輸電線工頻參數(shù)的測(cè)量方法

1.概述

在電力系統(tǒng)保護(hù)整定計(jì)算過(guò)程中，需要獲得準(zhǔn)確的一次設(shè)備的參數(shù)。對(duì)于輸電線路(包括架空線和電纜)的參數(shù)，雖然可以通過(guò)理論計(jì)算獲取，但由于受線路所經(jīng)環(huán)境、 地質(zhì)情況和架設(shè)方式等影響，計(jì)算值難以準(zhǔn)確。所以規(guī)程規(guī)定，新線路(包括破口線路)在投運(yùn)前均應(yīng)實(shí)測(cè)參數(shù)。本文介紹一些簡(jiǎn)單、實(shí)用的電力線參數(shù)測(cè)量方法。

輸電線工頻參數(shù)包括正序阻抗、負(fù)序阻抗、零序阻抗、正序電容和零序電容。輸電線是靜止元件，其正、負(fù)序阻抗相同。電力系繞正常運(yùn)行時(shí)，電源是對(duì)稱的，所以測(cè)量工頻參數(shù)時(shí)，所用的試驗(yàn)電源必須對(duì)稱，相序必須與變電站的工作電源隔離，通常使用隔離變壓器隔離。新建高壓輸電線路在投入之前，除了檢查線路絕緣情況、核對(duì)相位外，還應(yīng)測(cè)量各種工頻參數(shù)值，以作為計(jì)算系統(tǒng)短路電流、繼電器保護(hù)整定、推算潮流分布和選擇合理運(yùn)行方式等工作的實(shí)際依據(jù)。一般應(yīng)測(cè)得參數(shù)有直流電阻、正序阻抗、零序阻抗、相間電容、正序電容和零序電容。對(duì)于同桿架設(shè)的許多回路或距離較近、平行段較長(zhǎng)的線路，還應(yīng)測(cè)量耦合電容和互感阻抗。

2.工頻參數(shù)的測(cè)量方法

2.1正序阻抗Z1測(cè)量

接線如圖1。測(cè)量方法：將線路末端三相短路(短路線應(yīng)有足夠的截面，且連接可靠)，在線路始端加上三相工頻電源，用電壓表測(cè)量始端相線之間的電壓，用電流表測(cè)量每相電流，用功率表測(cè)量功率，。對(duì)于正序阻抗，三相的阻抗值相同，在測(cè)量三相線之間的電壓、電流后，即可算出阻抗。為獲得電阻R1、電抗X1和阻抗角φ1可采用兩個(gè)功率表測(cè)三相功率的方法。

圖1 正序阻抗測(cè)量接線圖

計(jì)算公式：Z1 = U1/ (根號(hào)下3 I1)

其中：U1=(U11+U12+U13)/3，

I1=(I11+I12+I13)/3;R1=P/(3I12)，其中P=P1+P2，P1應(yīng)為負(fù)值;

φ1=arccos (R1/Z1)

以上各式中，U11，U12，U13：電壓表V1，V2，V3的讀數(shù),測(cè)量的值均為線電壓。I11，I12，I13：電流表A1，A2，A3的讀數(shù)，測(cè)量的值均為每一相的電流。P1，P2：功率表W1，W2的讀數(shù)。

2.2零序阻抗Z0測(cè)量

測(cè)量方法：零序阻抗測(cè)量時(shí)將線路末端三相短路接地，始端三相短路接單相交流電源，調(diào)整調(diào)壓器使所施加電壓、電流盡可能大，表計(jì)檔位都準(zhǔn)確后讀數(shù)記錄，同時(shí)應(yīng)注意相鄰線路造成的零序還感應(yīng)電勢(shì)，常對(duì)零序阻抗的測(cè)量造成偏差，所以加壓前應(yīng)先測(cè)試一下線路上的零序感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，若感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到所施加的零序電壓的5%以上時(shí)，應(yīng)采取矯正措施，一般無(wú)特殊原因，零序阻抗約為正序阻抗的3倍。

圖2 零序感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)測(cè)量接線圖

由于每個(gè)變電站往往不止一回出線，線路途中也可能遇到其他線路，所以有時(shí)會(huì)有較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ug，Ug的測(cè)量方法如圖3。若在測(cè)量中不把Ug考慮進(jìn)去，最后的計(jì)算結(jié)果可能與實(shí)際值相差甚遠(yuǎn)。為此可采取正、反向電壓測(cè)量法(圖2)，首先將隔離變壓器的輸出a接上線路，輸出b接地，測(cè)得U01，I01和P01;然后將輸出a接地，輸出b接線路，測(cè)得U02，I02和P02，保證I02=I01。在測(cè)零序阻抗的過(guò)程中，應(yīng)盡可能快，因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi)，認(rèn)為Ug的相位與幅值是不變的。為求得零序電壓Ug，可做出向量圖，如圖4(c)。

圖3 測(cè)量感應(yīng)電壓接線圖

圖4 零序阻抗測(cè)量等值電路及向量圖

由于Z0固定，兩次所加電流大小相等，所以θ1=θ2=θ，UZ1=UZ2=U0，依照三角關(guān)系得

Ug2=U012+U02-2U01U0cos θ，(2-1)

Ug2= U022+U02-2U02U0cos θ，(2-2)

整理式(2-1)和式(2-2)后得

則Z0=3U0/I0;

又因 φ01 =arccos[P01/(I0U01)];

φ02 =arccos[P02/(I0U02)];

則φ0 =(φ01+φ02)/2;

R0 =Z0cos φ0;

X0 =Z0sin φ0;

由此可見(jiàn)，輸電線的零序阻抗比正序阻抗大，一般是3倍左右。這一方面是由于3倍零序電流通過(guò)大地返回，大地電阻使線路每相等值電阻增大;另一方面，由于三相零序電流同相位，每一相零序電流產(chǎn)生的自感磁通與來(lái)自另兩相的零序電流產(chǎn)生的互磁通互相助增，使每相的等值電感增大。

2.3零序互感Z0m的測(cè)量

對(duì)于平行架設(shè)的輸電線，還應(yīng)該測(cè)量它們之間的零序互感Z0m，接線如圖5所示。測(cè)量方法：將兩回線末端線路地開(kāi)關(guān)合上，始端分別三相短接，測(cè)得兩回線間的感應(yīng)電壓Ug′。在第一回線由隔離變壓器a側(cè)加入試驗(yàn)電源，b接地，測(cè)得第二回線的感應(yīng)電壓U01′;然后由b向第一回線加入電流I0′，a接地，測(cè)得第二回線的感應(yīng)電壓U02′，可得出以下公式：

圖5 平行線互感的測(cè)量

Z0m的值應(yīng)為零序阻抗的30%～ 70%。實(shí)際操作時(shí)，這一項(xiàng)目可在測(cè)兩條線零序阻抗時(shí)任一過(guò)程中完成。

2.4正序電容C1的測(cè)量

接線如圖6，線路末端處于三相開(kāi)路狀態(tài)，通過(guò)隔離變壓器對(duì)線路施加三相對(duì)稱正序電源。測(cè)得I1，I2，I3，U1，U2和U3。不難得出如下公式：

U= (U1+U2+U3) /3

I= ( I1+I2+I3) /3

C1=1/ (2πfXC1)

圖6 正序電容測(cè)量接線圖

2.5零序電容C0的測(cè)量

接線如圖7，測(cè)量方法：將線路末端開(kāi)路，始端三相短接，在始端用隔離變壓器對(duì)線路加入單相電壓，測(cè)得U0和I0。一般無(wú)特殊原因零序電容近似等于正序電容的2/3。

XC0=3U0/I0

C0=1/ (2πfXC0)

圖7 零序電容測(cè)量接線圖

3結(jié)束語(yǔ)

3.1對(duì)于平行線路的，必須在試驗(yàn)開(kāi)始前測(cè)量線路感應(yīng)電壓值，測(cè)量時(shí)必須佩帶絕緣手套，穿絕緣靴。在有感應(yīng)電壓的線路上測(cè)試時(shí)，必須將另一回線路同時(shí)停電，方可進(jìn)行試驗(yàn)，以保證測(cè)試工作的安全及測(cè)量的準(zhǔn)確度。 測(cè)試前，首先將被測(cè)線路三相短接并接地，充分放電，以釋放因線路電容積累的靜電量。測(cè)量用的導(dǎo)線應(yīng)使用絕緣導(dǎo)線，其端部應(yīng)有絕緣套，放電后拆除三相短路接地線之后，用高內(nèi)阻電壓表或靜電電壓表檢查各項(xiàng)對(duì)地是否還有感應(yīng)電壓。

3.2 測(cè)試用的設(shè)備和儀表應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)電壓和測(cè)試參數(shù)的估算值進(jìn)行適當(dāng)選擇，表計(jì)的準(zhǔn)確度一般不低于0.5級(jí)。測(cè)量時(shí)應(yīng)記錄線路兩側(cè)的溫度、濕度和氣候條件及試驗(yàn)中的異常情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 西南電業(yè)管理局試驗(yàn)研究所.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法【M】.水利出版社.1984.

[2] 吳希再.電力工程【M】.武漢：華中理工大學(xué)出版社.1997.