特高壓交流輸電線路工頻參數(shù)測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用

1、第 33卷 第 10期 電 網(wǎng) 技 術(shù) V ol. 33 No. 10 2009年 5月 Power System Technology May 2009 文章編號(hào):1000-3673(2009 10-0059-04 中圖分類號(hào):TM934 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 學(xué)科代碼:4704017特高壓交流輸電線路工頻參數(shù)測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用 劉遵義,盧明,呂中賓,郜洪亮,余曉鵬,孫新良,閆東(河南電力試驗(yàn)研究院,河南省 鄭州市 450052Power Frequency Parameter Measurement Technology forUHV Transmission Lines and Its Appli

2、cationLIU Zun-yi, LU Ming, L Zhong-bin, GAO Hong-liang, YU Xiao-peng, SUN Xin-liang, YAN Dong (Henan Electric Power Research Institute, Zhengzhou 450052, Henan Province, China ABSTRACT: Based on power-frequency varying vector method and parallel compensatory voltage lift technology, a new approach t

3、o measure transmission-line parameters, that can resist interference voltage comprehensively, is proposed. As for the proposed method, using the -shape model for one-terminal measurement and taking distributed parameter characteristic of transmission line into account, the interaction between impeda

4、nce and capacitive reactance of transmission line can be determined by use of one-terminal measured data. In the proposed method, the variance coefficient is taken as the index to judge whether the measured result is creditable. Actual measured results and calculation results of power-frequency para

5、meters of UHV AC transmission line show that the proposed method is feasible and effective.KEY WORDS: power-frequency varying vector method; parallel compensatory voltagelift technology ; distributed parameters ; -shape model for one-terminal measurement; variance coefficient摘要:文章提出一種綜合抗干擾電壓的線路參數(shù)測(cè)量新

6、方 法, 該方法基于工頻變向量法和并聯(lián)補(bǔ)償加壓技術(shù), 采用單 端測(cè)量 模型,計(jì)及線路分布參數(shù)特性,僅用單端測(cè)量數(shù)據(jù) 就可得出線路阻抗和容抗間的相互影響。 該方法采用變異系 數(shù)作為判別測(cè)量結(jié)果是否可信的指標(biāo)。 對(duì)特高壓交流輸電線 路工頻參數(shù)的實(shí)測(cè)與計(jì)算結(jié)果表明, 文中所提出的方法有效 可行。關(guān)鍵詞:工頻變向量法;并聯(lián)補(bǔ)償加壓技術(shù);分布參數(shù);單 端測(cè)量 模型;變異系數(shù)0 引言線路工頻參數(shù)是特高壓交流輸電系統(tǒng)相關(guān)計(jì)算 和設(shè)備校核的基本參數(shù)。 特高壓交流輸電線路較長(zhǎng), 沿途地理環(huán)境多變,理論上難以準(zhǔn)確得出線路工頻 參數(shù),必須實(shí)測(cè)。周圍已經(jīng)運(yùn)行的帶電線路或多或 少地會(huì)對(duì)新線路產(chǎn)生干擾電壓。 受干擾電壓的

7、影響, 采用傳統(tǒng)的工頻法 1測(cè)量線路工頻參數(shù)時(shí)并不總是 有效。因此,在確保安全的前提下,消除干擾電壓 的影響是測(cè)量線路工頻參數(shù)的關(guān)鍵問題之一。 為了消除固定干擾電壓的影響, 文獻(xiàn) 2提出了 倒相法,文獻(xiàn) 3-4提出了輪相法。當(dāng)干擾電壓較大 時(shí),倒相法和換相法的有關(guān)假設(shè)與實(shí)際不符,不能 消除干擾電壓的影響。 文獻(xiàn) 5提出了工頻變向量法 并用于實(shí)際,有效消除了固定干擾電壓的影響。文 獻(xiàn) 6提出了干擾法并用于線路零序自阻抗實(shí)際測(cè) 量,文獻(xiàn) 7-10均是在文獻(xiàn) 6的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 帶電在線測(cè)量方法。 文獻(xiàn) 8提出用干擾法測(cè)量線路 零序自電納,并采用干擾法和增量法進(jìn)行了實(shí)際測(cè) 量。采用干擾法進(jìn)行零序參

8、數(shù)測(cè)量的前提是干擾既 不能太大也不能太小。 文獻(xiàn) 7,9將 GPS 接收器和微 處理器等集成在一起,構(gòu)成一體化的在線測(cè)量裝 置,實(shí)現(xiàn)了同步測(cè)量。傳統(tǒng)的提高信噪比法是以提高試驗(yàn)電源輸出 功率為代價(jià)的,使施加的電壓遠(yuǎn)大于干擾電壓,以 獲得較高的信噪比。顯然,當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)電源輸出容 量一定時(shí),其抑制工頻干擾電壓的能力有限。 異頻法是一種新的減小工頻干擾的方法 11-13。 在實(shí)際應(yīng)用中,如果工頻干擾信號(hào)偏離 50 Hz且遠(yuǎn) 大于異頻信號(hào),需采取特殊措施才能將測(cè)量誤差控 制在一定范圍內(nèi)。封閉式異頻線路參數(shù)測(cè)試儀只有 通過全面的校準(zhǔn)后才能使用。整循環(huán)換位的輸電線路常等效為 模型線路, 并 考慮分布參數(shù)特性

9、 9-15。 此種情況下, 如何處理測(cè)量 數(shù)據(jù),成為線路工頻參數(shù)測(cè)量的另一個(gè)關(guān)鍵問題。60 劉遵義等:特高壓交流輸電線路工頻參數(shù)測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用 Vol. 33 No. 10為了簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理,常常假設(shè)線路容抗遠(yuǎn)大于 阻抗 1-8。 對(duì)于長(zhǎng)線路而言, 這種假設(shè)誤差較大。 文 獻(xiàn) 9提出了計(jì)及電容影響的線路互參數(shù)計(jì)算方法; 文獻(xiàn) 10采用干擾法并根據(jù)被試線路 4種狀態(tài)的測(cè) 試數(shù)據(jù)同時(shí)求取線路阻抗和導(dǎo)納參數(shù),由于該方法 的試驗(yàn)狀態(tài)為線路首末端均開路,如果該狀態(tài)下靜 電感應(yīng)電壓過高,則該方法要慎用;文獻(xiàn) 14提出 了計(jì)及阻抗影響的線路電容測(cè)量計(jì)算方法。對(duì)于一 般長(zhǎng)度的線路,文獻(xiàn) 15采用等值電路,考慮了

10、阻 抗與容抗互相影響的關(guān)系,并通過迭代算法求取線 路參數(shù),在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。本文提出了一種新的特高壓交流輸電線路工 頻參數(shù)測(cè)量方法。采用綜合抗干擾電壓技術(shù),以單 端測(cè)量 模型為等值電路,僅用單端測(cè)量數(shù)據(jù)就可 得出線路阻抗和容抗間的相互影響。提出了判別測(cè) 量結(jié)果是否可信的指標(biāo)參數(shù)即變異系數(shù)。將該方法 應(yīng)用于我國(guó)特高壓交流輸電線路工頻正序和零序 參數(shù)測(cè)量中,取得了很好的效果。1 綜合抗干擾電壓技術(shù)測(cè)量線路零序參數(shù)時(shí),為了減少干擾電壓的影 響, 在不同接線方式下, 始終以線路首端儀用 220V 電源電壓為參考,采用并聯(lián)補(bǔ)償加壓技術(shù)提高試驗(yàn) 電壓,通過輪相實(shí)現(xiàn)工頻變向量法測(cè)量。并聯(lián)補(bǔ)償 加

11、壓技術(shù),就是根據(jù)加壓目標(biāo)水平、試驗(yàn)電源系統(tǒng) 的原有容量和線路參數(shù)理論概略值,選擇合適的補(bǔ) 償電容器與試驗(yàn)電源并聯(lián),使得試驗(yàn)電壓升高后試 驗(yàn)電源系統(tǒng)與并聯(lián)補(bǔ)償電容器的總輸出容量增大, 以獲得高電壓、大電流,從而提高試驗(yàn)測(cè)量信號(hào)的 信噪比。2 單端測(cè)量 模型計(jì)算方法正序參數(shù)的單端測(cè)量等值電路如圖 1所示。圖 中:+S1U和 S1I + 分別為末端三相短接且首端施加三相 電壓時(shí),在首端測(cè)得的正序電壓和電流基波向量;S2U+ 和 S2I + 分別為末端三相斷開且首端施加三相電 壓時(shí),在首端測(cè)得的正序電壓和電流基波向量;md+ . + . 圖 1 正序 參數(shù)測(cè)量等值電路Fig. 1 Equivalent

12、 circuit for positive-sequenceparameters measurementZ 1為正序阻抗, Y 1為正序?qū)Ъ{。并有sd sdyx sd 1(20 r r t =+ (1 md mdyx md 1(20 r r t =+ (2式中:r sdyx 和 r mdyx 分別為首端單相引線和末端導(dǎo)線 至中性點(diǎn)單相引線 20時(shí)的電阻, ; t sd 和 t md 分別 為試驗(yàn)期間首端和末端的平均溫度,; 為試驗(yàn)連接引線的電阻溫升系數(shù)。令 +S1S1sd1/UI r b = , +S2S2/U I sd 21/r b =, 12/1/Y y =, 112/1/Z Y x +=

13、, 則由圖 1可得2x y b += (32md 1md 22(120r b r b y y b += (4聯(lián)合求解式 (3(4,即可求出 Z 1和 Y 1。同理, 用 Z 0、 Y 0、 S1U 、 S1I 、 S2U 和 S2I 分 別替代圖 1中的 Z 1、 Y 1、 S1U+ 、 S1I + 、 S2U + 和 S2I + ,即 可求出零序阻抗 Z 0和零序?qū)Ъ{ Y 0。其中:S1U 和 S1I 分別為末端三相接地且首端三相短接后輪相 施加單相電壓時(shí),在首端測(cè)得的單相電壓和電流基波相量變化量; S2U 和 S2I 分別為末端三相斷開且 首端三相短接后輪相施加單相電壓時(shí),在首端測(cè)得 的單

14、相電壓和電流基波相量變化量。3 計(jì)及分布參數(shù)特性的線路單位長(zhǎng)度工頻 序參數(shù)計(jì)算方法計(jì)及分布參數(shù)特性的被試線路序參數(shù)等值 模 型的阻抗和導(dǎo)納為i i Z Z =, i =0,1 (5 2i i Y Y=, i =0,1 (6式中:Z i 為實(shí)測(cè)序阻抗; Y i 為實(shí)測(cè)序?qū)Ъ{; i Z 為單位長(zhǎng)度序阻抗; i Y 為單位長(zhǎng)度序?qū)Ъ{; l 為線路全 長(zhǎng)。 用解析法聯(lián)合求解式 (5(6, 即可求出計(jì)及分布 參數(shù)特性的線路單位長(zhǎng)度序阻抗和序?qū)Ъ{。4 變異系數(shù)測(cè)量計(jì)算參數(shù) X 時(shí), 如果根據(jù)不同樣本求得該參數(shù)分別為 X i (i =1,2, , N , N 3 ,則參數(shù) X 的變異 系數(shù)為100%=(7式

15、中 為參數(shù) X 的均值。當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)誤差小、線路模型和算法準(zhǔn)確時(shí),第 33卷 第 10期 電 網(wǎng) 技 術(shù) 61 變異系數(shù)小是測(cè)量結(jié)果可信的充要條件。5 特高壓交流輸電線路工頻參數(shù)實(shí)測(cè)與計(jì)算采用本文提出的方法, 對(duì) 1 000 kV長(zhǎng)南 I 線 (全長(zhǎng) 358.65 km和 1 000 kV南荊 I 線 (全長(zhǎng) 281.28 km進(jìn)行了工頻參數(shù)測(cè)量,測(cè)量數(shù)據(jù)如表 14所示,其中:r sdyx =r mdyx =0.108 94 ; =0.003 82?？鄢€電阻后的參數(shù)如表 5、 6所示。表中計(jì)及分布參數(shù)特性的線路單位長(zhǎng)度參數(shù)為折算到環(huán)境溫度為 20、頻率為 50 Hz時(shí)的值。就長(zhǎng)度較長(zhǎng)的長(zhǎng)南

16、I 線,由表 5可知,由于沒有考慮線路阻抗與容抗之間的相互影響,采用傳統(tǒng)法所得線路的正序電阻比實(shí)際增大了 15.87%,正序電抗增大了 8.05%,正序電容增大了 4.0%。同理,由表 6可知, 采用傳統(tǒng)法所得線路的零序電阻比實(shí)際增大了 31.34%,零序電抗增大了 14.63%,零序表 1 線路末端三相短接時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù) (正序 Tab. 1 Measuring data from line-end whenits three-phase short-circuit (positive-sequence長(zhǎng)南 I 線 (t sd =28.000, t md =28.250, f =49.990

17、Hz南荊 I 線 (t sd =25.500, t md =29.000, f =49.986 Hz序正序電流 /A 正序電壓 /V 正序電流 /A 正序電壓 /V1 18.12 160.07 1 871 72.24 17.88 82.27 1 361170.072 10.31 52.79 1 052 34.97 12.27 1.98 933 85.753 5.27 43.99 538 43.74 8.17 23.15 621 110.824 17.35 24.79 1 767 112.56 18.35 104.41 1 416 16.665 12.71 149.36 1 295 122.92

18、15.44 111.27 1 173 160.956 7.55 90.65 770 178.23 9.77 71.05 743 16.63表 2線路末端三相斷開時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù) (正序 Tab. 2 Measuring data from line-end when its three-phase open-circuit (positive-sequence長(zhǎng)南 I 線 (t sd =28.000, t md =28.250, f =49.990 Hz南荊 I 線 (t sd =25.500, t md =29.000, f =49.986 Hz序正序電流 /A 正序電壓 /V 正序電流 /A

19、正序電壓 /V7 5.45 90.43 3 322 179.33 5.27 23.004 112 113.348 3.95 7.85 2408 82.38 4.40 52.683 431 142.979 2.73 82.21 1 667 172.493.27 63.882 549 26.5110 5.24 61.89 3 199 152.095.21 21.744 057 112.0611 4.49 70.06 2 743 20.21 4.70 21.653 660 111.9212 2.96 16.95 1 810 73.28 3.21 157.202 499 66.88表 3 線路末端三相

20、接地時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù) (零序 Tab. 3 Measuring data when its three-phase grounded in line-end (zero-sequence長(zhǎng)南 I 線 (t sd =29.500, t md =33.000, f =49.991 Hz序號(hào) 零序電流 變化量 /A 零序電壓變化量 /V零序電流變化量 /A零序電壓 變化量 /V13 10.33 112.53 3 269 172.38 10.69 3.942 294 74.7614 10.37 7.15 3 266 68.82 10.93 124.38 2 372 45.9915 10.40 127.53

21、 3 327 51.74 10.74 114.75 2 308 167.31表 4線路末端三相斷開時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù) (零序 Tab. 4 Measuring data when its three-phase open-circuit in line-end (zero-sequence長(zhǎng)南 I 線 (t sd =29.500,t md =33.000, f =49.991 Hz南荊 I 線 (t sd =25.000, t md =26.750, f =49.995 Hz 序號(hào) 零序電流變化量 /A零序電壓變化量 /V零序電流變化量 /A零序電壓 變化量 /V 163.22 71.71 2 99

22、8 162.09 3.27 168.90 3 981 79.08173.25 166.45 3 022 75.80 3.28 49.04 3997 40.7183.14 46.87 2 914 43.55 3.28 71.18 4 000 161.03表 5正序參數(shù)計(jì)算結(jié)果Tab. 5 Calculation results of positive-sequence parameters長(zhǎng)南 I 線 南荊 I 線計(jì)算方法及所得參數(shù)正序電阻正序電抗正序電納正序電阻正序電抗正序 電納 本文方法所得平均值(阻抗 / ;電納 /S3.29594.490.001 5742.55272.70.001 25

23、3本文方法所得變異系數(shù) /%(阻抗 /( km1 ;電納 /(Skm10.009 3890.270 24.3331060.009 1180.262 54.423106傳統(tǒng)法 1,5所得結(jié)果(阻抗 / ;電納 /S3.818102.10.001 6372.78976.170.001 283表 6零序參數(shù)計(jì)算結(jié)果Tab. 6 Calculation results of zero-sequence parameters長(zhǎng)南 I 線 南荊 I 線計(jì)算方法及所得參數(shù)零序電阻零序電抗零序電納零序電阻零序電抗零序 電納 本文方法所得平均值(阻抗 / ;電納 /S59.79 267.90.000 998 6

24、 36.98 195.50.000 787 4本文方法所得變異系數(shù) /%2.57 0.570.16 2.7 0.5 0.06 線路單位長(zhǎng)度參數(shù)(阻抗 /( km1 ;電納 /(Skm10.175 70.7804 2.7211060.135 6 0.712 62.763106傳統(tǒng)法 1,5所得結(jié)果 (阻抗 / ;電納 /S78.53 307.10.001 076 43.32 211.10.000 820 2電容增大了 7.75%。這表明,傳統(tǒng)法所得結(jié)果誤差 很大。表 5、 6中所列參數(shù)的變異系數(shù)較小,表明 由單端測(cè)量 模型計(jì)算方法所得的結(jié)果準(zhǔn)確可信。 另外,本文作者采用廣域雙端同步測(cè)量技術(shù)所測(cè)得

25、 的線路參數(shù)與單端測(cè)量 模型計(jì)算方法所得結(jié)果一 致。因此,單端測(cè)量 模型計(jì)算方法可完全取代廣 域雙端同步測(cè)量計(jì)算方法。綜上所述,采用本文所提出的測(cè)量和數(shù)據(jù)處理 計(jì)算方法,已準(zhǔn)確測(cè)得了長(zhǎng)南 I 線和南荊 I 線的工 頻序參數(shù)。6 結(jié)論1本文在工頻變向量法基礎(chǔ)上,采用并聯(lián)補(bǔ)62 劉遵義等:特高壓交流輸電線路工頻參數(shù)測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用 Vol. 33 No. 10償加壓技術(shù),提出了一種綜合抗干擾電壓的線路參 數(shù)測(cè)試新方法。在計(jì)及分布參數(shù)特性的基礎(chǔ)上,提 出了輸電線路的單端測(cè)量 模型計(jì)算方法。提出了 判別測(cè)量結(jié)果是否可信的變異系數(shù)。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果 表明,本文所提出的方法有效可行。2準(zhǔn)確測(cè)得了 1 000 k

26、V長(zhǎng)南 I 線和 1 000 kV南荊 I 線工頻參數(shù),為我國(guó)首期特高壓交流輸電系 統(tǒng)提供了基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)。3在未來(lái)特高壓交流輸電線路工頻序參數(shù)測(cè) 量時(shí),可采用單端測(cè)量 模型計(jì)算方法。參考文獻(xiàn)1 李建明,朱康.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法 M.北京:中國(guó)電力出版 社, 2001.2 鄭玉成,魏國(guó)平.雙回輸電線路間互感參數(shù)的測(cè)量 J.河北電力 技術(shù), 1989, 8(1:38-40.Zheng Yucheng, Wei Guoping. Measurement of mutual inductance parameters between double-circuit linesJ. Hebei Elec

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