CN202929117U - 输电线路正序阻抗参数测量装置 - Google Patents

Abstract

一种输电线路正序阻抗参数测量装置，包括可调压电源（100）、电压互感器（200）、电流互感器（300）、测量***（400）；测量***（400）同时与被测输电线路的首末端相连，测量***（400）包括数据采集单元（410）、数据处理单元（420）、数据通信单元（430）和数据计算单元（440），数据采集单元（410）、数据处理单元（420）、数据通信单元（430）和数据计算单元（440）依次连接。实施本实用新型的输电线路正序阻抗参数装置时，在其他输电线路不停电状态下，通过采集被测输电线路的首末端电压电流，利用测量的正序电压和正序电流的谐波分量计算被测输电线路的正序阻抗，消除工频干扰对测量结果的影响，提高了输电线路正序阻抗测量结果的精确性和精度。

Description

输电线路正序阻抗参数测量装置

技术领域

本实用新型涉及电力输电线路参数测量技术领域，更具体地说，涉及一种输电线路正序阻抗参数测量装置。

背景技术

随着电力***规模的发展，发电厂、变电站出线增多，互感线路越来越多。

输电线路参数是短路计算、继电保护及自动化装置定值整定、部分保护元件正确动作和故障分析定位的基础参数，没有准确的线路参数很难保证上述计算结果的准确性，从而影响到电力***的安全、稳定、经济运行。

输电线路参数测量已有多年的历史，但传统的测量方法均是在线路停电时进行测试。受线路走廊所限和出于经济输电的目的，目前同杆并架双回线路、四回线路和有互感耦合的多回线路的日益增多。鉴于线路间的电磁耦合，被测输电线路即使停电，也会存在所谓的“干扰”，这使得传统方法即使在停电状态下对于此类输电线路也无法奏效。而对于现代电网来说，要为线路参数的正确测量而将所有互感耦合的线路停电，这几乎是不可行的。

因此，寻找一种新的输电线路参数测量方法，并研究相应的测量***装置，是电力***运行部门所急需的。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有测量装置测量互感线路的正序阻时需要将所有互感线路停电的缺陷，提供一种其他输电线路不用停电，测量精度高的输电线路正序阻抗参数测量装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种输电线路正序阻抗参数测量装置，包括可调压电源、电压互感器、电流互感器、测量***；

所述可调压电源用于向被测输电线路首端施加电压；

所述电压互感器和电流互感器分别接在被测输电线路首端三相与测量***之间，用于降低线路电压和电流；

所述测量***同时与被测输电线路的首末端相连，所述测量***包括数据采集单元、数据处理单元、数据通信单元和数据计算单元，所述数据采集单元、数据处理单元、数据通信单元和数据计算单元依次连接；

所述数据采集单元包括GPS天线与接收机、信号输入接线端子、信号变送器，所述被测输电线路的正序电压信号和正序电流信号分别经信号输入接线端子、信号变送器接入到数据处理单元，GPS天线的输出PPS信号与数据处理单元联接；

所述数据处理单元是DSP同步数据采集卡，GPS天线的输出PPS信号与DSP同步数据采集卡的DSP中断输入联接；

所述数据通信单元）包括双口RAM和PC卡，GPS天线的输出GPS串行时间信号输入到PC卡上的串口，DSP同步数据采集卡的采集的数据经双口RAM与PC卡联接。

所述数据计算单元根据测得的首端正序电压u_s(k)、正序电流i_s(k)和末端正序电流i_m(k)计算被测输电线路的正序阻抗参数。

在上述输电线路正序阻抗参数测量装置中，所述可调压电源为被测输电线路首端施加的电压为输电线路加压点所在变电站的三相交流工频电源电压。

在上述输电线路正序阻抗参数测量装置中，所述DSP同步数据采集卡利用GPS天线同步测量被测输电线路首末端电压电流。

在上述输电线路正序阻抗参数测量装置中，所述数据计算单元是中心计算机。

实施本实用新型提供的输电线路正序阻抗参数测量装置时，在其他输电线路不停电状态下，即存在工频干扰的情况下，通过采集被测输电线路的首末端正序电压和正序电流，利用测量的正序电压和正序电流的谐波分量计算被测输电线路的正序阻抗，即通过把工频量当成是谐波分量消除，从而消除工频干扰对测量结果的影响，大大提高了输电线路正序阻抗测量结果的精确性和精度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本适用新型正序阻抗参数测量装置接线图；

图2是本实用新型正序阻抗参数测量装置结构图；

图3是本实用新型图1和图2中测量***的测量过程原理图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型输电线路正序阻抗参数测量装置包括可调压电源100、电压互感器200、电流互感器300、测量***400。

可调压电源100接被测输电线路的首端，为被测输电线路首端施加输电线路加压点所在变电站的三相交流工频电源电压。

电压互感器200和电流互感器300分别接在被测输电线路首端三相与测量***之间。由于目前采用的测量***一般均无法直接测量高压信号，因此，采用电压互感器200和电流互感器300分别将高压输电线上的高压电压信号和电流信号转换为低压的电压信号和电流信号，以便测量***400可以正常使用。

测量***400同时与被测输电线路的首端和末端相连。测量***400包括数据采集单元410、数据存储单元420和数据处理单元430，且数据采集单元410、数据存储单元420和数据处理单元430依次相连。

数据采集单元410包括GPS天线与接收机、信号输入接线端子、信号变送器，所述数据处理单元420是DSP同步数据采集卡，所述被测输电线路的正序电压信号和正序电流信号分别经信号输入接线端子、信号变送器接入到DSP同步数据采集卡，GPS天线的输出PPS信号与DSP同步数据采集卡的DSP中断输入联接。具体在本实施方式中，从被测输电线路首末端输出的正序电压和正序电流信号经过隔离变换与模拟滤波环节后，经A/D变换后，由DSP数据采集卡进行处理；测量的统一启动时间有各测量点的工作人员利用测量计算机软件送入PC卡中，当PC卡接收到的GPS时间（导航时间）与整定时间一致时，个测量点的测量***在整定时间到来的情况下开始同步数据采样；DSP从串口读取GPS的是时间信息，在GPS天线发出的PPS信号的同步下控制A/D转换，并将A/D转换后的数据打上GPS时标。

数据通信单元430包括双口RAM和PC卡，GPS天线的输出GPS串行时间信号输入到PC卡上的串口，DSP同步数据采集卡的采集的数据经双口RAM与PC卡联接。具体在本实施方式中，上述打上GPS时标的数据临时存入双口RAM中，PC卡从双口RAM读取采样数据存入硬盘中，并以采样时的时间、线路的编号等特征作为本次测量的文件名。

数据计算单元440根据测得的首端正序电压u_s(k)、正序电流i_s(k)和末端正序电流i_m(k)计算被测输电线路的正序阻抗参数，具体在本实施方式中，数据处理单元440是中心计算机，当所有测量完成后，各测量点将所采集的数据通过INTERENET网或者MODEM送到指定的中心计算机中，由中心计算机汇总所有的采样数据后进行计算。

具体在本实施方式中，在对被测输电线路正序阻抗参数进行测量时，将被测输电线路停电，被测输电线路的末端三相短接，被测输电线路的首端施加输电线路加压点所在变电站的三相交流工频电源电压。通过采用GPS同步测量，将测得的被测输电线路的首端正序电压u_s(k)、正序电流i_s(k)和末端正序电流i_m(k)存入测量***400的存储器中或以文件的方式存入计算机的硬盘中，采用下述公式（1）、（2）、（3）进行计算，得到被测输电线路首末端正序电压和正序电流n次谐波的实部分量和虚部分量：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{snr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_s\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ U_{\mathrm{sni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_s\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{snr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{i}_s\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ I_{\mathrm{sni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{i}_s\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{mnr}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{i}_m\left(k\right)\cos \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\\ I_{\mathrm{mni}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{i}_m\left(k\right)\sin \left(n\frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right)\end{array}\right.---\left(3\right)$

上述各式中，U_snr为被测输电线路首端正序电压n次谐波的实部分量，U_sni为被测输电线路首端电压n次谐波的虚部分量；I_snr为被测输电线路首端正序电流n次谐波的实部分量，I_sni为被测输电线路首端电流n次谐波的虚部分量；I_mnr为被测输电线路首端正序电流n次谐波的实部分量，I_mni为被测输电线路首端电流n次谐波的虚部分量；N是每个采样周期的采样点数；k为采样时刻，u_s(k)、i_s(k)和i_m(k)为k时刻的采样数据。

按照上述公式（1）、（2）、（3），我们可以依次得到:

被测输电线路首端正序电压的n次谐波相量

为：

${\stackrel{\·}{U}}_{s\ln }=U_{\mathrm{snr}}+j{U}_{\mathrm{sni}}---\left(4\right)$

被测输电线路首端正序电流的n次谐波相量

为：

${\stackrel{\·}{I}}_{s\ln }=I_{\mathrm{snr}}+j{I}_{\mathrm{sni}}---\left(5\right)$

被测输电线路末端正序电流的n次谐波相量

为：

${\stackrel{\·}{I}}_{m\ln }=I_{\mathrm{mnr}}+j{I}_{\mathrm{mni}}---\left(6\right)$

得到上述各谐波相量后，可根据输电线长度分成两种情况计算n次谐波对应的正序阻抗Z_ln：

（1）当被测输电线路长度等于或大于100公里时，采用公式（7）计算被测输电线路n次谐波对应的正序阻抗，被测输电线路n次谐波对应的正序阻抗Z_ln为:

$Z_{\ln }=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{s\ln }}{\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\sin }+{\stackrel{\·}{I}}_{m\ln }}{2}}---\left(7\right)$

（2）当被测输电线路长度小于100公里时，采用公式（8）计算被测输电线路n次谐波对应的正序阻抗，被测输电线路n次谐波对应的正序阻抗Z_ln为:

$Z_{\ln }=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{s\ln }}{{\stackrel{\·}{I}}_{s\ln }}---\left(8\right)$

在得到n次谐波对应的正序阻抗后，可根据该n次谐波正序阻抗按照公式(9)转换成被测输电线路在工频时的正序阻抗Z_ln为：

$Z_l=\mathrm{real}\left(Z_{\ln }\right)+j\×\frac{\mathrm{imag}\left(Z_{\ln }\right)}{n}---\left(9\right)$

公式（9）中，real()是指取相量的实部分量，imag()是指取相量的虚部

分量。为消除工频干扰的影响，不能取工频量进行计算，即n≠1，取3次或5次谐波分量进行计算较为合适，即n=3或n=5谐波分量进行计算较为合适，即n=3或n=5。

为提高测量精度，可以取M个采样周期，即M×N个采样数据进行计算，得到M个正序阻抗Z_l的测量结果，再取这M个测量结果的平均值作为输电线路正序阻抗最终的测量结果，M≥1。

下面给出本实用新型的具体实施例：

设有两天有互感耦合的500kV互感线路Ⅰ和线路Ⅱ，线路Ⅰ为已投运的带电运行线路，线路Ⅱ为新建线路，线路Ⅱ长度为50km和100km两种情况。

现需要测量线路Ⅱ的正序阻抗。由于线路Ⅰ已投行，且在测量线路Ⅱ的参数时，线路Ⅰ不能停电。由于互感（即干扰）的影响，因此线路Ⅱ参数的测量将受到很大的影响。现采用本实用新型的正序阻抗参数测量装置进行测量。

利用MATLAB进行仿真。线路Ⅱ的精确参数如表所示。

在线路Ⅰ上加上2000V工频电压和300V的三次谐波电压，其中所加的三次谐波电压用于模拟实际线路加压时由于试验变等因素所产生的三次谐波电压。线路Ⅱ带电运行，线路Ⅱ两端的电压分别为220∠20°kV和220∠30°kV。

测量接线图如图1所示。

由于工频干扰（即互感）的影响，在测量线路Ⅱ的正序阻抗参数时，带电运行的线路Ⅰ将对测量结果产生影响。为消除此工频干扰的影响，只取测量数据中的三次谐波分量进行计算。

线路Ⅱ位50km

线路Ⅱ为50km时，利用公式（1）～（3）进行计算，得到被测输电线路首末两端正序电压和正序电流各次谐波的实部分量和虚部分量。再利用公式（4）～（6）计算得到被测输电线路首末两端电压和电流三次谐波的相量，得到线路Ⅱ首端的三次谐波正序电压为首端的三次谐波正序电流为

测量得到线路Ⅱ末端的三次谐波正序电流为

利用公式（7）计算得到被测输电线路三次谐波对应的正序阻抗Z_l3为：

利用公式（9）计算得到被测输电线路工频时的正序阻抗Z_l为：

$Z_l=\mathrm{real}\left(Z_{l3}\right)+j\×\frac{\mathrm{imag}\left(Z_{l3}\right)}{3}=2.4638+j14.3397\left(\mathrm{\Ω}\right)$

线路Ⅱ为50km时正序阻抗的精确参数为：

Z’_l＝50×(0.05+j0.2859)＝2.5000+j14.2950(Ω)

线路Ⅱ为50km时正序阻抗测量的相对误差为：

利用公式（8）计算得到被测输电线路三次谐波对应的正序阻抗Z_l3为：

利用公式（9）计算得到被测输电线路工频时的正序阻抗Z_l为：

$Z_l=\mathrm{real}\left(Z_{l3}\right)+j\×\frac{\mathrm{imag}\left(Z_{l3}\right)}{3}=2.4951+j14.4329\left(\mathrm{\Ω}\right)$

线路Ⅱ为50km时正序阻抗测量的相对误差为：

两者情况下的测量误差分别为0.26%和0.93%，可见，采用被测输电线路首末两端电流相量的平均值进行正序阻抗的计算，极大地提高了测量结果的精度。

（二）线路Ⅱ位100km

线路Ⅱ为100km时，利用公式（1）～（3）进行计算，得到被测输电线路首末两端正序电压和正序电流各次谐波的实部分量和虚部分量。再利用公式（4）～（6）计算得到被测输电线路首末两端电压和电流三次谐波的相量，测量得到的线路Ⅱ首端的三次谐波正序电压为

首端的三次谐波正序电流为

测量得到线路Ⅱ末端的三次谐波正序电流为

利用公式（7）计算得到被测输电线路三次谐波对应的正序阻抗Z_l3为：

利用公式（9）计算得到被测输电线路工频时的正序阻抗Z_l为：

$Z_l=\mathrm{real}\left(Z_{l3}\right)+j\×\frac{\mathrm{imag}\left(Z_{l3}\right)}{3}=5.1815+j28.8606\left(\mathrm{\Ω}\right)$

线路Ⅱ为100km时正序阻抗的精确参数为：

Z’_l＝100×(0.05+j0.2859)＝5.000+j28.590(Ω)

线路Ⅱ为100km时正序阻抗测量的相对误差为：

利用公式（8）计算得到被测输电线路三次谐波对应的正序阻抗Z_l3为：

利用公式（9）计算得到被测输电线路工频时的正序阻抗Z_l为：

$Z_l=\mathrm{real}\left(Z_{l3}\right)+j\×\frac{\mathrm{imag}\left(Z_{l3}\right)}{3}=5.4672+j\mathrm{2***4}\left(\mathrm{\Ω}\right)$

线路Ⅱ为100km时正序阻抗测量的相对误差为：

两者情况下的测量误差分别为0.26%和0.93%，可见，采用被测输电线路首末两端电流相量的平均值进行正序阻抗的计算，从而大大地提高了测量结果的精度。

上述实施例中，在其他输电线路不停电状态下，通过采集被测输电线路的首末端正序电压和正序电流，利用测量的正序电压和正序电流的谐波分量（主要是三次或五次谐波）计算被测输电线路的正序阻抗，把工频量当成是谐波分量滤出，从而消除了工频干扰对测量结果的影响，保证在其他输电线路不停电即存在工频干扰的情况下，准确测量被测输电线路的正序阻抗参数；直接利用变电站的工频电源进行加压，即使在干扰很大的情况下，也能进行测量；在被测输电线较长时，采用被测输电线路首末端电流相量的平均值进行计算，从而大大提高了测量结果的精度。

上述结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (4)

1.一种输电线路正序阻抗参数测量装置，其特征在于，包括可调压电源（100）、电压互感器（200）、电流互感器（300）、测量***（400）；

所述可调压电源（100）用于向被测输电线路首端施加电压；

所述电压互感器（200）和电流互感器（300）分别接在被测输电线路首端三相与测量***（400）之间，用于降低线路电压和电流；

所述测量***（400）同时与被测输电线路的首末端相连，所述测量***（400）包括数据采集单元（410）、数据处理单元（420）、数据通信单元（430）和数据计算单元（440），所述数据采集单元（410）、数据处理单元（420）、数据通信单元（430）和数据计算单元（440）依次连接；

所述数据采集单元（410）包括GPS天线与接收机、信号输入接线端子、信号变送器，所述被测输电线路的正序电压信号和正序电流信号分别经信号输入接线端子、信号变送器接入到数据处理单元（420），GPS天线的输出PPS信号与数据处理单元（420）联接；

所述数据处理单元（420）是DSP同步数据采集卡，GPS天线的输出PPS信号与DSP同步数据采集卡的DSP中断输入联接；

所述数据通信单元（430）包括双口RAM和PC卡，GPS天线的输出GPS串行时间信号输入到PC卡上的串口，DSP同步数据采集卡的采集的数据经双口RAM与PC卡联接；

所述数据计算单元（440）根据测得的首端正序电压、正序电流、和末端正序电流计算被测输电线路的正序阻抗参数。

2.根据权利要求1所述的输电线路正序阻抗参数测量装置，其特征在于，所述可调压电源（100）为被测输电线路首端施加的电压为输电线路加压点所在变电站的三相交流工频电源电压。

3.根据权利要求1所述的输电线路正序阻抗参数测量装置，其特征在于，所述DSP同步数据采集卡利用GPS天线同步测量被测输电线路首末端电压电流。

4.根据权利要求1所述的输电线路正序阻抗参数测量装置，其特征在于，所述数据计算单元（440）是中心计算机。

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