專利名稱：一種利用線路末端電流的輸電線路零序阻抗參數(shù)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)輸電線路參數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種互感線路零序
阻抗參數(shù)測量的方法。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的發(fā)展，發(fā)電廠(變電站)出線增多，互感線路越來越多。
含互感線路的零序阻抗會影響到線路故障狀態(tài)，特別是影響零序電流的大小，對 零序電流保護的影響極大；由于互感線路的零序阻抗受到很多因素的影響，線路走向、零序 電流流經(jīng)區(qū)域的接地電阻率等；理論計算值無法滿足繼電保護整定值計算的精度要求，如 采用計算值作為整定計算的依據(jù)，會使保護在系統(tǒng)故障時產(chǎn)生拒動或誤動，這直接威脅到 系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行；因此，在中華人民共和國電力行業(yè)標準中，《220kV-500kV電網(wǎng)繼 電保護運行規(guī)程(DL/T559-94， 1995-05-01實施)》中關(guān)于繼電保護整定的規(guī)定指出架空 線路和電纜的零序阻抗、其它對繼電保護影響較大的參數(shù)應(yīng)使用實測值。
傳統(tǒng)的確定輸電線路零序參數(shù)的方法有公式計算法和停電測量法；由于計算公式 中涉及到大地電阻率等不確切參數(shù)，因此公式計算結(jié)果是不準確的。 到目前為止，現(xiàn)有的測量方在測量互感線路的零序阻抗參數(shù)時，不管是基于工頻 原理的測量方法，還是異頻原理的測量方法，均只采用線路首端的零序電流進行計算，忽略 了線路分布電容對測量的影響，在線路較短時，如50公里以下，現(xiàn)有測量方法可基本滿足 測量精度的要求。但當線路較長時，如超過50公里時，現(xiàn)有測量方法的測量誤差將隨測 量線路長度的增加而顯著增加。研究表明對300公里長的輸電線路，采用現(xiàn)有的測量方 法測量輸電線路的零序自阻抗時的測量誤差在8%左右，而零序互阻抗的測量誤差更高達 15%。 隨著超高壓和特高壓輸電線路的發(fā)展，數(shù)百公里長的輸電線路越來越多，現(xiàn)有測 量方法顯然無法滿足輸電線路參數(shù)測量的需要。因此，尋求一種新互感線路零序阻抗參數(shù) 測量方法，是電力系統(tǒng)運行部門所急需的，不僅具有重要的理論價值，而且具有很大的經(jīng)濟 與社會效益。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有測量方法測量互感線路零序阻抗參數(shù)的不足，提出了
一種互感線路零序阻抗測量方法，實現(xiàn)對互感線路零序阻抗參數(shù)的準確測量。 本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種利用線路末端電流的互感線路零序阻抗參數(shù)測量
方法，包括以下步驟( — )通過下述測量方式來得到供測量計算用的零序電壓和零序電流
將被測的兩條互感線路停電，兩線路分別編號為線路一和線路二 ；將線路一的末 端三相短接后接地，首端三相短接；將線路二的末端三相短接后接地，首端三相短接；然后 分別測量線路一和線路二的零序電壓和零序電流；
測量線路一的零序電壓和零序電流在線路一首端注入工頻零序電流或異頻零序 電流，測量線路一首端的零序電壓和線路一末端的零序電流，同時測量線路二首端的零序 電壓； 測量線路二的零序電壓和零序電流在線路二首端注入工頻電流或異頻電流，測 量線路二首端的零序電壓和線路二末端的零序電流，同時測量線路一首端的的零序電壓。
如果只需測量線路的零序自阻抗，則只需將被測線路停電。測量該停電線路首端 的零序電壓和末端的零序電流。 ( 二 )利用GPS技術(shù)，實現(xiàn)對上述兩互感線路上零序電壓和零序電流的同步采樣， 獲取互感線路上的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù) 利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的授時功能，獲得誤差小于1微秒的時間基準，在GPS時間 同步下，同時采集兩互感線路中的零序電流以及零序電壓，并將采集的數(shù)據(jù)以文件的方式 存入數(shù)據(jù)采集裝置中；(三)測量完成后，將各測量點的測量數(shù)據(jù)匯總到計算機中；(四)該計算機在得到兩互感線路的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù)后，采用下面的方
法來計算互感線路的零序阻抗參數(shù) 采用公式(1)計算兩互感線路的零序自阻抗 = C A = i = 1 ， 2 (1) 采用公式(2)計算兩互感線路之間的零序互阻抗 = & +>汰=^ i， k = 1， 2， i - k (2)
々'■ (1)和(2)式中，Zii = rii+jXii為第i條互感線路零序自阻抗，rii為自電阻分量， Xii為自電抗分量，i = 1，2;Zik二rik+jXik為第i條互感線路與第k條互感線路之間零序 互阻抗，rik為互電阻分量，xik為互電抗分量，i， k = 1，2， i - k ;^和/9,為第i條互感線路 加壓時首末兩端的零序電流相量，^,和《,分別為第i條互感線路加壓時首末兩端的零序 電壓相量，A =《,-《,為第i條互感線路上的零序電壓降相量；因為測量時兩互感線路末 端均三相短接接地，f^, =0，因此^, = = C^, ， i = 1， 2 ;f^是互感線路k上的零序電
壓； 對同步數(shù)據(jù)采集裝置采集的零序電流和零序電壓，采用傅立葉算法得到與注入 電流頻率對應(yīng)的零序電流相量和零序電壓相量；在計算各相量時，所選用的數(shù)據(jù)必須是在 GPS時間同步下同一采樣時刻所采集的數(shù)據(jù)。 上述步驟( 一 )中在線路一或線路二首端注入零序電流的頻率為50Hz工頻頻率。
上述步驟( 一 )中在線路一或線路二首端注入零序電流的頻率為異頻頻率；異頻 頻率為40Hz至60Hz ;通過下述方法將步驟(四)中用公式(1)和公式(2)計算出的零序 阻抗修正為50Hz工頻下的零序阻抗將Xii和xik分別用公式(3)和(4)進行修正，而和 rik保持不變；
;o = & X~ ， i = 1 ， 2 ; (3) /異頻
50 X汰o二"^/tX^~,i = 1，2， k = 1，2， i - k ; (4)
/異頻 (3)式和(4)式中，f異頻是異頻電源的頻率，單位為赫茲。 上述步驟(二 )中的數(shù)據(jù)采集的時間在注入電流后采集1秒以上的數(shù)據(jù)；為提高 測量精度，數(shù)據(jù)采樣率在40點/周以上。 上述步驟(四)中在計算各相量時，取1個周波以上的采樣數(shù)據(jù)，先用傅立葉算法 計算出每個周期數(shù)據(jù)的幅值和相位，然后分別計算幅值和相位的平均值，再將由平均值得 到電壓相量值和電流的相量值代入公式(1)和(2)進行計算。 (1)式、(2)式、(3)式和(4)式是本發(fā)明提出的互感線路零序阻抗測量新方法的 理論依據(jù)。 本發(fā)明方法的特點是 1.本發(fā)明既可用于互感線路零序阻抗參數(shù)的測量，也適合于沒有互感的單條輸電 線路零序阻抗參數(shù)的測量。 2.在有工頻干擾的情況下，如被測量的線路旁還有其它運行的互感線路，由于某
些原因不能全部停電，因而會對被測量線路造成干擾。為了克服干擾，本發(fā)明采用異頻法，
克服了被測系統(tǒng)中的工頻干擾對測量結(jié)果的影響，大大提高了測量精度。 3.本發(fā)明方法通過測量互感線路末端的零序電流，計及了線路上零序分布電容對
測量結(jié)果的影響，從而大大提高了線路零序阻抗參數(shù)的測量精度。 4.本發(fā)明利用GPS技術(shù)解決了異地信號測量的同時性問題。 5.線路較長時，如對長度為300公里的線路，本發(fā)明方法的測量零序自阻抗的誤 差在1. 3%以下，而傳統(tǒng)方法的測量零序自阻抗的誤差在7. 6%以上，本發(fā)明方法的測量精 度比傳統(tǒng)方法的測量精度提高了近6倍。
圖1是用相量符號表示的互感線路示意圖。
圖2是兩條有互感線路進行零序阻抗測量時的接線示意圖。 具體的實施方式 如附圖1所示，Zii = i^+jXii為第i條線路的零序自阻抗，i = 1，2 ;Zik = rik+jxik 為第i條線路與第k條線路之間的零序互阻抗，i， k = 1，2 i - k ;/p,和^為第i條線路首 末兩端的零序電流相量，i = 1，2，&,,和《,分別為第i條線路的首末兩端的零序電壓相量， i = 1，2。 先將被測的兩條互感線路停電，編號分別為線路一和線路二，將線路一的末端三 相短接后接地，首端三相短接后注入零序電流；將線路二的末端三相短接后接地，首端三相 短接；在線路一上注入零序電流，可注入工頻電流或異頻電流，視被測線路是否存在工頻干 擾而定。如果被測線路上不存在工頻干擾，則既可用工頻電源，也可加異頻電源。如果存在 工頻干擾，則優(yōu)先考慮加異頻電源。為了不與50Hz工頻頻率相差太大，異頻電流的頻率可選擇為40Hz至60Hz之間的非工頻頻率，例如45Hz，55Hz等。 測量線路一上的零序電壓和線路一兩端的零序電流，同時測量線路二首端的零序 感應(yīng)電壓；如圖2所示。圖2中，Zii = rii+jXii為第i條線路的零序自阻抗，i = 1，2 ;Z12 = r12+jx12為第1條線路與第2條線路之間的零序互阻抗A湘^為第1條線路首末兩端的零 序電流相量，C^和C^分別為第1條線路的首末兩端的零序電壓相量，^2為第2條線路的首 末兩端的零序感應(yīng)電壓相量。GPS同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)A采集線路一首端的零序電壓和零序 電流，GPS同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)B采集線路一末端的零序電流，GPS同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)C采集 線路二首端的零序感應(yīng)電壓。在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS時間同步下，同時測量互感線路中 各線路兩端的零序電流以及各線路兩端的零序電壓。 與以上方法類似，再在線路二上注入零序電流，測量線路二首端的零序電壓和線 路二兩端的零序電流，同時測量線路一首端的零序感應(yīng)電壓。 對同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)A、B和C采集的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù)，采用傅立葉算法 來得到與加壓電源頻率對應(yīng)的零序電流相量和零序電壓相量； 如果注入的是工頻零序電流，則將零序電流相量和零序電壓相量，代入(1)式和 (2)式中，可求出50Hz工頻下互感線路的零序阻抗參數(shù)。 如果注入的是異頻零序電流，則先用(1)式和(2)式，求出互感線路的零序阻抗參 數(shù)，再利用(3)式和(4)式進行修正，得到修正后的50Hz工頻下互感線路的零序阻抗參數(shù)。
本發(fā)明步驟(二 )中的數(shù)據(jù)采集的時間在加壓后采集1秒以上的數(shù)據(jù)；為提高測 量精度，數(shù)據(jù)采樣率應(yīng)在40點/周以上。 本發(fā)明步驟(四)中在計算各相量時，建議至少取1個周波以上的采樣數(shù)據(jù)，先用
傅立葉算法計算出每個周期數(shù)據(jù)的幅值和相位，然后分別計算幅值的平均值和相位的平均
值，再將由平均值得到電壓相量值和電流相量值代入公式(1)和(2)進行計算。 如果只需測量線路的零序自阻抗，則只需將被測線路停電。按上述方法(不涉及
互阻抗的相關(guān)內(nèi)容)可得到需測量線路的零序自阻抗。在此情形下，可適用任何輸電線路
零序自阻抗的測量。
權(quán)利要求
一種利用線路末端電流的互感線路零序阻抗參數(shù)測量方法，包括以下步驟(一)通過下述測量方式來得到供測量計算用的零序電壓和零序電流將被測的兩條互感線路停電，兩線路分別編號為線路一和線路二；將線路一的末端三相短接后接地，首端三相短接；將線路二的末端三相短接后接地，首端三相短接；然后分別測量線路一和線路二的零序電壓和零序電流；測量線路一的零序電壓和零序電流在線路一首端注入工頻零序電流或異頻零序電流，測量線路一首端的零序電壓和線路一末端的零序電流，同時測量線路二首端的零序電壓；測量線路二的零序電壓和零序電流在線路二首端注入工頻電流或異頻電流，測量線路二首端的零序電壓和線路二末端的零序電流，同時測量線路一首端的的零序電壓；(二)利用GPS技術(shù)，實現(xiàn)對兩互感線路上零序電壓和零序電流的同步采樣，獲取互感線路上的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù)利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的授時功能，獲得誤差小于1微秒的時間基準，在GPS時間同步下，同時采集兩互感線路中的零序電流以及零序電壓，并將采集的數(shù)據(jù)以文件的方式存入數(shù)據(jù)采集裝置中；(三)測量完成后，將各測量點的測量數(shù)據(jù)匯總到計算機中；(四)該計算機在得到兩互感線路的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù)后，采用下面的方法來計算互感線路的零序阻抗采用公式(1)計算兩互感線路的零序自阻抗 <mrow><msub> <mi>Z</mi> <mi>ii</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>r</mi> <mi>ii</mi></msub><mo>+</mo><mi>j</mi><msub> <mi>x</mi> <mi>ii</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mover> <mi>U</mi> <mo>·</mo></mover><mi>i</mi> </msub> <msub><mover> <mi>I</mi> <mo>·</mo></mover><mi>qi</mi> </msub></mfrac><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>采用公式(2)計算兩互感線路之間的零序互阻抗 <mrow><msub> <mi>Z</mi> <mi>ik</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>r</mi> <mi>ik</mi></msub><mo>+</mo><mi>j</mi><msub> <mi>x</mi> <mi>jk</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mover> <mi>U</mi> <mo>·</mo></mover><mi>k</mi> </msub> <msub><mover> <mi>I</mi> <mo>·</mo></mover><mi>qi</mi> </msub></mfrac><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>≠</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(1)和(2)式中，Zii＝rii+jxii為第i條互感線路零序自阻抗，rii為自電阻分量，xii為自電抗分量，i＝1，2；Zik＝rik+jxik征為第i條互感線路與第k條互感線路之間零序互阻抗，rik為互電阻分量，xik為互電抗分量，i，k＝1，2，i≠k；為第i條互感線路加壓時末端的零序電流相量，和分別為第i條互感線路加壓時首末兩端的零序電壓相量，為第i條互感線路上的零序電壓降相量；因為測量時兩互感線路末端均三相短接接地，因此i＝1，2；是互感線路k上的零序電壓；對同步數(shù)據(jù)采集裝置采集的零序電流和零序電壓，采用傅立葉算法得到與注入電流頻率對應(yīng)的零序電流相量和零序電壓相量；在計算各相量時，所選用的數(shù)據(jù)必須是在GPS同步下同一采樣時刻所采集的數(shù)據(jù)。F2009102727363C0000021.tif,F2009102727363C0000022.tif,F2009102727363C0000023.tif,F2009102727363C0000024.tif,F2009102727363C0000025.tif,F2009102727363C0000026.tif,F2009102727363C0000027.tif
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述測量方法，其特征在于步驟(一)中在線路一或線路二首端注入零序電流的頻率為50Hz工頻頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測量方法，其特征在于步驟( 一 )中在線路一或線路二首端 注入零序電流的頻率為異頻頻率；異頻頻率為40Hz至60Hz ;通過下述方法將步驟(四)中用公式(1)和公式(2)計算出的零序阻抗修正為50Hz工頻下的零序阻抗將Xii和^分 別用公式(3)和(4)進行修正，而rii和rik保持不變；<formula>formula see original document page 3</formula>(3)式和(4)式中，f^^是異頻電源的頻率，單位為赫茲。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述測量方法，其特征在于步驟(二 )中的數(shù)據(jù)采集的 時間在注入電流后采集1秒以上的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采樣率在40點/周以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述測量方法，其特征在于步驟(四)中在計算各相量 時，取1個周波以上的采樣數(shù)據(jù)，先用傅立葉算法計算出每個周期數(shù)據(jù)的幅值和相位，然后 分別計算幅值的平均值和相位的平均值，再將由平均值得到電壓相量值和電流相量值代入 公式(1)和(2)進行計算。
6. —種利用線路末端電流的輸電線路零序自阻抗參數(shù)測量方法，包括以下步驟 (一)通過下述測量方式來得到供測量計算用的零序電壓和零序電流 將所需測量的零序自阻抗線路停電，將停電線路的末端三相短接后接地，首端三相短接后注入工頻零序電流或異頻零序電流，測量該停電線路首端的零序電壓和末端的零序電 流；(二 )利用GPS技術(shù)，實現(xiàn)對輸電線路上零序電壓和零序電流的同步采樣，獲取互感線路上的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù)利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的授時功能，獲得誤差小于1微秒的時間基準，在GPS時間同步 下，同時采集輸電線路中的零序電流以及零序電壓，并將采集的數(shù)據(jù)以文件的方式存入數(shù) 據(jù)采集裝置中；(三) 測量完成后，將各測量點的測量數(shù)據(jù)匯總到計算機中；(四) 該計算機在得到輸電線路的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù)后，采用下面的方法來計 算輸電線路的零序自阻抗采用公式(1)計算互感線路的零序自阻抗<formula>formula see original document page 3</formula>(1)式中，= rii+jXii為第i條輸電線路零序自阻抗，為自電阻分量，Xii為自電 抗分量，i = 1，2 ;人,為第i條輸電線路加壓時末端的零序電流相量，《,和《,分別為第i條輸電線路加壓時首末兩端的零序電壓相量，A =^^,-《,為第i條輸電線路上的零序電壓降相量；因為《i =0，因此<formula>formula see original document page 3</formula>對同步數(shù)據(jù)采集裝置采集的零序電流和零序電壓，采用傅立葉算法得到與注入電流頻 率對應(yīng)的零序電流相量和零序電壓相量；在計算各相量時，所選用的數(shù)據(jù)必須是在GPS同 步下同一采樣時刻所采集的數(shù)據(jù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述測量方法，其特征在于步驟(一)中在停電線路首端注入零序電流的頻率為50Hz工頻頻率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述測量方法，其特征在于步驟(一)中在停電線路首端注入零 序電流的頻率為異頻頻率；異頻頻率為40Hz至60Hz ;通過下述方法將步驟(四)中用公式 (1)計算出的零序阻抗修正為50Hz工頻下的零序阻抗將^用公式(3進行修正，而rii保 持不變；/異頻(3)式式中，f^^是異頻電源的頻率，單位為赫茲。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述測量方法，其特征在于步驟(二 )中的數(shù)據(jù)采集的 時間在注入電流后采集1秒以上的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采樣率在40點/周以上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述測量方法，其特征在于步驟(四)中在計算各相量 時，取1個周波以上的采樣數(shù)據(jù)，先用傅立葉算法計算出每個周期數(shù)據(jù)的幅值和相位，然后 分別計算幅值的平均值和相位的平均值，再將由平均值得到電壓相量值和電流相量值代入 公式(1)進行計算。
全文摘要
一種互感線路零序阻抗參數(shù)測量方法，將被測的兩條互感線路停電，兩線路分別編號為線路一和線路二；將線路一的末端三相短接后接地，首端三相短接；將線路二的末端三相短接后接地，首端三相短接；然后分別測量線路一和線路二的零序電壓和零序電流。利用GPS技術(shù)，實現(xiàn)同步采樣，獲得兩互感線路的零序電壓數(shù)據(jù)和零序電流數(shù)據(jù)；計算出與注入零序電流頻率對應(yīng)的各零序電壓和零序電流的幅值和相位；再通過計算得到線路一的零序自阻抗以及線路一與線路二之間的零序互阻抗。本發(fā)明計及了互感線路上的分布電容對測量結(jié)果的影響，從而大大提高了互感線路零序阻抗參數(shù)的測量精度。
文檔編號G01R27/08GK101706533SQ20091027273
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者胡志堅 申請人:武漢大學