輸電線(xiàn)工頻參數的測量方法

1.概述

在電力系統保護整定計算過(guò)程中，需要獲得準確的一次設備的參數。對于輸電線(xiàn)路(包括架空線(xiàn)和電纜)的參數，雖然可以通過(guò)理論計算獲取，但由于受線(xiàn)路所經(jīng)環(huán)境、 地質(zhì)情況和架設方式等影響，計算值難以準確。所以規程規定，新線(xiàn)路(包括破口線(xiàn)路)在投運前均應實(shí)測參數。本文介紹一些簡(jiǎn)單、實(shí)用的電力線(xiàn)參數測量方法。

輸電線(xiàn)工頻參數包括正序阻抗、負序阻抗、零序阻抗、正序電容和零序電容。輸電線(xiàn)是靜止元件，其正、負序阻抗相同。電力系繞正常運行時(shí)，電源是對稱(chēng)的，所以測量工頻參數時(shí)，所用的試驗電源必須對稱(chēng)，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(xiàn)路在投入之前，除了檢查線(xiàn)路絕緣情況、核對相位外，還應測量各種工頻參數值，以作為計算系統短路電流、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(shí)際依據。一般應測得參數有直流電阻、正序阻抗、零序阻抗、相間電容、正序電容和零序電容。對于同桿架設的許多回路或距離較近、平行段較長(cháng)的線(xiàn)路，還應測量耦合電容和互感阻抗。

2.工頻參數的測量方法

2.1正序阻抗Z1測量

接線(xiàn)如圖1。測量方法：將線(xiàn)路末端三相短路(短路線(xiàn)應有足夠的截面，且連接可靠)，在線(xiàn)路始端加上三相工頻電源，用電壓表測量始端相線(xiàn)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(xiàn)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)功率表測三相功率的方法。

圖1 正序阻抗測量接線(xiàn)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,測量的值均為線(xiàn)電壓。I11，I12，I13：電流表A1，A2，A3的讀數，測量的值均為每一相的電流。P1，P2：功率表W1，W2的讀數。

2.2零序阻抗Z0測量

測量方法：零序阻抗測量時(shí)將線(xiàn)路末端三相短路接地，始端三相短路接單相交流電源，調整調壓器使所施加電壓、電流盡可能大，表計檔位都準確后讀數記錄，同時(shí)應注意相鄰線(xiàn)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(xiàn)路上的零序感應電動(dòng)勢，若感應電動(dòng)勢達到所施加的零序電壓的5%以上時(shí)，應采取矯正措施，一般無(wú)特殊原因，零序阻抗約為正序阻抗的3倍。

圖2 零序感應電動(dòng)勢測量接線(xiàn)圖

由于每個(gè)變電站往往不止一回出線(xiàn)，線(xiàn)路途中也可能遇到其他線(xiàn)路，所以有時(shí)會(huì )有較大的感應電動(dòng)勢Ug，Ug的測量方法如圖3。若在測量中不把Ug考慮進(jìn)去，最后的計算結果可能與實(shí)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(xiàn)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(xiàn)路，測得U02，I02和P02，保證I02=I01。在測零序阻抗的過(guò)程中，應盡可能快，因為在短時(shí)間內，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(xiàn)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(jiàn)，輸電線(xiàn)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(xiàn)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的測量

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

圖5 平行線(xiàn)互感的測量

Z0m的值應為零序阻抗的30%～ 70%。實(shí)際操作時(shí)，這一項目可在測兩條線(xiàn)零序阻抗時(shí)任一過(guò)程中完成。

2.4正序電容C1的測量

接線(xiàn)如圖6，線(xiàn)路末端處于三相開(kāi)路狀態(tài)，通過(guò)隔離變壓器對線(xiàn)路施加三相對稱(chēng)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(xiàn)圖

2.5零序電容C0的測量

接線(xiàn)如圖7，測量方法：將線(xiàn)路末端開(kāi)路，始端三相短接，在始端用隔離變壓器對線(xiàn)路加入單相電壓，測得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 零序電容測量接線(xiàn)圖

3結束語(yǔ)

3.1對于平行線(xiàn)路的，必須在試驗開(kāi)始前測量線(xiàn)路感應電壓值，測量時(shí)必須佩帶絕緣手套，穿絕緣靴。在有感應電壓的線(xiàn)路上測試時(shí)，必須將另一回線(xiàn)路同時(shí)停電，方可進(jìn)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(xiàn)路三相短接并接地，充分放電，以釋放因線(xiàn)路電容積累的靜電量。測量用的導線(xiàn)應使用絕緣導線(xiàn)，其端部應有絕緣套，放電后拆除三相短路接地線(xiàn)之后，用高內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 測試用的設備和儀表應根據試驗電壓和測試參數的估算值進(jìn)行適當選擇，表計的準確度一般不低于0.5級。測量時(shí)應記錄線(xiàn)路兩側的溫度、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(xué)出版社.1997.