CN102184656A - 输电线路工频参数模拟系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及输电线路工频参数模拟系统及其控制方法，系统包括模拟主线路、干扰电源和程序控制器；系统采用集中参数的方式模拟出10-100km的500kV输电线路工频分布参数，其控制方法步骤包括：开机自动回零检测步骤、减短模拟线路长度控制步骤、模拟干扰电压控制步骤；本发明的有益效果是:建立了模拟输电线路工频参数测试的系统，实现了将长距离输电线路搬至室内试验，避免了现场测量的诸多不便，该系统通过程序控制器对信号的采集分析，实现了对模拟输电线路的智能控制；实现了在实验室对线路工频参数的安全可靠测试与试验，为学员提供了可靠的培训设备，可检验试验仪器的抗干扰能力，该套系统能适应国内现有大多数厂家生产的线路参数测试仪。

Description

输电线路工频参数模拟系统及其控制方法

技术领域

本发明属于输变电测试，特别涉及一种输电线路工频参数模拟系统及其控制方法，该系统及控制方法是模拟实际线路的工频参数，实现在实验室对实际线路的分析测试。

背景技术

对于输电线路的参数测试通常需要线路停电进行实地测试，此种方式的测试对于使用各种仪器培训测试人员极为不方便，容易发生安全事故，并且不能提前检验到测试仪器的抗干扰能力，抗干扰能力差的仪器测试结果将不准确。

发明内容

本发明的目的是提出一种输电线路工频参数模拟系统及其控制方法技术方案，该方案采用集中参数的方式模拟出10-100km 的500kV输电线路工频分布参数，如：导线电阻、电感、电容（对地电容和相间电容）、干扰电压等，用于线路工频参数测试及培训，且能适应国内现有大多数厂家生产的线路参数测试仪。

为了实现上述目的，本发明技术方案是这样实现的：

一种输电线路工频参数模拟系统，包括模拟主线路、干扰电源和程序控制器；所述模拟主线路包括三相各自独立的电动调压器、三个单相变压器，所述三个单相变压器输入分别对应连接三相各自独立的电动调压器的输出；所述干扰电源包括三相电动调压器、三相变压器，所述三相变压器输出的三相电压各不相等，所述三相电动调压器输出与所述三相变压器输入连接；所述三个单相变压器输出分别设置有电压、电流信号传感器，所述三相变压器的三相输出分别设置有电压信号传感器，所述三相各自独立的电动调压器和所述三相电动调压器分别设置有复位信号传感器，所述各信号传感器分别连接至程序控制器的信号采集端，程序控制器的控制输出连接至三相各自独立的电动调压器和三相电动调压器的控制输入；所述模拟主线路的三个单相变压器的三相输出分别连接π型阻抗电路，所述π型阻抗电路前臂和后臂分别是相间电容和对地电容、中间是相互串接的电阻和电感，所述的相间电容通过相间开关实现电容相间连接，所述对地电容通过接地开关实现电容与地连接，与所述相互串接的电阻和电感並接有短路开关，所述前臂与三个单相变压器输出的连接端称为三个单相变压器输出初端，所述后臂称为输出末端；所述输出末端设置有三相短路开关，所述三相短路开关的短路点与地之间设置有接地回路电阻和解耦电感，所述接地回路电阻和解耦电感串联，接地回路电阻一端接地，与接地回路电阻並联接有电阻短路开关,与解耦电感並连接有解耦电感短路开关；所述干扰电源的三相变压器输出的三相电压分别通过开关和耦合电容连接至模拟主线路三个单相变压器三相输出所对应的输出初端。

所述π型阻抗电路是多路，多路π型阻抗电路相互串联；所述接地回路电阻是多路，多路接地回路电阻相互串联，每一路接地回路电阻並联接有电阻短路开关；所述解耦电感是多路，多路解耦电感相互串联，每一路解耦电感並连接有解耦电感短路开关。

所述耦合电容的电容值是22毫微法拉至100毫微法拉。

所述模拟主线路是500kV输电模拟线路，所述三相各自独立的电动调压器电压是在0至500V的范围；所述干扰电源是0至500V，所述干扰电源三相变压器输出的三相电压通过开关分为三组输出，三组输出通过三组耦合电容连接至三个单相变压器三相输出所对应的输出初端，三组耦合电容分别是22毫微法拉、44毫微法拉和100毫微法拉。

所述多路π型阻抗电路分别是10公里、20公里、30公里、40公里π型阻抗电路，所述多路接地回路电阻分别是10公里、20公里、30公里、40公里接地回路电阻，所述多路解耦电感分别是10公里、20公里、30公里、40公里解耦电感。

所述电动调压器的调压电机与模拟主线路和干扰电源分开电源供电。

一种输电线路工频参数模拟系统控制方法，包括上述的一种输电线路工频参数模拟系统，所述π型阻抗电路分别是10公里、20公里、30公里、40公里π型阻抗电路，所述接地回路电阻分别是10公里、20公里、30公里、40公里接地回路电阻，所述解耦电感分别是10公里、20公里、30公里、40公里解耦电感，对应上述参数设有10公里、20公里、30公里、40公里模拟线路电压；其控制方法步骤包括：开机自动回零检测步骤、减短模拟线路长度控制步骤、模拟干扰电压控制步骤；

所述开机自动回零检测步骤是：开机检测各调压器的零位状态，并将不在零位的调压器自动回零；

所述减短模拟线路长度控制步骤是：当减短线路长度参数时，首先是将电压减至对应模拟线路长度的电压，然后将参数改变到对应线路长度的参数；

所述模拟干扰电压控制步骤是：当需要对模拟线路加入干扰电压时，先打开“干扰电源”电源，将模拟线路长度切换到最高线路长度档，进行干扰电压输出的升降压调节到所需的干扰电压，加入干扰电压到模拟线路相线上。

本发明的有益效果是:避免了了传统输电线路参数现场测试的线路停电需要，通过程序控制器对信号的采集分析，实现了对模拟输电线路的智能控制；在实验室简单的实现各种线路参数测试与试验，并可检验试验仪器的抗干扰能力。

下面结合附图和实施例对本发明做一详细描述。

附图说明

图1为本发明控制系统电源电路示意图；

图2为本发明控制系统四路参数接入电路示意图。

具体实施方式

实施例1，

一种输电线路工频参数模拟系统实施例，参见图1和图2，所述系统包括模拟主线路1、干扰电源2和程序控制器3；所述模拟主线路包括三相各自独立的电动调压器1-1、三个单相变压器1-2，所述三个单相变压器输入分别对应连接三相各自独立的电动调压器的输出；所述干扰电源包括三相电动调压器2-1、三相变压器2-2，所述三相变压器输出的三相电压各不相等，所述三相电动调压器输出与所述三相变压器输入连接；所述三个单相变压器输出分别设置有电压传感器1-3、电流信号传感器1-4，所述三相变压器的三相输出分别设置有电压信号传感器2-3，所述三相各自独立的电动调压器和所述三相电动调压器分别设置有复位信号传感器，所述各信号传感器分别连接至程序控制器的信号采集端，程序控制器的控制输出连接至三相各自独立的电动调压器和三相电动调压器的控制输入控制驱动电机M和MA、MB和MC；所述模拟主线路的三个单相变压器的三相输出分别连接π型阻抗电路，所述π型阻抗电路前臂和后臂分别是相间电容C1和对地电容C2、中间是相互串接的电阻R1和电感L1，所述的相间电容通过相间开关K1实现电容相间连接，所述对地电容通过接地开关K2实现电容与地连接，与所述相互串接的电阻和电感並接有短路开关K3，所述前臂与三个单相变压器输出的连接端称为三个单相变压器输出初端4，所述后臂称为输出末端5；所述输出末端设置有三相短路开关6，所述三相短路开关的短路点与地之间设置有接地回路电阻R2和解耦电感L2，所述接地回路电阻和解耦电感串联，接地回路电阻一端接地，与接地回路电阻並联接有电阻短路开关K4,与解耦电感並连接有解耦电感短路开关K5；所述干扰电源的三相变压器输出的三相电压分别通过开关K6和耦合电容C3连接至模拟主线路三个单相变压器三相输出所对应的输出初端。

其中，π型阻抗电路的电容、电阻和电感是根据所模拟的线路长度的等制电路计算得出，为了模拟不同长度的线路的阻抗，所述π型阻抗电路分为多路，多路π型阻抗电路相互串联（其中的多路的相间电容和多路的对地电容相互是並接的，中间的多路电阻电感是串接的）；所述接地回路电阻是多路，多路接地回路电阻相互串联，每一路接地回路电阻並联接有电阻短路开关；所述解耦电感是多路，多路解耦电感相互串联，每一路解耦电感並连接有解耦电感短路开关。

为了限制干扰电压接入时不会产生大电流，所述耦合电容的电容值选择在22毫微法拉（nF）至100毫微法拉（nF）。

其中，当测量线路正序阻抗和零序阻抗时，末端接地，忽略电阻，三相线路每相有自感，相与相之间有互感，由于π型阻抗电路使用集中参数代替分布参数，使用集中电感，各相之间没有互感的关系，电路中也很难实现，为了使模拟线路的电感接近实际电感，模拟线路参数更准确，根据电路原理，在模拟线路末端加入了解耦电感，接入了解耦电感后各相自感发生了变化，使得测量的结果跟接近实际电路，这些参数我们可以通过实测和计算得到。

本实施例所述模拟主线路是500kV输电线路，其三相各自独立的电动调压器模拟电压是在0至500V的范围调整；另外所述干扰电源是在0至500V之间调整，如图2所示，所述干扰电源三相变压器输出的三相电压通过开关分为三组输出，三组输出通过三组耦合电容连接至三个单相变压器输出所对应的输出初端，三组耦合电容分别是22毫微法拉、44毫微法拉和100毫微法拉。

图2中显示的所述多路π型阻抗电路分别是10公里、20公里、30公里、40公里π型阻抗电路，所述多路接地回路电阻分别是10公里、20公里、30公里、40公里接地回路电阻，所述多路解耦电感分别是10公里、20公里、30公里、40公里解耦电感。上述参数的数值通过等值电路可以计算出来；四个相间电容C1分别对应是0.01、0.02、0.03、0.04微法拉；四个对地电容C2分别对应是0.015、0.03、0.045、0.06微法拉；四个电阻R1分别对应是0.15、0.3、0.45、0.6欧姆；四个电感L1分别对应是8.9、17.8、26.7、35.6毫亨；四个接地回路电阻R2分别对应是0.5、1.0、1.5、2.0欧姆。

为了能够在模拟主线路和干扰电源断电时调压器回零，因此所述电动调压器的调压电机与模拟主线路和干扰电源分开电源供电。

实施例2，

一种输电线路工频参数模拟系统控制方法，包括实施例1上述的一种输电线路工频参数模拟系统，所述π型阻抗电路分别是10公里、20公里、30公里、40公里π型阻抗电路，所述接地回路电阻分别是10公里、20公里、30公里、40公里接地回路电阻，所述解耦电感分别是10公里、20公里、30公里、40公里解耦电感，对应上述参数设有10公里、20公里、30公里、40公里模拟线路电压；其控制方法步骤包括：开机自动回零检测步骤、减短模拟线路长度控制步骤、模拟干扰电压控制步骤；

所述开机自动回零检测步骤是：开机检测各调压器的零位状态，并将不在零位的调压器自动回零；

所述减短模拟线路长度控制步骤是：当减短线路长度参数时，首先是将电压减至对应模拟线路长度的电压，然后将参数改变到对应线路长度的参数；

所述模拟干扰电压控制步骤是：当需要对模拟线路加入干扰电压时，先打开“干扰电源”电源，将模拟线路长度切换到任意线路长度档，进行干扰电压输出的升降压调节到所需的干扰电压，加入干扰电压到模拟线路相线上。

所述的各参数对应模拟的线路长度的的电压值分别是10公里：30V，20公里：60V，30公里：90V，40公里：120V，50公里：150V，60公里：180V，70公里：210V，80公里：240V，90公里：270V，100公里：300V。

上述实施例1和实施例2是用集中参数的方式模拟出500kV输电线路的分布参数,将100公里长度的线路通过四组参数组合可以划分成10等分，在加入模拟电源的同时叠加入干扰电源，模拟线路工频参数测试时线路上的感应电压，干扰电源将对工频参数测试仪测量时产生影响，因此通过这套系统可检测工频参数测试仪抗干扰电源的能力以及干扰电源对测试结果准确度的影响。

理论上，输电线路就是对称的无源二端口网络，并可用对称的等值电路来表示，一般有π型和T型两种电路均可作为输电线的等值电路，在工程中，既要保证必要的精度，又要尽可能的简化计算，采用近似参数时，对长度不超过300km的线路用一个π型电路来代替更为准确，对于更长的线路，则可用串级联接的多个π型电路来模似。

因此，本发明使用输电线路的集中参数π型电路代替了其分布参数特征，线路全长100公里。该π型电路前后为相间电容和对地电容，中间为电阻和电感，通过调节电阻、电感、电容的大小表示不同长度的线路（长度有10公里、20公里……100公里,共10种不同长度），调节参数切换电路时，可将相间电容、对地电容和电阻、电感同时切换入相同线路长度时的参数，为保证π型电路的准确性，测零序阻抗时同时切入相应长度的地回路阻抗。测量阻抗时，末端增加了电感L2，此电感是将三相线路解耦后形成集中参数时，末端需要增加的一个电感，此电感可以通过计算获得。切换10等份100公里线路长度时采用二进制组合方式，1、2、3、4组合方式，可以手动步进式组合方式，即当需要减少线路长度时可以由内部软件智能化判断组合方式。

线路工频参数测试时，可能从附近运行的线路或设备上感应较高的电压，此电压对测试人员的安全和测试数据的准确度都会有影响。此感应电压主要包括电容耦合感应电压和电磁耦合感应电压，根据干扰线路电压等级和耦合紧密情况的不同，干扰电压值从几百伏到十几千伏不等。本系统加入了模拟电容耦合感应电压，将干扰电源与测试电源叠加，模拟对测试回路的影响。

干扰电压由调压器经隔离变和电容切入，利用电容耦合的原理加入测试回路，本实施例有三条干扰源，可以切入任意一条干扰源，主要区别在于耦合电容大小不相同，耦合能量不相同，因此耦合至线路的电压不同，干扰效果也不相同；每条干扰源中每相干扰电压不相同，由电容前端的调压器同步调节，保证耦合到线路的电压三相不一致，从而实现对测量回路的模拟干扰作用，做任意长度线路的各种参数时均可以切入干扰电压。当试验进行时，由于采用电容耦合的方式，因此回路电源和干扰电源不需要相位同步就可切入干扰。耦合电容的选择，需要限制通过该电容的电流大小，此电流不大于150mA，因此选择电容时需足够小，要小于150nF，其容抗足够大以便限制通过电容的电流， 通过计算我们选择了电容22nF、44nF、100nF。三相同步可调干扰电源隔离输出：A相0-200V；B相0-300V；C相0-500V。

打开“干扰电源”时，系统自动切换到最高线路长度档，点按干扰一，二或三之一，干扰灯闪亮时，长按干扰升或降压按钮，调节干扰到模拟线路上的电压值，再点按闪亮按钮灯，常亮时切入相应干扰电压。

打开“调压电源”后，“同步调压”时，长按任一相电压升或降压按钮，各相模拟线路电压同时调节；“独立调压”时，长按任一相电压升或降压按钮，对应相模拟线路电压独立调节。二者可以互相切换控制。

实施例开机默认为最长档位，如100公里，即10+20+30+40= 100公里，当用户想减短线路长度时，系统会先自动降压，再切至当前线路长度档，以免直接切换到低长度档时电流过大，当独立调压时，系统将各相电压先降至相等的自动降压值，然后用户再进行独立调压相关试验。在使用调压电源加长模拟线路长度时，系统不会自动调压。

当需要对模拟线路加入干扰电压时，先点按“干扰电源”打开电源，此时系统自动将模拟线路长度切换到最高线路长度档，如100公里档。点按干扰类型一，二或三，此时相应干扰灯闪亮，用户须先进行干扰电压输出的升降压调节，直到调到合适的干扰电压，然后将干扰电压叠加到模拟线路相线上。

本系统调压方式有二种：同步调压和独立调压，在调压过程中可以互相切换，只有在使用“调压电源”时才这二种调压方式才有效。默认状态下，在同步调压时，按任意ABC升压按钮时，三相电压同步升压；按任意ABC降压按钮时，三相电压同步降压；松开升降压按钮时停止升降压。当切换到独立调压时，按A相升降压按钮，则A相调压器升降压输出，其它调压器不动作；按B或C相时也相应动作，三者不会互相干扰，但如果升压过高，系统有可能会过流保护。如果是先独立调压后同步调压，则同步升压时，系统先升压到三相中最高的一相的电压，然后三个调压器再一起升压；而同步降压时，先降压到三相中最低的一相的电压，然后再一起降压。

Claims (7)

1. 输电线路工频参数模拟系统，其特征在于，所述系统包括模拟主线路、干扰电源和程序控制器；所述模拟主线路包括三相各自独立的电动调压器、三个单相变压器，所述三个单相变压器输入分别对应连接三相各自独立的电动调压器的输出；所述干扰电源包括三相电动调压器、三相变压器，所述三相变压器输出的三相电压各不相等，所述三相电动调压器输出与所述三相变压器输入连接；所述三个单相变压器输出分别设置有电压、电流信号传感器，所述三相变压器的三相输出分别设置有电压信号传感器，所述三相各自独立的电动调压器和所述三相电动调压器分别设置有复位信号传感器，所述各信号传感器分别连接至程序控制器的信号采集端，程序控制器的控制输出连接至三相各自独立的电动调压器和三相电动调压器的控制输入；所述模拟主线路的三个单相变压器的三相输出分别连接π型阻抗电路，所述π型阻抗电路前臂和后臂分别是相间电容和对地电容、中间是相互串接的电阻和电感，所述的相间电容通过相间开关实现电容相间连接，所述对地电容通过接地开关实现电容与地连接，与所述相互串接的电阻和电感並接有短路开关，所述前臂与三个单相变压器输出的连接端称为三个单相变压器输出初端，所述后臂称为输出末端；所述输出末端设置有三相短路开关，所述三相短路开关的短路点与地之间设置有接地回路电阻和解耦电感，所述接地回路电阻和解耦电感串联，接地回路电阻一端接地，与接地回路电阻並联接有电阻短路开关,与解耦电感並连接有解耦电感短路开关；所述干扰电源的三相变压器输出的三相电压分别通过开关和耦合电容连接至模拟主线路三个单相变压器三相输出所对应的输出初端。

2.根据权利要求1所述的输电线路工频参数模拟系统，其特征在于，所述π型阻抗电路是多路，多路π型阻抗电路相互串联；所述接地回路电阻是多路，多路接地回路电阻相互串联，每一路接地回路电阻並联接有电阻短路开关；所述解耦电感是多路，多路解耦电感相互串联，每一路解耦电感並连接有解耦电感短路开关。

3.根据权利要求1所述的输电线路工频参数模拟系统，其特征在于，所述耦合电容的电容值是22毫微法拉至100毫微法拉。

4.根据权利要求1所述的输电线路工频参数模拟系统，其特征在于，所述模拟主线路是500kV输电模拟线路，所述三相各自独立的电动调压器电压是在0至500V的范围，所述干扰电源是0至500V，所述干扰电源三相变压器输出的三相电压通过开关分为三组输出，三组输出通过三组耦合电容连接至三个单相变压器三相输出所对应的输出初端，三组耦合电容分别是22毫微法拉、44毫微法拉和100毫微法拉。

5.根据权利要求2所述的输电线路工频参数模拟系统，其特征在于，所述多路π型阻抗电路分别是10公里、20公里、30公里、40公里π型阻抗电路，所述多路接地回路电阻分别是10公里、20公里、30公里、40公里接地回路电阻，所述多路解耦电感分别是10公里、20公里、30公里、40公里解耦电感。

6.根据权利要求1所述的输电线路工频参数模拟系统，其特征在于，所述电动调压器的调压电机与模拟主线路和干扰电源分开电源供电。

7. 输电线路工频参数模拟系统控制方法，其特征在于，包括权利要求1所述的输电线路工频参数模拟系统，所述π型阻抗电路分别是10公里、20公里、30公里、40公里π型阻抗电路，所述接地回路电阻分别是10公里、20公里、30公里、40公里接地回路电阻，所述解耦电感分别是10公里、20公里、30公里、40公里解耦电感，对应上述参数设有10公里、20公里、30公里、40公里模拟线路电压；其控制方法步骤包括：开机自动回零检测步骤、减短模拟线路长度控制步骤、模拟干扰电压控制步骤；

所述开机自动回零检测步骤是：开机检测各调压器的零位状态，并将不在零位的调压器自动回零； 

所述减短模拟线路长度控制步骤是：当减短线路长度参数时，首先是将电压减至对应模拟线路长度的电压，然后将参数改变到对应线路长度的参数；

所述模拟干扰电压控制步骤是：当需要对模拟线路加入干扰电压时，先打开“干扰电源”电源，将模拟线路长度切换到任意线路长度档，进行干扰电压输出的升降压调节到所需的干扰电压，加入干扰电压到模拟线路相线上。

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