輸電線工頻參數(shù)的測量方法

1.概述

在電力系統(tǒng)保護整定計算過程中，需要獲得準確的一次設(shè)備的參數(shù)。對于輸電線路(包括架空線和電纜)的參數(shù)，雖然可以通過理論計算獲取，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，計算值難以準確。所以規(guī)程規(guī)定，新線路(包括破口線路)在投運前均應實測參數(shù)。本文介紹一些簡單、實用的電力線參數(shù)測量方法。

輸電線工頻參數(shù)包括正序阻抗、負序阻抗、零序阻抗、正序電容和零序電容。輸電線是靜止元件，其正、負序阻抗相同。電力系繞正常運行時，電源是對稱的，所以測量工頻參數(shù)時，所用的試驗電源必須對稱，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、核對相位外，還應測量各種工頻參數(shù)值，以作為計算系統(tǒng)短路電流、繼電器保護整定、推算潮流分布和選擇合理運行方式等工作的實際依據(jù)。一般應測得參數(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。對于同桿架設(shè)的許多回路或距離較近、平行段較長的線路，還應測量耦合電容和互感阻抗。

2.工頻參數(shù)的測量方法

2.1正序阻抗Z1測量

接線如圖1。測量方法：將線路末端三相短路(短路線應有足夠的截面，且連接可靠)，在線路始端加上三相工頻電源，用電壓表測量始端相線之間的電壓，用電流表測量每相電流，用功率表測量功率，。對于正序阻抗，三相的阻抗值相同，在測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可采用兩個功率表測三相功率的方法。

圖1 正序阻抗測量接線圖

計算公式：Z1 = U1/ (根號下3 I1)

其中：U1=(U11+U12+U13)/3，

I1=(I11+I12+I13)/3;R1=P/(3I12)，其中P=P1+P2，P1應為負值;

φ1=arccos (R1/Z1)

以上各式中，U11，U12，U13：電壓表V1，V2，V3的讀數(shù),測量的值均為線電壓。I11，I12，I13：電流表A1，A2，A3的讀數(shù)，測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測量

測量方法：零序阻抗測量時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，表計檔位都準確后讀數(shù)記錄，同時應注意相鄰線路造成的零序還感應電勢，常對零序阻抗的測量造成偏差，所以加壓前應先測試一下線路上的零序感應電動勢，若感應電動勢達到所施加的零序電壓的5%以上時，應采取矯正措施，一般無特殊原因，零序阻抗約為正序阻抗的3倍。

圖2 零序感應電動勢測量接線圖

由于每個變電站往往不止一回出線，線路途中也可能遇到其他線路，所以有時會有較大的感應電動勢Ug，Ug的測量方法如圖3。若在測量中不把Ug考慮進去，最后的計算結(jié)果可能與實際值相差甚遠。為此可采取正、反向電壓測量法(圖2)，首先將隔離變壓器的輸出a接上線路，輸出b接地，測得U01，I01和P01;然后將輸出a接地，輸出b接線路，測得U02，I02和P02，保證I02=I01。在測零序阻抗的過程中，應盡可能快，因為在短時間內(nèi)，認為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 測量感應電壓接線圖

圖4 零序阻抗測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，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的測量

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

圖5 平行線互感的測量

Z0m的值應為零序阻抗的30%～ 70%。實際操作時，這一項目可在測兩條線零序阻抗時任一過程中完成。

2.4正序電容C1的測量

接線如圖6，線路末端處于三相開路狀態(tài)，通過隔離變壓器對線路施加三相對稱正序電源。測得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 正序電容測量接線圖

2.5零序電容C0的測量

接線如圖7，測量方法：將線路末端開路，始端三相短接，在始端用隔離變壓器對線路加入單相電壓，測得U0和I0。一般無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 零序電容測量接線圖

3結(jié)束語

3.1對于平行線路的，必須在試驗開始前測量線路感應電壓值，測量時必須佩帶絕緣手套，穿絕緣靴。在有感應電壓的線路上測試時，必須將另一回線路同時停電，方可進行試驗，以保證測試工作的安全及測量的準確度。 測試前，首先將被測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。測量用的導線應使用絕緣導線，其端部應有絕緣套，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對地是否還有感應電壓。

3.2 測試用的設(shè)備和儀表應根據(jù)試驗電壓和測試參數(shù)的估算值進行適當選擇，表計的準確度一般不低于0.5級。測量時應記錄線路兩側(cè)的溫度、濕度和氣候條件及試驗中的異常情況。

參考文獻：

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

[2] 吳希再.電力工程【M】.武漢：華中理工大學出版社.1997.