高海拔多回平行線路帶電測量研究

陳太壽,趙興榮,王建華,劉雪鋒,劉培賢,林營

(云南電網(wǎng)公司玉溪供電局,云南 玉溪 653100)

高海拔多回平行線路帶電測量研究

陳太壽,趙興榮,王建華,劉雪鋒,劉培賢,林營

(云南電網(wǎng)公司玉溪供電局,云南 玉溪 653100)

傳統(tǒng)的線路測試方法,存在互感關(guān)系的線路需要同時停運用于測量。所以,本文主要針對高海拔地區(qū)的輸電線路帶點測量進(jìn)行研究,運用全球定位系統(tǒng) (GPS)技術(shù),通過奪回來線路參數(shù)測量的具體情況,提出了多回平行線路互感參數(shù)帶電測量方法。給出了測量結(jié)果;并采用其他測量方法對部分測量結(jié)果進(jìn)行了測試對比,從而間接驗證了測量結(jié)果的正確性。

高海拔;多回路平行;帶電測量

1 前言

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展,線路走廊越來越緊缺,在一定地段多回線路平行走線已十分常見。通常這些線路是分別先后建成投運,當(dāng)新線路建成時,老線路已投運,新建線路若與先建線路存在互感關(guān)系,則先建線路的互感參數(shù)相應(yīng)會發(fā)生變化。因此先建線路的互感參數(shù)亦需要重新測試,這給線路參數(shù)測量帶來極大的難度。由于線路參數(shù)測量結(jié)果是繼電保護(hù)裝置參數(shù)整定的基本依據(jù),歷來受到調(diào)度運行部門的高度重視。按傳統(tǒng)測試方法,存在互感關(guān)系的線路需要同時停運用于測量。數(shù)條線路同時停運將可能使大量用戶停電;而多條線路停運,將可能造成區(qū)域性停電,造成的損失難以估量。所以我們必須研究盡可能不影響輸電線路運行的檢測方法,本項目進(jìn)行了高海拔地區(qū)多回平行線路參數(shù)測試技術(shù)相關(guān)方面的研究。

2 被測線路模型

圖1 多回平行線路接線模型

被測互感線路模型示意圖1,6條線路涉及A、B、C、D共計4座變電站。其中：BD1號、BD2號線同塔雙回架設(shè);AC1號線與AB線部分段采用同塔架設(shè);AC2號線與AD線部分段采用同塔架設(shè);AD與AB存在部分平行架設(shè)段;AC1號、AC2號存在部分平行架設(shè)段。測量前6條線路均已投運。按研究要求,需要測量6條線路間的零序互阻抗及各線路的零序自阻抗。

3 測量系統(tǒng)

3.1 測量裝置

測量裝置原理示于圖2,帶電測量系統(tǒng)裝置部分采用了基于虛擬儀器與嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法。裝置由全球定位系統(tǒng) (GPS)接收模塊及OEM板、信號輸入接線端子、信號變送器、嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡、開出量卡、繼電器組、繼電器輸出接口、嵌入式 PC卡、電源卡、電源信號總線底板、液晶顯示器、硬盤、鍵盤和鼠標(biāo)構(gòu)成。

測量的電壓信號 (經(jīng)TV)和電流信號 (經(jīng)TA)分別經(jīng)信號輸入接線端子、信號變送器接入到嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡。OEM板輸出的PPS信號進(jìn)入到嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡中的DSP中斷口。OEM板輸出的 GPS時間信息輸入到嵌入式 PC卡上的串行口中;GPS模塊接收GPS的秒脈沖 (PPS)信號 (誤差≤1μs的時間基準(zhǔn)信號)以及授時信號;DSP卡采集的數(shù)據(jù)由嵌入式PC卡讀取并存入硬盤中。嵌入式PC卡發(fā)出的跳閘和合閘命令經(jīng)開出量卡、繼電器輸出接口與輸電線路的斷路器 (開關(guān))連接;嵌入式PC卡與開出量卡和繼電器組中的其余繼電器連接,用于切換信號變送器輸入信號的檔位大小。便攜機或工控機通過USB或串口與DSP數(shù)據(jù)采集單元通信,主要進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、處理及裝置的管理?？梢?測量裝置的關(guān)鍵是利用了GPS時間同步技術(shù)。

為消除混疊和泄漏效應(yīng)引入的誤差,并對信號進(jìn)行諧波分析,即濾波處理,要求采樣窗口寬Tw滿足 (對矩形采樣窗)：

Tw=wT0(1)

式中：w為正整數(shù),一般取8～16;T0為工頻周期。

圖2 帶電測量系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

采樣頻率fi和窗口寬Tw應(yīng)與基波頻率f0=1/ To嚴(yán)格同步,若每周期采樣N點,則：

fi=Nf0(2)

測量裝置具有多個輸入通道,可同時采集多路電壓、電流信號。一般,諧波測量儀可滿足式(1)、式 (2)要求,至少可同時測量三相電壓、電流信號,即具有多個輸入通道?？梢?將諧波測量儀增設(shè)GPS接收同步衛(wèi)星的授時信號等功能,即可用于線路參數(shù)測量。

3.2 測量系統(tǒng)

系統(tǒng)由n臺上述測量裝置組成,臺數(shù)一般根據(jù)變電站數(shù)目而定,如4座變電站至少需要4臺,當(dāng)2條被測線路的TV,TA相距較遠(yuǎn)時,為避免引線太長,則該變電站需要2臺。各臺測量裝置由GPS接收PPS信號及授時信號,使各裝置采集的信號時間基準(zhǔn)相同,以確保所有采集的信號相位具有統(tǒng)一的基準(zhǔn)。

4 測量方法

由該測量系統(tǒng)進(jìn)行測量的關(guān)鍵問題之一是在被測線路中產(chǎn)生一定的零序電流增量。線路正常運行時三相負(fù)荷對稱,零序電流極小,TA輸出信號基本為0。因此必須人為產(chǎn)生一個適當(dāng)大小的零序電流,這是測量能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵,也是現(xiàn)場實施中難度最大的一步。目前常用如下2種方法。

4.1 加壓法

將其中一條線路停運,兩端三相均短接,對側(cè)接地,在首端施加零序電壓 (即單相電壓),如圖3所示。為了在平行線路中感應(yīng)較大的零序電壓信號,根據(jù)經(jīng)驗注入的零序電流必須大于30 A。當(dāng)線路較長時需要在線路首端并聯(lián)電容器進(jìn)行補償,使容抗與線路的感抗基本相等,即XC≈XL,以增大零序電流。主要加壓設(shè)備有200 kVA/10 kV配電變壓器、同等容量的調(diào)壓器各1臺、電容器數(shù)臺 (容量、電壓需根據(jù)線路長度及所加電壓大小而定),此外還需要空氣開關(guān)等輔助設(shè)備,因此所需加壓設(shè)備較笨重,當(dāng)加壓線路的干擾電壓較高時,則要進(jìn)一步加大設(shè)備容量。當(dāng)有n條被測線路時,需依次將n條線路停運一次,進(jìn)行加壓操作。

圖3 加壓法測量接線

4.2 跳閘法

人為將線路的一相斷開,造成缺相運行1.0 s左右,此間由于負(fù)荷電流不平衡,將會產(chǎn)生較大的零序電流,再由重合閘合上斷開相,恢復(fù)正常運行。該方法不需要停運線路,也不需要加壓設(shè)備。但為防止重合閘不成功,確保重要用戶供電,一般事先要將部分重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移。同樣需要依次對各被測線路進(jìn)行一次跳閘操作。該方法簡單、易行,但存在重合閘不成功的風(fēng)險。

以下2種方法在一定程度上可解決上述2種方法存在的不足之處。

1)三倍頻加壓法

類似加壓法,由三倍頻變壓器向停運線路注入3次諧波電流I3i,從而在平行線路j中產(chǎn)生3次諧波電壓U3j=3ZijI3j(Zij為互阻抗);由于3次諧波的頻率是工頻的3倍,若注入與工頻同樣大小的電流,在平行線路中感應(yīng)的3次諧波電壓將是工頻的3倍。該方法可有效減小設(shè)備容量,但也需要線路停運。此外,由于線路零序阻抗以大地構(gòu)成回路,因此會產(chǎn)生與頻率相關(guān)的附加誤差。以大地為回路時,兩平行導(dǎo)線間的互感阻抗為：

式中：f為測量頻率;D為平行導(dǎo)線間的距離;Dg為計入大地電感時電流散入大地的深度,

由此可對測量結(jié)果進(jìn)行頻率修正。從三倍頻法用于測量地網(wǎng)接地電阻的情況看,修正后的誤差在工程可接受的范圍內(nèi)。

2)兩相高抗法

若在線路中裝有高抗,可切除其中一相高抗,造成線路三相不平衡運行,從而產(chǎn)生較大的零序電流。該方法與跳閘法相類似,但不需要停運線路,風(fēng)險較小。事實上,只要造成線路負(fù)荷不平衡,就能產(chǎn)生零序電流?？傊?為了在線路中產(chǎn)生零序電流增量,上述幾種方法均可行,但跳閘法最簡便。在加壓或跳閘前,各裝置提前約1 min預(yù)先設(shè)定啟動采樣時刻;類似于故障錄波,裝置需要采集加壓前各線路數(shù)個周期的零序電壓、電流信號。

5 測試結(jié)果

某110 kVⅠ回線 (線路長6.621 km,Ⅰ、Ⅱ回線全線同塔架設(shè))停電加壓 (Ⅱ回線帶電運行),在Ⅰ回線上實測的電壓波形 (局部)和電流波形 (局部)分別如圖4所示。

圖4 電壓波形及電流波形

利用研制的帶電測量系統(tǒng),采用本文提出的帶電測量方法進(jìn)行帶電測量,結(jié)果如表1所示。

表1 帶電測試結(jié)果

為驗證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性,同時采用干擾法進(jìn)行了對比測試。用干擾法測量出的BD2號線自阻抗的結(jié)果為1.694+j 7.423。與干擾法測量結(jié)果對比可知,帶電測量結(jié)果是準(zhǔn)確可信的。

6 結(jié)束語

1)生產(chǎn)實際提出了多回平行線路互感參數(shù)測量難題,本文介紹的測量方法為解決這一難題提供了有效的手段;即使采用加壓法,也只需輪流停運1條線路。與傳統(tǒng)的方法相比較,極大地減少了停電損失,而且測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠,工程應(yīng)用價值顯著。

2)測量系統(tǒng)并不復(fù)雜,多功能諧波分析儀增加GPS接收及與授時信號同步等功能,并配以相應(yīng)的分析軟件即可。

3)測量中的關(guān)鍵問題是如何產(chǎn)生足夠大的零序電流,本文采用的2種方法均存在不足之處;所提出的2種新方法各有優(yōu)勢,但有待實際工程檢驗。

4)用干擾法測量線路自參數(shù),具有簡單、易行的特點,可作為一種輔助測試手段,用于檢驗測試結(jié)果,但注意線路較長時應(yīng)進(jìn)行修正。

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陳太壽 (1978),云南電網(wǎng)公司玉溪供電局,主要從事輸電線路運行與檢修工作。

12月20日,由寧波墨西科技有限公司投資建設(shè)的年產(chǎn)300噸石墨烯生產(chǎn)線,在慈溪正式建成投產(chǎn)。慈溪市委書記徐華江,中科院寧波材料所所長崔平等出席此次投產(chǎn)儀式。

石墨烯,是目前人類已知材料中,最薄、最硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料,在新能源、化工、電子、航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景?？捎捎谥苽涞某杀景嘿F,從2004年問世至今,一直未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。中科院寧波材料所劉兆平團(tuán)隊,歷時3年多潛心鉆研,率先開發(fā)出一種全新的石墨烯剝離技術(shù)。

寧波墨西科技有限公司董事長盧津源表示,將按現(xiàn)代管理制度致力打造世界級的石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用平臺,擬經(jīng)過五年的發(fā)展,成為石墨烯產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè),并帶動相關(guān)下游應(yīng)用研發(fā),在寧波及周邊地區(qū)形成石墨烯產(chǎn)業(yè)集群,努力打造成在新材料領(lǐng)域具有國際影響力的高技術(shù)企業(yè),為我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。(信息來源：北極星智能電網(wǎng)在線)

954-95 9.

Research on Live Measurements Technology for High Altitude Multi-loop Parallel Transmission Line

CHEN Taishou,ZHAO Xingrong,WANG Jianhua,LIU Xuefeng,LIU Peixian,LIN Ying
(Yuxi Electric Power Supply Bureau,Yuxi,Yunnan 653100)

The traditional line testing methods,there is mutual relationship lines need to be used to measure both outage.Therefore,this paper focused on high altitude measurement transmission line a little research,the use of Global Positioning System (GPS)technology,through recapture line parameter measurements of the specific situation,put forward a number of parallel lines back to live mutual inductance parameter measurement method.Gives the results of the measurement;and use other measuring methods on the part of the test comparison measurement results thus indirectly verify the accuracy of measurement results.

high altitude;multi-loop parallel;live measurements

TM73

B

1006-7345(2014)01-0049-04

2013-09-30