据，先用傅立叶算法计算出每个周期数据的幅值和相位，然后分别计算幅值的平均值和相位的平均值，再将由平均值得到电压相量值和电流相量值代入公式(1)和(2)进行计算。

如果只需测量线路的零序自阻抗，则只需将被测线路停电。按上述方法(不涉及互阻抗的相关内容)可得到需测量线路的零序自阻抗。在此情形下，可适用任何输电线路零序自阻抗的测量。

Claims (10)

1.一种利用线路末端电流的互感线路零序阻抗参数测量方法，包括以下步骤：

(一)通过下述测量方式来得到供测量计算用的零序电压和零序电流：

将被测的两条互感线路停电，两线路分别编号为线路一和线路二；将线路一的末端三相短接后接地，首端三相短接；将线路二的末端三相短接后接地，首端三相短接；然后分别测量线路一和线路二的零序电压和零序电流；

测量线路一的零序电压和零序电流：在线路一首端注入工频零序电流或异频零序电流，测量线路一首端的零序电压和线路一末端的零序电流，同时测量线路二首端的零序电压；

测量线路二的零序电压和零序电流：在线路二首端注入工频电流或异频电流，测量线路二首端的零序电压和线路二末端的零序电流，同时测量线路一首端的的零序电压；

(二)利用GPS技术，实现对两互感线路上零序电压和零序电流的同步采样，获取互感线路上的零序电流和零序电压数据：

利用全球卫星定位系统的授时功能，获得误差小于1微秒的时间基准，在GPS时间同步下，同时采集两互感线路中的零序电流以及零序电压，并将采集的数据以文件的方式存入数据采集装置中；

(三)测量完成后，将各测量点的测量数据汇总到计算机中；

(四)该计算机在得到两互感线路的零序电流和零序电压数据后，采用下面的方法来计算互感线路的零序阻抗：

采用公式(1)计算两互感线路的零序自阻抗：

$Z_{\mathrm{ii}}=r_{\mathrm{ii}}+j{x}_{\mathrm{ii}}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_i}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{qi}}},i=\mathrm{1,2}---\left(1\right)$

采用公式(2)计算两互感线路之间的零序互阻抗：

$Z_{\mathrm{ik}}=r_{\mathrm{ik}}+j{x}_{\mathrm{jk}}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_k}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{qi}}},i,k=\mathrm{1,2},i\≠k---\left(2\right)$

(1)和(2)式中，Z_ii＝r_ii+jx_ii为第i条互感线路零序自阻抗，r_ii为自电阻分量，x_ii为自电抗分量，i＝1，2；Z_ik＝r_ik+jx_ik征为第i条互感线路与第k条互感线路之间零序互阻抗，r_ik为互电阻分量，x_ik为互电抗分量，i，k＝1，2，i≠k；

为第i条互感线路加压时末端的零序电流相量，

和

分别为第i条互感线路加压时首末两端的零序电压相量，

为第i条互感线路上的零序电压降相量；因为测量时两互感线路末端均三相短接接地，

因此

i＝1，2；

是互感线路k上的零序电压；

对同步数据采集装置采集的零序电流和零序电压，采用傅立叶算法得到与注入电流频率对应的零序电流相量和零序电压相量；在计算各相量时，所选用的数据必须是在GPS同步下同一采样时刻所采集的数据。

2.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：步骤(一)中在线路一或线路二首端注入零序电流的频率为50Hz工频频率。

3.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：步骤(一)中在线路一或线路二首端注入零序电流的频率为异频频率；异频频率为40Hz至60Hz；通过下述方法将步骤(四)中用公式(1)和公式(2)计算出的零序阻抗修正为50Hz工频下的零序阻抗：将x_ii和x_ik分别用公式(3)和(4)进行修正，而r_ii和r_ik保持不变；

(3)式和(4)式中，f_异频是异频电源的频率，单位为赫兹。

4.根据权利要求1或2或3所述测量方法，其特征在于：步骤(二)中的数据采集的时间在注入电流后采集1秒以上的数据；数据采样率在40点/周以上。

5.根据权利要求1或2或3所述测量方法，其特征在于：步骤(四)中在计算各相量时，取1个周波以上的采样数据，先用傅立叶算法计算出每个周期数据的幅值和相位，然后分别计算幅值的平均值和相位的平均值，再将由平均值得到电压相量值和电流相量值代入公式(1)和(2)进行计算。

6.一种利用线路末端电流的输电线路零序自阻抗参数测量方法，包括以下步骤：

(一)通过下述测量方式来得到供测量计算用的零序电压和零序电流：

将所需测量的零序自阻抗线路停电，将停电线路的末端三相短接后接地，首端三相短接后注入工频零序电流或异频零序电流，测量该停电线路首端的零序电压和末端的零序电流；

(二)利用GPS技术，实现对输电线路上零序电压和零序电流的同步采样，获取互感线路上的零序电流和零序电压数据：

利用全球卫星定位系统的授时功能，获得误差小于1微秒的时间基准，在GPS时间同步下，同时采集输电线路中的零序电流以及零序电压，并将采集的数据以文件的方式存入数据采集装置中；

(三)测量完成后，将各测量点的测量数据汇总到计算机中；

(四)该计算机在得到输电线路的零序电流和零序电压数据后，采用下面的方法来计算输电线路的零序自阻抗：

采用公式(1)计算互感线路的零序自阻抗：

$Z_{\mathrm{ii}}=r_{\mathrm{ii}}+j{x}_{\mathrm{ii}}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_i}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{qi}}},i=\mathrm{1,2}---\left(1\right)$

(1)式中，Z_ii＝r_ii+jx_ii为第i条输电线路零序自阻抗，r_ii为自电阻分量，x_ii为自电抗分量，i＝1，2；为第i条输电线路加压时末端的零序电流相量，

和

分别为第i条输电线路加压时首末两端的零序电压相量，

为第i条输电线路上的零序电压降相量；因为因此

对同步数据采集装置采集的零序电流和零序电压，采用傅立叶算法得到与注入电流频率对应的零序电流相量和零序电压相量；在计算各相量时，所选用的数据必须是在GPS同步下同一采样时刻所采集的数据。

7.根据权利要求6所述测量方法，其特征在于：步骤(一)中在停电线路首端注入零序电流的频率为50Hz工频频率.

8.根据权利要求6所述测量方法，其特征在于：步骤(一)中在停电线路首端注入零序电流的频率为异频频率；异频频率为40Hz至60Hz；通过下述方法将步骤(四)中用公式(1)计算出的零序阻抗修正为50Hz工频下的零序阻抗：将x_ii用公式(3进行修正，而r_ii保持不变；

(3)式式中，f_异频是异频电源的频率，单位为赫兹。

9.根据权利要求6或7或8所述测量方法，其特征在于：步骤(二)中的数据采集的时间在注入电流后采集1秒以上的数据；数据采样率在40点/周以上。

10.根据权利要求6或7或8所述测量方法，其特征在于：步骤(四)中在计算各相量时，取1个周波以上的采样数据，先用傅立叶算法计算出每个周期数据的幅值和相位，然后分别计算幅值的平均值和相位的平均值，再将由平均值得到电压相量值和电流相量值代入公式(1)进行计算。

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