CN107167663A - 一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路及测量方法，先后将包含串联电感的第一谐振电路，包含串联电容的第二谐振电路分别接入待测输电线路的测量端，并将异频信号源的异频测量信号的频率调节为f_S‑Δf或f_S+Δf，通过信号采集单元采集待测输电线路的电压信号和电流信号，并对电压信号和电流信号进行快速傅立叶分析，滤掉其中的工频信号，提取f_S‑Δf或f_S+Δf的异频信号进行阻抗计算。本发明通过将本工频抑制电路接入待测输电线路，并按照本发明的输电线路参数测量时抑制工频感应电压的测量方法在异频频率f_S‑Δf或f_S+Δf下测量和计算待测输电线路的开路阻抗和短路阻抗。

Description

一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路及测量方法

技术领域

本发明涉及电力系统参数测量技术领域，具体涉及一种用于输电线路参数测量时，抑制工频感应电压的组合测量电路及测量方法。

背景技术

在进行输电线路参数离线测量过程中，往往需要测量输电线路的短路阻抗和开路阻抗。

但是，现代电力系统的架空线路，多采用同杆并架或者同走廊敷设，已建成的输电线路基本带电运行。带电运行线路与新架设线路之间由于存在耦合电感M以及耦合电容C，参看图1，使新架设线路上存在工频感应电压。这种工频感应电压的幅值有可能达到数万伏。

为了克服工频感应电压给测量结果带来的测量误差，现代输电线路测量仪器采用异频测量方法，即通过临近工频f_S频率的异频频率f_S-Δf和f_S+Δf信号测量输电线路在异频频率f_S-Δf和f_S+Δf处的开路阻抗和短路阻抗，然后通过插值的方式求出工频参数。这种测量方法可以带来高精度的测量数据。

但是，异频测量方法存在的另一个问题是如何面对被测量线路的工频感应电压问题。一方面，因工频感应电压高达数万伏，需要相应的测量设备如异频电源、电压和电流信号采集单元可耐受数万伏的高电压，这将导致设备增加对地绝缘强度，从而导致测量设备的成本急剧增加。另一方面，试验人员在进行相关测量过程中，可能由于防护不当，被感应电压击倒。

为解决输电线路离线测量中可能出现的工频感应电压问题，需要另寻途径，降低被测量架空输电线路上的工频感应电压，确保测量人员和设备的安全。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路及测量方法，以克服工频感应电压和电流带来的测量误差。

为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明还公开一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路，包括：

第一谐振电路，包括有电感Lp1、电容Cp1和电阻Rp1并联组成的第一并联环节电路，还包括有电感Ls串联在第一并联环节电路与待测输电线路之间，第一并联环节电路另一端接地；该电路的作用是在f_S-Δf频率点形成数量级等于Rp1阻抗，在工频f_S频率点形成不到20Ω以下的低阻抗，用于测量线路f_S-Δf频率点的开路阻抗和短路阻抗，其中Δf是异频频率与工频f_S之间的差值；

第二谐振电路，包括有电感Lp2、电容Cp2和电阻Rp2并联组成的第二并联环节电路，还包括有电容Cs串联在第二并联环节电路与待测输电线路之间，第二并联环节电路另一端接地；该电路的作用是在f_S+Δf频率点形成数量级等于Rp2的高阻抗，在工频f_S频率点形成20Ω以下的低阻抗，用于测量线路f_S+Δf频率点的开路阻抗和短路阻抗。其中Δf是异频频率与工频f_S之间的差值；

异频信号源，用以分别为第一谐振电路、第二谐振电路与待测输电线路的测量端提供异频测量信号；

信号采样单元，用以分别在第一谐振电路、第二谐振电路与待测输电线路的测量端，同时检测电压和电流；

所述第一谐振电路和第二谐振电路不同时与待测输电线路的测量端电性连接，第一谐振电路的串联谐振点调谐在工频f_S频率处呈低阻抗，第一谐振电路的并联谐振点调谐在f_S-Δf频率处并且阻抗值接近Rp1；第二谐振电路的串联谐振点调谐在工频f_S频率处并呈低阻抗，第二谐振电路的并联谐振点调谐在f_S+Δf处并且阻抗值接近于Rp2。本发明还公开一种用于抑制工频感应电压的组合测量方法，应用于上述一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路，包括步骤：

步骤1，将第一谐振电路的高压端接入待测输电线路的测量端，并将异频信号源的异频测量信号的频率调节为f_S-Δf，其中f_S为工频频率，Δf为异频频率与工频频率之间的差值；

步骤2，通过信号采集单元采集待测输电线路的电压信号和电流信号，并对电压信号和电流信号进行快速傅立叶分析，滤掉其中的工频信号，提取f_S-Δf的异频信号进行阻抗计算；

步骤3，将第一谐振电路的高压端卸下，第二谐振电路的高压端接入待测输电线路的测量端，并将异频信号源的异频测量信号的频率调节为f_S+Δf；

步骤4，通过信号采集单元采集待测输电线路的电压信号和电流信号，并对电压信号和电流信号进行快速傅立叶分析，滤掉其中的工频信号，提取f_S+Δf的异频信号进行阻抗计算。

本发明的一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路及测量方法，由于在工频f_S＝50Hz频率附近的阻抗非常低，待测输电线路上的工频感应电流将通过工频抑制电路注入大地，从而待测输电线路的工频电压被抑制在异频电源、参数测量设备安全许可范围内。同时，由于工频抑制电路分别在异频信号f_S-Δf或f_S+Δf附近具有高阻抗，将阻止异频电源输出的异频电流通过工频抑制电路注入到大地，迫使异频电源输出的大部分异频电流注入到待测输电线路当中。因此，将本工频抑制电路接入待测输电线路，然后按照本发明的输电线路参数测量时抑制工频感应电压的测量方法在异频频率f_S-Δf或f_S+Δf下测量和计算待测输电线路的开路阻抗和短路阻抗。

本改进发明的优点是：简化了电路，节省了成本；同时参数的选择计算过程也更加简单。

附图说明

图1为新建架空线路2邻近已建成运行线路1的示意图。

图2为本发明一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路的输电线路参数测量时用于f_S-Δf异频测量时抑制工频感应电压的电路示意图。

图3为本发明一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路的输电线路参数测量时用于f_S+Δf异频测量时抑制工频感应电压的电路示意图。

图4为本发明一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路的输电线路参数测量时用于测量f_S-Δf频率点阻抗的示意图。

图5为本发明一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路的输电线路参数测量时用于测量f_S+Δf频率点阻抗的示意图。

图6为本发明一种用于抑制工频感应电压的组合测量方法的步骤图。

图7为图2电路按照公式(1)设置参数时的阻抗频率特性曲线。

图8为图3电路按照公式(2)设置参数时的阻抗频率特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。

图1是新建架空线路2邻近已建成运行线路1的示意图。其中已建成线路与新建线路之间存在电容C和电感M耦合。这两种耦合将使线路1上的运行的工频电压U通过耦合电容C的作用在线路2上产生工频感应电压，并且线路1的工频电流I将通过耦合电感M的作用在线路2上产生工频电磁感应电压。在工频静电感应电压和工频电磁感应电压的共同作用下，将使新建线路2上的空载工频感应电压高达数万伏，具体的感应电压数值视被测量线路与带电线路之间的距离已及带电线路的电压等级、线路共用走廊的长度等关系密切。例如邻近1000kV特高压输电线路的新建线路，其空载工频感应电压将可能达到数万伏。

新建线路2的工频参数离线测量过程中，需要测量线路对侧开路条件下的开路阻抗，以及线路对侧短路条件下的短路阻抗；然后通过开路阻抗和短路阻抗测量结果计算出线路的各种工频参数。这种测量方式，要求对被测量线路的电压和电流进行采样分析。如果采用工频信号进行分析，则被测量架空线路上的工频感应电压和工频感应电流将给测量结果带来不可忽视的误差。

为了克服工频感应电压和电流带来的测量误差，现代输电线路测量仪器采用异频测量方法，即通过测量工频f_S频率临近点的f_S-Δf和f_S+Δf两个异频频率的线路参数，通过插值的方式求出工频参数。这种测量方法可以带来高精度的测量数据。

但是，这种异频测量方法需要异频信号电源耐受被测量架空线路工频电压和工频电流的能力较强。其耐受电压的能力需要高于被测量线路的感应电压，该感应电压往往达到数万伏；耐受工频电流的能力则是线路两端均接地短路条件下在线路测量端测量到的接地感应电流。在线路感应电压高达数万伏，且线路的短路阻抗较小的情况下，该短路电流往往达到数百安培以上。这将导致异频电源的容量非常大，给异频电源的制作和运输带来困难，增加异频电源的成本，同时也要求信号采集单元的输入端能耐受数万伏的电压。另一方面，被测量线路上数万伏的工频感应电压，也给测量人员带来安全风险。

为了降低参数测量过程中的工频感应电压和电流，可以采用本发明实施例的一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路，分别采用第一谐振电路11和第二谐振电路12的工频电压抑制电路来分别进行f_S-Δf和f_S+Δf频率点的测量，所述第一谐振电路11和第二谐振电路12不同时与待测输电线路2的测量端电性连接，第一谐振电路11的串联谐振点调谐在工频f_S频率处呈低阻抗，第二谐振电路12的串联谐振点调谐在工频f_S频率处并呈低阻抗。

本发明实施例的一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路，进行f_S-Δf频率点的测量时，采用第一谐振电路11及其连接结构如下：

所述第一谐振电路11，包括有电感Lp1、电容Cp1和电阻Rp1并联组成的第一并联环节电路，还包括有电感Ls串联在第一并联环节电路与待测输电线路2之间，第一并联环节电路另一端接地；在第一谐振电路11的高压端与待测输电线路2之间分别接入异频信号源3和信号采样单元4，所述异频信号源3为第一谐振电路11与待测输电线路2的测量端提供异频测量信号，所述信号采样单元4用以在第一谐振电路11与待测输电线路2的测量端检测电压和电流。

针对第一谐振电路11，参看图2，选择一组参数，例如选择

Rp1＝1000Ω、Lp1＝158.314mH、Cp1＝100μF，Ls＝279.2mH (1)

由于图2中的Rp1、Lp1、Cp1并联，在公式(1)的参数下Lp1Cp1的并联谐振频率就调谐在f_S-Δf＝40Hz频率点，第一并联环节电路在并联谐振点的阻抗等于Rp1＝1000Ω；同时由于该第一并联环节电路在工频频率f_S＝50Hz的阻抗为7.76-j87.7Ω，为此选择电感Ls＝279.2mH后，使其在50Hz频率处的感抗迫使电感Ls与第一并联环节电路串联后，在50Hz频率形成串联谐振。这组参数得到的阻抗频率特性曲线见图7，其在f_S-Δf＝40Hz处的阻抗为1000Ω，在f_S＝50Hz处的阻抗仅为7.6Ω。

测量输电线路在f_S-Δf＝40Hz频率处的阻抗时，按照公式(1)的参数形成图2的工频抑制电路，并将图2工频抑制电路的高压端接入被测线路，在工频抑制电路与被测线路之间接入异频频率f_S-Δf＝40Hz的电源，在异频电源与被测线路之间接入电压和电流采集单元,在采集到电压和电流信号后，通过FFT分析，提取异频频率f_S-Δf＝40Hz的电压和电流信号进行阻抗计算，具体测量电路见图4。

本发明实施例的一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路，进行f_S+Δf频率点的测量时，采用第二谐振电路12及其连接结构如下：

所述第二谐振电路12，包括有电感Lp2、电容Cp2和电阻Rp2并联组成的第二并联环节电路，还包括有电容Cs串联在第二并联环节电路与待测输电线路2之间，第二并联环节电路另一端接地；在第二谐振电路12的高压端与待测输电线路2之间分别接入异频信号源3和信号采样单元4，所述异频信号源3为第二谐振电路12与待测输电线路2的测量端提供异频测量信号，所述信号采样单元4用以在第二谐振电路12与待测输电线路2的测量端检测电压和电流。

然后按照图3的方式选择另一组参数：

Rp2＝1000Ω、Lp2＝70.36mH、Cp2＝100μF、Cs＝44.21μF (2)

由于图3中的Rp2、Lp2、Cp2并联，在公式(2)的参数下Lp2Cp2的并联谐振频率就调谐在f_S+Δf＝60Hz频率点；同时该第二并联环节电路在工频频率f_S＝50Hz的阻抗为5.21+j72Ω，为此选择电容Cs＝44.21μF后，使其在50Hz频率处的容抗迫使电容Cs与第二并联环节电路串联后，在50Hz频率形成串联谐振。这组参数得到的阻抗频率特性曲线见图8。其在f_S+Δf＝60Hz处的阻抗为1000Ω，在f_S＝50Hz处的阻抗仅为5.2Ω。

测量输电线路在f_S+Δf＝60Hz频率处的阻抗时，按照公式(2)的参数形成图3的工频抑制电路，并将图3工频抑制电路的高压端接入被测线路，在工频抑制电路与被测线路之间接入异频频率f_S+Δf＝60Hz的电源，在异频电源与被测线路之间接入电压和电流采集单元，在采集到电压和电流信号后，通过FFT分析，提取异频频率f_S+Δf＝60Hz的电压和电流信号进行阻抗计算，具体的测量电路见图5。

参看图6，本发明实施例还公开一种用于抑制工频感应电压的组合测量方法，在上述一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路的基础上，包括如下步骤：

步骤1，将第一谐振电路11的高压端接入待测输电线路2的测量端，并将异频信号源3的异频测量信号的频率调节为f_S-Δf，其中f_S为工频频率，Δf为异频频率与工频频率之间的差值；

步骤2，通过信号采集单元采集待测输电线路2的电压信号和电流信号，并对电压信号和电流信号进行快速傅立叶分析，滤掉其中的工频信号，提取f_S-Δf的异频信号进行阻抗计算；

步骤3，将第一谐振电路11的高压端卸下，第二谐振电路12的高压端接入待测输电线路2的测量端，并将异频信号源3的异频测量信号的频率调节为f_S+Δf；

步骤4，通过信号采集单元采集待测输电线路2的电压信号和电流信号，并对电压信号和电流信号进行快速傅立叶分析，滤掉其中的工频信号，提取f_S+Δf的异频信号进行阻抗计算。

上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路,其特征在于，包括：

第一谐振电路，包括有电感Lp1、电容Cp1和电阻Rp1并联组成的第一并联环节电路，还包括有电感Ls串联在第一并联环节电路与待测输电线路之间，第一并联环节电路另一端接地；

第二谐振电路，包括有电感Lp2、电容Cp2和电阻Rp2并联组成的第二并联环节电路，还包括有电容Cs串联在第二并联环节电路与待测输电线路之间，第二并联环节电路另一端接地；

异频信号源，用以分别为第一谐振电路、第二谐振电路与待测输电线路的测量端提供异频测量信号；

信号采样单元，用以分别在第一谐振电路、第二谐振电路与待测输电线路的测量端，同时检测电压和电流；

所述第一谐振电路和第二谐振电路不同时与待测输电线路的测量端电性连接，第一谐振电路的串联谐振点调谐在工频f_S频率处呈低阻抗，第一谐振电路的并联谐振点调谐在f_S-Δf频率处并且阻抗值接近Rp1；第二谐振电路的串联谐振点调谐在工频f_S频率处并呈低阻抗，第二谐振电路的并联谐振点调谐在f_S+Δf处并且阻抗值接近于Rp2。

2.一种用于抑制工频感应电压的组合测量方法，应用于上述一种用于抑制工频感应电压的组合测量电路，其特征在于，包括步骤：

步骤1，将第一谐振电路的高压端接入待测输电线路的测量端，并将异频信号源的异频测量信号的频率调节为f_S-Δf，其中f_S为工频频率，Δf为异频频率与工频频率之间的差值；

步骤2，通过信号采集单元采集待测输电线路的电压信号和电流信号，并对电压信号和电流信号进行快速傅立叶分析，滤掉其中的工频信号，提取f_S-Δf的异频信号进行阻抗计算；

步骤3，将第一谐振电路的高压端卸下，第二谐振电路的高压端接入待测输电线路的测量端，并将异频信号源的异频测量信号的频率调节为f_S+Δf；

步骤4，通过信号采集单元采集待测输电线路的电压信号和电流信号，并对电压信号和电流信号进行快速傅立叶分析，滤掉其中的工频信号，提取f_S+Δf的异频信号进行阻抗计算。