电力线路参数测试研究

1基于DSP技术的电力系统参数现场测试技术

电缆线路正、零序阻抗参数的选取对于长距离或者高电压电力电缆而言非常重要，尤其是在进行线路继电保护计算时，如果参数选择不恰当，一旦系统出现短路故障，将直接影响着系统的安全可靠运行。电力系统的典型结构是由三个对称系统组成一个不对称的三相系统，之所以采用这种设计是为了保证线路中任何一处在发生不对称线路故障时，故障点处的电压U、电流I即可分解为正、负、零序三组对称分量系统，从而最大限度的减少故障对整个电力系统的损害，提高电网运行的可靠稳定性。

电力电缆线路实际上是一个静止磁耦合回路，所以对电力线路的正序阻抗、负序阻抗进行测量，可以得到相同数值，即二者在数值上相等。电路中电流流经正、负阻抗时，将在电路中形成一定大小的磁场，而且电流流经正、负阻抗所产生的磁场将直接相互抵消。这里给出正负序阻抗的计算公式：-412-4312210ln(/)210ln(2/)CcCcZZRjsrZZRjsrωω==+×==+×上式中，Z1即是正序阻抗，其单位是Ω/km;Z2即是负序阻抗，其单位是Ω/km;rC表示电缆导体的电阻，其单位是Ω/;kms表示线路电缆相间中心距离，其单位是m;rc表示电缆导体的几何平均半径，其单位是m。零序电流在流经线路时，三相系统零序电流之和不能等于零，必须要有一定的数值，而且三相系统零序电流方向要保持一致。因此，由零序电流在线路周围所产生的磁场，磁力线将相互叠加，从而增强线路周围磁场。实际上，三相电力电缆线路的零序阻抗就是三相线路的并联阻抗值，这里给出电力电缆线路零序阻抗的计算公式：-4003(/3210ln(/))Cgd=ZR+R+×jωDr其中，3290(())tcABACBCr=rsss上式中，Rg表示大地电阻，其数值为0.0493Ω/km;Dd表示等效回路深度，其数值为1000m;r0是三相线路的等效几何平均半径，其单位是m。

基于上述分析，我们根据DSP技术理论设计了一种现场快速测定线路Z1与Z0的新技术，并根据该技术介绍一下智能型电缆参数测试系统的工作原理。该系统的硬件结构主要由两部分组成：一部分是外围测试电源电路，它由3个独立220V降压变压器组成，为了满足现场实际使用过程中的需要，提高仪器的适用性，该电路还给系统提供了不同的电压输出抽头;另外一部分就是本体系统。系统的工作过程可以简单描述为：利用电压、电流互感器对待测电力电缆中的电压以及流经的电流进行取样，并将所获得的电流取样值经高精度电阻转化为电压信号，然后再经差动放大电路后输送至AD转换器，并进行量化处理。系统采用的是6通道模拟输入前端处理器，这样就可以保证在对三相电压、电流信号同时采样时，信号的采样速率及采样精确度能够大幅度提高。

2基于计算机的电力线路参数测量系统

电力线路工频参数的测定是一个非常复杂的过程，不论是理论计算还是实际测量，均难以准确的计及各种影响因素，导致结果上存在一定的误差。采用传统仪表式测量方法，结构上、技术上均存在着很多的不足之处，譬如表计多，现场测量接线复杂，适用性较差;人工读取及记录测量结果，难免存在一定的误差;各种电信号存在的谐波分量以及工频干扰极大的影响着测量精确度等等。所以，基于计算机的测量系统将是未来电力线路参数测试的发展方向，该系统的关键技术主要有：

2.1数字滤波技术

数字滤波技术就是用软件来对采集到的信息数据进行电磁兼容消除干扰处理，通过该技术可以将“夹杂”在数据中的干扰信号“剔除”，从而反映出真实的现场数据。基于这种技术的滤波器，精度更高、稳定性更好，而且更为灵活。FIR(有限长单位脉冲响应)滤波器采用的就是数字滤波技术，它能够在幅度特性任意设定的情况下，对线路的相位信息进行精确测量，完全不用去考虑系统运行的稳定性。

2.2抗工频干扰的增量测量法

现场测定线路参数时，不可能将其他线路停止运行，而且只要是运行中的线路势必会通过磁场的作用，在待测线路上形成数值正比于运行线路电流以及线路间互感值的感应电动势，这种情况就相当于在待测线路上纵向串联一个电动势Eg。在理想情况下(待测线路参数完全对称且完全换位)，可以将该电动势看作是一个零序电压。实际线路参数测定过程中，需要对零序参数进行测量时，一定要在工频干扰电压消除的前提下进行。这里给出一种削弱工频干扰的方法--增量法：根据上图可以得出，nngU=zI+E000上式中，Eg表示整个系统中其他运行中的线路对待测线路所形成的等效零序感应电压，该电压值对于待测线路而言属于干扰信号。对上式进行增量运算，可得：n00n0g∆U=z∆I+∆E其中，干扰电压Eg只与系统中其他运行线路的潮流大小以及方向有关，如果测量时间非常短，那么就可以简单的认为该电压的大小及相位均保持不变，也就是说g∆E的值等于0。所以，000=nnUzI上式即抗工频干扰增量测量法的基本理论。

3电力系统接地电阻测量方法

电力线路接地装置是整个电力系统安全运行的保障，对接地电阻数值进行测量是校核接地装置是否达标，是否符合规程要求的一个必要措施。三极法是一种传统的接地电阻测量方法，这种方法最大的优势就在于测量精确度高。虽然国家电力行业制定了一系列的特性参数测量标准，但在实际应用过程中还是出现了很多问题。钳表法是经传统接地电阻测量方法改进得到的一种杆塔接地电阻测量方法，这种方法之所以能够得到广泛的应用，主要是因为其在进行实际测量时不再需要进行电流极、电压极引线的设置，同时也不再需要另外设置电源，整个测量过程只需要将钳表夹在线路杆塔接地线或者接地体上，就可以完成接地电阻的测量。

3.1三极法测量接地电阻

以半球形接地极为例，规定电流极C、电压极P，并在接地体G与电流极C之间注入电流I。该接地体的半径设置为a，根据叠加原理就可以得到：在接地极G处注入电流I后，就会在接地极G与电压极P之间形成一定的电位差V’：''''-22GPIIVaDρρππ=电流极C流经电流I后，使得接地极G与电压极P之间形成电位差V’’：''''''''-22PCIIVaDρρππ=+故得到接地极G与电压极P之间的电压V等于：1111''''''''''''(--)2GPGCPCIVVVaDDDρπ=+=+从而，接地电阻R等于：1111(--)2GPGCPCVRIaDDDρπ==+此时就可以计算出半球形接地电极实际的接地电阻R0的数值：02Raρπ=两个阻值的比值为：0(1--)GPGCPCRaaaRDDD=+计算可得，实验测量误差00(R-R)/R为：00-GPGCPCRRaaaRDDD=+�

3.2钳表法测量接地电阻

这种方法之所以能够得到广泛的应用，主要是因为其在进行实际测量时不再需要进行电流极、电压极引线的设置，同时也不再需要另外设置电源，整个测量过程只需要将钳表夹在线路杆塔接地线或者接地体上，就可以完成接地电阻的测量，最大程度的降低的系统布线难度。实际上每一个杆塔相互之间均是通过避雷线来共同构成并联回路的，每一个杆塔可以看作是整个并联网络中的一个支路。并联电路理论告诉我们，并联电阻的总阻值并不是每一个电阻值的相加，如果架设杆塔接地电阻值为Rj，那么整个并联网络的总阻值就是所有接地电阻的并联值，即R0=R1//R2//R3//...//Rn。在实际电网中，一个电力线路的杆塔数量通常情况下均比较多，也就是上式中的n值较大，因此就可以近似的得到R0远小于jR。在使用钳表法进行接地电阻的测量时，通常使用的测量频率是50Hz。之所以使用这个频率进行测量，主要是为了避开工频干扰，以得到更为精确的测量值。钳表结构中有两个线圈电路，其中一个称之为电流线圈，主要作用是给测量提供电源E，类似于变压器的作用。在杆塔数量较多的情况下，R0远小于jR，所以可以得到R近似等于jR，此时钳表上所显示出来的数值即使杆塔接地电阻jR的值。

4接地电阻测试仪的重要性

接地电阻测试仪是用来检测仪器间对地接地电阻数据的，在实际电气安全检查以及大型接地工程现场随处可见。通常情况下，接地电阻需要与耐压测试仪等仪器仪器使用，以完成现场综合测试任务。双钳多功能接地电阻测试仪已经广泛应用于仪器对地接地电阻测量，使用这种仪器进行电力线路杆塔接地电阻测量非常方便，而且所得到的测量结果准确度较高。但是使用该仪器进行架空地线高压线路测量时，只允许从待测杆塔存在一条接地引下线。假设各个塔脚之间电网出现断开情况，那么就需要将其余各脚的接地引下线拆开，使用临时线进行测量。

作者：高宝森      单位：山西省电力公司信息通信公司