特高壓交流輸電線路參數(shù)測試方法

張青青 ，韋 良 ，王華佳 ，張 巖 ，王慶玉

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012）

0 引言

特高壓輸電線路設(shè)計(jì)期和運(yùn)維期的繼電保護(hù)整定計(jì)算、潮流計(jì)算、故障測距、短路電流計(jì)算、網(wǎng)損計(jì)算以及運(yùn)行方式的選擇都直接受輸電線路工頻參數(shù)準(zhǔn)確度的影響［1-2］。目前，交流輸電線路工頻參數(shù)的獲取方法主要有計(jì)算和現(xiàn)場測試2種。Q/GDW 422—2010《國家電網(wǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算技術(shù)規(guī)范》等規(guī)程規(guī)定，特高壓交流輸電線路參數(shù)必須實(shí)測。

線路參數(shù)現(xiàn)場測試工作需要線路具備帶電條件，由于特高壓交流輸電線路輸送距離長，跨越省份、地區(qū)廣，設(shè)計(jì)施工單位多，存在前期協(xié)調(diào)配合工作多，工期緊張的特點(diǎn)，如何制定嚴(yán)謹(jǐn)周密的測試方案以保障特高壓交流輸電線路參數(shù)測試工作的順利開展是該項(xiàng)工作的關(guān)鍵?？偨Y(jié)1 000 kV廊坊—泉城、榆橫—濰坊特高壓交流輸電線路參數(shù)測試方法，找出了特高壓交流輸電線路參數(shù)測試需關(guān)注的主要問題，并提煉分析了特高壓交流輸電線路參數(shù)測試的關(guān)鍵注意事項(xiàng)。

1 現(xiàn)場測試項(xiàng)目及方法

特高壓交流輸電線路參數(shù)現(xiàn)場測試項(xiàng)目包括靜態(tài)干擾水平測量（含電磁感應(yīng)電壓、靜電感應(yīng)電壓、接地電流測量）、相間互阻抗測量、相間互電容測量、相自電容測量、相自阻抗測量、回路間耦合電容測量、零序電容測量、正序電容測量、回路間互感抗測量、零序阻抗測量、正序阻抗測量、直流電阻測量、絕緣電阻測量、核對相序，共計(jì)14項(xiàng)。

正式試驗(yàn)前測試項(xiàng)目有4項(xiàng)，包括靜態(tài)干擾水平測量（含電磁感應(yīng)電壓、靜電感應(yīng)電壓、接地電流測量）、絕緣電阻測量、核對相序、直流電阻測量。靜態(tài)干擾水平的測量對后續(xù)試驗(yàn)抗干擾措施、試驗(yàn)儀器設(shè)備、安全工器具等級選用均具有重要的指導(dǎo)作用。絕緣電阻測量、相序核對、直流電阻測量為進(jìn)一步核對被測量線路是否相序準(zhǔn)確、無斷點(diǎn)、無接地點(diǎn)，若測得任何一項(xiàng)測試項(xiàng)目與理論經(jīng)驗(yàn)值不符，均需復(fù)測并做進(jìn)一步判斷后，提出解決辦法，問題解決后進(jìn)一步復(fù)測，直至問題徹底消除后方可開展試驗(yàn)。

正式試驗(yàn)項(xiàng)目包括序參數(shù)、相參數(shù)、回路間參數(shù)測量。序參數(shù)測量包括正序阻抗測量、零序阻抗測量、正序電容測量、零序電容測量。相參數(shù)測量包括相自阻抗測量、相自電容測量、相間互阻抗測量、相間互電容測量。回路間參數(shù)測量包括回路間互感抗測量、回路間耦合電容測量。正式試驗(yàn)項(xiàng)目每一項(xiàng)均需在試驗(yàn)前將試驗(yàn)回路連接、線路雙端接線如何配合、試驗(yàn)數(shù)據(jù)取值、數(shù)據(jù)大致范圍等在測試方案中做好細(xì)致的分析以供現(xiàn)場測試人員隨時(shí)查看，防止失誤。

2 特高壓交流線路參數(shù)測試方法與流程

特高壓長距離輸電線路及分布參數(shù)等值電路如圖1所示。

圖1 特高壓長距離輸電線路及分布參數(shù)等值電路

線路首端電壓、電流與線路末端電壓和電流關(guān)系為

用二端口網(wǎng)絡(luò)方程可表示為

式中：U1、U2分別為線路首、末端電壓，V；I1、I2分別為線路首、末端電流，A；γ為輸電線路傳播常數(shù)，γ＝；Zc為輸電線路波阻抗，Zc＝，Ω；l為輸電線路長度，m。

由于交流輸電線路參數(shù)測試過程中存在干擾問題，主要干擾因素是工頻干擾［3］，如何消除鄰近線路帶來的工頻干擾問題是測試數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確的關(guān)鍵。

目前，線路參數(shù)測量中消除工頻電磁干擾的方法主要從提高信噪比和采用算法消除兩個(gè)方面出發(fā)，有提高測試電源電壓法、電源倒相法、三相輪相法、附加工頻電源補(bǔ)償法、基于同步電源的干擾消除法等方法，但以上方法均受一定條件的制約［4］，如提高測試電源電壓法以增大測試電源輸出功率為代價(jià)，常常受測試電源容量、測試裝置體積和重量的限制，目前工程使用較少；電源倒相法由于前后倒相有時(shí)間過程從而引起一定的測量誤差；三相輪相法多次測量重復(fù)性較差；實(shí)際測量中干擾變動(dòng)比較大的時(shí)候附加工頻電源補(bǔ)償法測量線路參數(shù)測量準(zhǔn)確度不高；基于同步電源的干擾消除法在實(shí)際測量中，若信噪比過低，可能會(huì)影響測量結(jié)果。

異頻法是一種新的減小工頻干擾的方法［5-7］。其基本思想是：測量線路上主要干擾來自鄰近線路引起的工頻感應(yīng)電壓，而電網(wǎng)頻率相對穩(wěn)定，同時(shí)線路工頻參數(shù)在40～60 Hz范圍內(nèi)變化很小，因此可以通過施加變頻單相或三相交流電源避開系統(tǒng)頻率。

綜合考慮以上測試方法，采用異頻法對1 000 kV廊坊—泉城、榆橫—濰坊特高壓交流輸電線路進(jìn)行線路參數(shù)測試，試驗(yàn)頻率為47.5 Hz和52.5 Hz，且考慮特高壓線路長距離輸電效應(yīng)，采用雙端法測試，其測試流程如圖2所示。

圖2 特高壓交流輸電線路參數(shù)測試流程

3 特高壓交流線路參數(shù)測試關(guān)鍵注意事項(xiàng)

3.1 感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流

隨著超高壓、特高壓的建設(shè)與發(fā)展，輸電線路走廊日益緊湊，輸電線路同走廊架設(shè)、并行、跨越架設(shè)的情況越來越多。不同電壓等級輸電線路間相互耦合，干擾水平（電磁感應(yīng)及靜電感應(yīng)電壓、電流水平）越來越高，靜電感應(yīng)電壓可高達(dá)數(shù)十千伏［8］，感應(yīng)電流可高達(dá)數(shù)十安培，嚴(yán)重威脅現(xiàn)場作業(yè)人員及設(shè)備的安全。因此，為保障特高壓輸電線路工頻參數(shù)測試人員及測試儀器的安全，制定科學(xué)的輸電線路工頻參數(shù)測試方案，必須首先了解現(xiàn)場作業(yè)前線路感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流大小。

特高壓輸電線路輸送距離長，線路走廊密集，1 000 kV錫盟—山東特高壓輸電線路河北段路徑見圖1。從圖中可見該特高壓輸電線路近距離并行與500 kV超高壓正常運(yùn)行線路，該500 kV在運(yùn)線路將對特高壓輸電線路產(chǎn)生一定的感應(yīng)電壓，具體仿真計(jì)算方法可參照文獻(xiàn)［9］。根據(jù)仿真計(jì)算的干擾水平（靜電感應(yīng)電壓、電磁感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流）確定現(xiàn)場測試是否需要鄰近線路陪停，制定陪停方案，并準(zhǔn)備相應(yīng)的安全措施，配備相應(yīng)等級或高等級的感應(yīng)電壓、電流測試設(shè)備。

圖3 錫盟—山東特高壓輸電線路河北段路徑

根據(jù)1 000 kV錫盟—山東特高壓雙回輸電線路廊坊—泉城段感應(yīng)電壓仿真計(jì)算可知，其靜電感應(yīng)電壓最大值278.5 V，感應(yīng)電流最大值0.17 A。由此，可確定線路參數(shù)測試無需鄰近線路陪停，靜態(tài)干擾水平測試用萬用表測試即可，線路參數(shù)測試過程中無需投入抗干擾抑制裝置。

3.2 現(xiàn)場接線

特高壓交流輸電線路參數(shù)測試前需預(yù)先開展現(xiàn)場勘察，確定好工作地點(diǎn)，接線電源等。因?yàn)榇嬖诟袘?yīng)電壓問題，在現(xiàn)場接線前必須做好安全措施，現(xiàn)場接線人員需明確危險(xiǎn)點(diǎn)并做好安全防護(hù)。特高壓交流輸電線路架線高，因此引線長度長，接線后需做好固定措施。

3.3 引下線的直流電阻

引下線由于在測試過程中參與測試回路的構(gòu)建，因此最終參數(shù)計(jì)算中需考慮扣除引下線的直流電阻，故線路參數(shù)測試工作準(zhǔn)備過程中需首先測試各引下線的直流電阻并做好記錄，測試結(jié)束后的數(shù)據(jù)分析計(jì)算中需考慮引下線的電阻。

3.4 測試線路接地

線路參數(shù)現(xiàn)場測試工作需要線路具備帶電條件，實(shí)際線路參數(shù)測試準(zhǔn)備試驗(yàn)中可能會(huì)測試到線路工況異常，不具備帶電條件，常見的異常為測試線路金屬性接地?，F(xiàn)場測試線路三相直流電阻不對稱、某相絕緣電阻偏小均可初步判斷為測試線路金屬性接地。需進(jìn)一步復(fù)測，多方驗(yàn)證確認(rèn)測試線路是否存在接地問題。若線路存在接地問題，可采用測量線路直流電阻的計(jì)算分析法大致判斷接地點(diǎn)標(biāo)段范圍，對接地點(diǎn)進(jìn)行大致定位。

因特高壓交流輸電線路單位直流電阻較小，存在儀器測量誤差等原因，目前定位有一定的誤差，但亦可大大縮短接地點(diǎn)排查范圍。

3.5 測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

因特高壓交流輸電線路工期緊，線路參數(shù)測試涉及的協(xié)調(diào)配合多，測試過程中得到的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，必須現(xiàn)場做出分析判斷。通過現(xiàn)場測試得到以下關(guān)鍵點(diǎn)：

1）輸電線路各項(xiàng)參數(shù)在測試前均需開展仿真計(jì)算，仿真計(jì)算中電源的輸出設(shè)置參照現(xiàn)場儀器的功率與輸出能力。

2）嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書開展作業(yè)，尤其是各種接線方式下對端被測線路及并行線路的接地情況的核實(shí)。

3）測試過程中，須即時(shí)通信，對端測試數(shù)據(jù)及時(shí)反饋，并與仿真計(jì)算電壓、電流、線路參數(shù)計(jì)算數(shù)值核對，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)核查儀器輸出、接線方式等，保證測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。

4）特高壓輸電線路長度是關(guān)系單位工頻線路參數(shù)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，需在前期調(diào)研時(shí)，綜合考慮線路設(shè)計(jì)單位與線路施工單位的數(shù)據(jù)，應(yīng)用相對準(zhǔn)確的線路總長度。

4 結(jié)語

介紹了特高壓交流輸電線路參數(shù)測試項(xiàng)目、測試方法與測試流程，并根據(jù)現(xiàn)場測試經(jīng)驗(yàn)提煉了特高壓交流線路參數(shù)測試需重點(diǎn)關(guān)注的問題。

特高壓交流輸電線路由于電壓等級高、輸送距離長，其線路參數(shù)測試方法與傳統(tǒng)低電壓等級線路參數(shù)測試不同，具有測試項(xiàng)目多，測試方法要求高（需采用雙端法測試），分布參數(shù)計(jì)算方法復(fù)雜的特點(diǎn)，所分析特高壓交流線路參數(shù)測試需重點(diǎn)關(guān)注的問題為保障特高壓交流輸電線路參數(shù)測試的順利開展提供了重要的保障。