CN102788903A - 一种高压输电线路三相不对称工频参数实测方法 - Google Patents

Abstract

一种高压输电线路三相不对称工频参数实测方法，包括以下步骤：1）将配合端三相短路后接地，在测量端任意两相线路之间施加单相测试电源，另一相悬空，测量各相电压及电流；2）将配合端三相短路后接地，在测量端任意两相线路并联后与第三相线路之间施加单相测试电源，测量各相电压及电流；3）将配合端三相短路后接地，在测量端任一相与地之间施加单相测试电源，其余两相均悬空，测量各相电压及电流；4）建立准阻抗方程，求取线路阻抗矩阵；5）对线路阻抗矩阵进行数学变换获得正序、负序、零序阻抗及各序之间的耦合阻抗。本测量方法简单实用，能够消除强干扰感应电压和三相不对称对线路参数测量的影响，提高线路参数测量的精度。

Description

一种高压输电线路三相不对称工频参数实测方法

技术领域

本发明涉及一种高压输电线路三相不对称工频参数的实测方法，尤其是涉及一种强干扰感应电压下高压输电线路三相不对称工频参数的实测方法。

背景技术

输电线路是电力系统的重要组成部分，其工频参数如正序参数、负序参数、零序参数是进行电力系统潮流计算、暂态稳定计算、继电保护整定计算和电力系统运行方式制定等工作之前建立电力系统数学模型的必备参数，其准确性直接关系到电网的安全稳定运行。由于受到地理、环境等因素的影响，这些参数难以通过理论方法准确计算，必须定期进行现场实测。

随着电网建设的快速发展，输电线路走廊用地日益紧张，为节省输电走廊面积，同杆并架双回线、多回线路日益增多，由此产生的复杂交变电磁场环境将导致线路之间产生高干扰感应电压、高感应电流及三相线路参数不对称，进一步引起不同序别的电压和电流之间产生相互耦合等问题，这给线路参数实测带来巨大困难。因此，如何消除高感应电压干扰及如何解决三相线路不对称参数测量问题成为准确测量高压输电线路工频参数的主要问题。

目前高压输电线路工频参数有多种测量方法，如仪表测量法、微机化线路参数测试法及异频法等，这些测试方法因较难解决高干扰感应电压，且都是假定三相输电线路完全对称，使得高压输电线路工频参数的准确测量难以保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种可以消除高压输电线路工频参数测量中高感应电压及三相参数不对称的影响，提高输电线路参数测量精度的高压输电线路三相不对称工频参数的实测方法。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高压输电线路三相不对称工频参数的实测方法，包括以下步骤：

1）将A、B、C三相线路的配合端三相短路后接地、在测量端A、B、C三相线路中的任意两相之间施加单相测试电源，另一相悬空，测量A、B、C三相电压及电流；

2）将A、B、C三相线路的配合端三相短路后接地、在测量端将A、B、C三相线路中的任两相线路并联后与第三相之间施加单相测试电源，测量A、B、C三相电压及电流；

3）将A、B、C三相线路的配合端三相短路后接地、在测量端A、B、C三相线路中的任一相与地之间施加单相测试电源，其余两相均悬空，测量A、B、C三相电压及电流；

4）根据所得测试数据建立以线路自阻抗、互阻抗和感应电压为待求量的准阻抗方程，求取线路阻抗矩阵；

5）通过对线路阻抗矩阵进行数学变化，获得输电线路的正序、负序、零序阻抗及各序之间的耦合阻抗。

所述的配合端指单回输电线路的任意一端，另一端即测量端。

所述的单相测试电源为一种高压输电线路三相不对称工频参数的实测装置，包括依次连接单相电源、多抽头变压器和线路参数测试仪，该线路参数测试仪还分别外接上位机和同步电源，其输出作为线路参数测试的单相测试电源，所述的多抽头变压器为单相调压器，所述的单相电源可选取额定容量不小于20kVA的380V单相交流电源，所述的上位机对参数实测过程进行控制，对测试仪的录波信号进行数学处理、计算分析并显示结果，所述的同步电源可选取变电站高、低压母线TV二次电压或者插座220V电压。

原理：

以同步电源为基准电源，作为相量测量的相位基准，可以保证每次测量时感应电压的相角近似不变。

大量的实测数据与理论分析表明，在电力系统中，高压输电线路上主要感应电压为工频感应电压。而在短时间内，相对于同步电源，感应干扰电压相位基本不变，幅值也近似不变，可以认为是一个恒定的附加电压源，因而可消除感应电压干扰对线路参数测量的影响，提高测量的精度。

本发明所采用的线路参数实测方法是基于三相线路可能存在不对称的前提条件下进行的，因而可消除三相不对称对线路参数实测产生的影响。

采用不同的接线方式，可以得到一系列的约束方程，从而计算得到输电线路阻抗矩阵；然后对该阻抗矩阵进行数学变换，可以同时获得线路的正序、零序、负序阻抗，以及各序之间的耦合阻抗，用于电力系统分析计算。

本发明还可以通过调节多抽头变压器连接抽头改变单相测试电源的大小得到一系列的约束方程，同样也可以实现发明目的。

有益效果：本测量装置和方法简单实用，能够消除强干扰感应电压和三相不对称对线路参数测量的影响，提高线路参数测量的精度。

附图说明

图1高压输电线路三相不对称工频参数实测装置的电气连接关系示意图；

图2AB相之间施加测试电源的测试电路图；

图3BC相之间施加测试电源的测试电路图；

图4A与BC（B、C相并联）之间施加测试电源的测试电路图；

图5A相与地之间施加测试电源的测试电路图；

图6实测装置中的线路参数测试仪示意图。

图中：1-单相电源，2-多抽头变压器，3-线路参数测试仪，4-被测线路，5-同步电源，6-上位机。

具体实施方式

如图1所示，本发明的测试方法所用到的实测装置，包括依次连接的单相电源1、多抽头变压器2和线路参数测试仪3，测量仪3还分别外接同步电源5和上位机6，线路参数测试仪3的输出作为测试电源与被测线路5的测试端相连。

如图6所示，线路参数测试仪的组成及连接关系为：

包括：

两个电源输入端子、两个电容器外接端子，其中电源端子外接多抽头变压器的输出端，电压范围取100V~2000V；电容器外接端子外接电容器，防止测量过程中产生的过电压；

第一回三相线路端子01、02、03和第二回三相线路端子04、05、06，分别外接两回被测三相线路；

第一和第二可控三相交流接触器KM0和KM13，其中第一可控三相交流接触器KM0作为线路参数测试仪电源输入端与装置内部电路开闭的控制开关，第二可控三相交流接触器KM13作为外接电容器与装置内部电路开闭的控制开关；

第一至第十二可控单相交流接触器KM1~KM12，第一至第三可控单相交流接触器KM1~KM3为一组，其中一端合并后接在线路参数测试仪电源输入端的一侧，另一端分别与第一回三相线路的三相相连；第十至第十二可控单相交流接触器KM10~KM12为一组，其中一端合并后接在线路参数测试仪电源输入端的另一侧，另一端分别与第二回线路的三相相连；第四至第六可控单相交流接触器KM4~KM6为一组，其中一端合并后与第一至第三可控单相交流接触器KM1~KM3所连接的电源输入端相连，另一端分别与第十至第十二可控单相交流接触器KM10~KM12在第二回三相线路的连接点相连；第七至第九可控单相交流接触器KM7~KM9为一组，其中一端合并后与第十至第十二可控单相交流接触器KM10~KM12所连接的电源输入端相连，另一端分别与第一至第三可控单相交流接触器KM1~KM3在第一回三相线路的连接点相连；

一组单相电压互感器VS0和一组单相电流互感器IS0，用于测量参数测试仪电源端的输入电压和电流，并通过数据采集卡采集测量电压和电流；

第一和第二两组三相电压互感器V0和V1，以及第一和第二两组三相电流互感器I0和I1，分别测量第一回三相线路和第二回三相线路的电压和电流，并通过数据采集卡采集测量电压和电流。

所述的所有可控单相交流接触器和可控三相交流接触器均由所述的上位机控制开闭。

其中多抽头变压器2为单相调压器，其输入端与额定容量不小于20kVA的380V单相交流电源相连接，输出端与线路参数测试仪的电源输入端相连。

上位机6对参数实测过程进行控制，并对线路参数测试仪的录波信号进行数学处理、计算分析并显示结果。

同步电源5可选取变电站高、低压母线TV二次电压或者插座220V电压。

采用上述实测装置实测强干扰感应电压下高压输电线路三相不对称参数时，首先假设三相线路的干扰感应电源分别为

线路的自阻抗为Z_aa=R_aa+jX_aa、Z_bb=R_bb+jX_bb、Z_cc=R_cc+jX_cc，线路的互阻抗为Z_ab=jX_ab、Z_bc=jX_bc、Z_ca=jX_ca。非对称的三相线路共有9个未知量，需要9个独立的方程。

本发明的高压输电线路三相不对称工频参数实测方法包括以下步骤：

1）参见图2和图3，将A、B、C三相线路的配合端三相短路后接地，在测量端对A、B、C三相线路中的两相（AB或BC）之间施加测试电源，另一相悬空，测量A、B、C三相的电压及电流，同理，将配合端三相短路后接地，在测量端AC相之间施加测试电源，B相悬空，测量A、B、C三相电压及电流；

2）参见图4，将A、B、C三相线路的配合端三相短路后接地，在测量端的BC两相线路并联后与A相之间施加测试电源，测量A、B、C三相电压及电流，同理在AC两相并联后与B相之间、AB两相并联后与C相之间施加测试电源，测量A、B、C三相电压及电流；

3）参见图5，将A、B、C三相线路的配合端三相短路后接地、在测量端A、B、C三相线路中的A相与地之间施加测试电源，另外两相悬空，测量A、B、C三相电压及电流，同理，在B相与地之间、C相与地之间，施加测试电源，另外两相悬空，测量A、B、C三相电压及电流；

测量端为测量线路的任意一端，配合端为该测量线路的另一端。

4）根据图2~5及步骤1）~3）的测量数据列写电路方程，建立以线路自阻抗、互阻抗和感应电压为待求量的9×9阶矩阵方程

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_A^{\left(1\right)}\\ {\stackrel{\·}{U}}_B^{\left(1\right)}\\ {\stackrel{\·}{U}}_C^{\left(1\right)}\\ {\stackrel{\·}{U}}_A^{\left(2\right)}\\ {\stackrel{\·}{U}}_B^{\left(2\right)}\\ {\stackrel{\·}{U}}_C^{\left(2\right)}\\ {\stackrel{\·}{U}}_A^{\left(3\right)}\\ {\stackrel{\·}{U}}_B^{\left(3\right)}\\ {\stackrel{\·}{U}}_C^{\left(3\right)}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccccccccc}{\stackrel{\·}{I}}_A^{\left(1\right)}& 0& 0& {\stackrel{\·}{I}}_B^{\left(1\right)}& 0& {\stackrel{\·}{I}}_C^{\left(1\right)}& 1& 0& 0\\ 0& {\stackrel{\·}{I}}_B^{\left(1\right)}& 0& {\stackrel{\·}{I}}_A^{\left(1\right)}& {\stackrel{\·}{I}}_C^{\left(1\right)}& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& {\stackrel{\·}{I}}_C^{\left(1\right)}& 0& {\stackrel{\·}{I}}_B^{\left(1\right)}& {\stackrel{\·}{I}}_A^{\left(1\right)}& 0& 0& 1\\ {\stackrel{\·}{I}}_A^{\left(2\right)}& 0& 0& {\stackrel{\·}{I}}_B^{\left(2\right)}& 0& {\stackrel{\·}{I}}_C^{\left(2\right)}& 1& 0& 0\\ 0& {\stackrel{\·}{I}}_B^{\left(2\right)}& 0& {\stackrel{\·}{I}}_A^{\left(2\right)}& {\stackrel{\·}{I}}_C^{\left(2\right)}& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& {\stackrel{\·}{I}}_C^{\left(2\right)}& 0& {\stackrel{\·}{I}}_B^{\left(2\right)}& {\stackrel{\·}{I}}_A^{\left(2\right)}& 0& 0& 1\\ {\stackrel{\·}{I}}_A^{\left(3\right)}& 0& 0& {\stackrel{\·}{I}}_B^{\left(3\right)}& 0& {\stackrel{\·}{I}}_C^{\left(3\right)}& 1& 0& 0\\ 0& {\stackrel{\·}{I}}_B^{\left(3\right)}& 0& {\stackrel{\·}{I}}_A^{\left(3\right)}& {\stackrel{\·}{I}}_C^{\left(3\right)}& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& {\stackrel{\·}{I}}_C^{\left(3\right)}& 0& {\stackrel{\·}{I}}_B^{\left(3\right)}& {\stackrel{\·}{I}}_A^{\left(3\right)}& 0& 0& 1\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{aa}}\\ Z_{\mathrm{bb}}\\ Z_{\mathrm{cc}}\\ Z_{\mathrm{ab}}\\ Z_{\mathrm{bc}}\\ Z_{\mathrm{ca}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{ar}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{br}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{cr}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

由（1）式得线路阻抗矩阵

$Z=\left[\begin{array}{ccc}{R}_{\mathrm{aa}}+j{X}_{\mathrm{aa}}& {\mathrm{jX}}_{\mathrm{ab}}& {\mathrm{jX}}_{\mathrm{ac}}\\ {\mathrm{jX}}_{\mathrm{ab}}& R_{\mathrm{bb}}+{\mathrm{jX}}_{\mathrm{bb}}& {\mathrm{jX}}_{\mathrm{bc}}\\ {\mathrm{jX}}_{\mathrm{ac}}& {\mathrm{jX}}_{\mathrm{bc}}& R_{\mathrm{cc}}+{\mathrm{jX}}_{\mathrm{cc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_{\mathrm{aa}}& Z_{\mathrm{ab}}& Z_{\mathrm{ac}}\\ Z_{\mathrm{ab}}& Z_{\mathrm{bb}}& Z_{\mathrm{bc}}\\ Z_{\mathrm{ac}}& Z_{\mathrm{bc}}& Z_{\mathrm{cc}}\end{array}\right]---\left(2\right)$

5）对（2）式进行数学变换

$Z_{012}=A^{-1}\mathrm{ZA}=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_0& Z_{01}& Z_{02}\\ Z_{10}& Z_1& Z_{12}\\ Z_{20}& Z_{21}& Z_2\end{array}\right]---\left(3\right)$

式中

由（3）式即可获得线路的正序、负序、零序阻抗，以及各序之间的耦合阻抗。

Claims (2)

1.一种高压输电线路三相不对称工频参数实测方法，包括以下步骤：

1）将A、B、C三相线路的配合端三相短路后接地，在测量端A、B、C三相线路中的任意两相线路之间施加单相测试电源，另一相悬空，测量A、B、C三相电压及电流；

2）将A、B、C三相线路的配合端三相短路后接地，在测量端A、B、C三相线路中的任意两相线路并联后与第三相线路之间施加单相测试电源，测量A、B、C三相电压及电流；

3）将A、B、C三相线路的配合端三相短路后接地，在测量端A、B、C三相线路中的任一相与地之间施加单相测试电源，其余两相均悬空，测量A、B、C三相电压及电流；

4）根据所得测试数据建立以线路自阻抗、互阻抗和感应电压为待求量的准阻抗方程，求取线路阻抗矩阵；

5）通过对线路阻抗矩阵进行数学变换，获得输电线路的正序、负序、零序阻抗及各序之间的耦合阻抗。

2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路三相不对称工频参数实测方法，其特征是：所述的配合端指单回输电线路的任意一端，另一端即测量端。

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