交流输电线路参数测量现状及发展趋势

交流输电线路参数测量现状及发展趋势

杨震

国网山西省电力公司超高压变电分公司   山西太原  030000

摘要：从输电线路参数测量方法的基本原理和工程实际出发，对目前各种测量方法进行综合分析和研究。对现有输电线路参数测量方法进行了归类，分析它们的特点和适用性，对未来发展的应用领域进行介绍。

关键词：输电线路；参数测量；线路模型；抗干扰法；参数计算方法

引言

输电线路是电力系统重要的组成部分，输电线路电气等值参数（简称输电线路参数）可通过计算和实测两种途径获取，该参数的准确性直接关系到电力系统计算准确性及系统的安全稳定运行[1]。

１输电线路电磁耦合特征分析及测量分类

1.1按单回输电线路及多回并行输电线路分类

单回输电线路参数的分析和计算需要考虑本回线路ａ，ｂ，ｃ各相导线的自参数和三相导线之间的耦合互参数。多回并行输电线路（两回及以上）参数的分析计算除了分析各回线路内部的作用机理外，还需要分析各回输电线路之间的耦合互参数。因此，就输电线路参数测量而言，按照被测对象的特征可将输电线路分为两类，即单回输电线路和多回并行输电线路（也称多回平行输电线路、多回耦合输电线路、同杆架设多回输电线路等）。

1.2按线路三相布置的对称与不对称分类

当各回输电线路都经过完全换位后，可以认为每回线路的ａ，ｂ，ｃ三相对称布置，由于其对称性，实际中的三相参数模型可以解耦成单相电路模型。工程中三相不完全换位甚至三相不换位的输电线路，往往也是按照三相对称布置的方式去测量其参数，这也是目前工程中的实际做法。当不换位线路引起的参数不对称性不能忽略时，线路的三相之间就不能解耦，不对称线路的参数和测量方法要复杂得多[2]。

2输电线路参数测量

2.1按照是否要求被测线路退出运行分类

将被测输电线路退出运行（俗称“离线”）后测量其线路参数的方法称为离线测量法。在被测线路不退出运行（俗称“在线”）的方式下采集有关的电气信息，对其线路参数进行测量计算的方法称为在线测量法。一般情况下首选离线测量法，当因为被测线路不允许退出运行等情况时采用在线测量法。

2.1.1离线测量法

输电线路离线测量法分仪表法和数字法两种方法。仪表法主要通过电压表、电流表等表计测量出线路的各个电气量，而数字法则在信号的提取和处理上，引入了单片机及电子电路技术。使用离线测量法测量参数，首先根据所要测量的参数对被测线路进行适当的连接，施加电源，通过测量电压、电流等基本量，计算线路参数。对于导纳参数的测量，又可以分为传统的双端测量法和单端测量法：双端测量法比较准确，其难点在于两端测量数据的同步问题，虽然有技术可以解决，但毕竟增加了测量的复杂程度；改进的单端测量法解决了测量电容时线路尾部电压难以测量的问题，相当于一种准双端测量法，较一般单端法的精度有所提高。离线测量法中的仪表法容易操作、实用性强，但这种方法在消除干扰方面略显不足，而且测量需要大量的表计，采用人工读数，精度不高，针对不同的工频参数，需要搭建独立的测量电路，工序繁杂。

2.1.2在线测量法在线测量法

主要是基于广域测量系统（ＷＡＭＳ）同步信息的输电线路参数测量法。在线测量法主要的问题在于零序信号的产生，有时需人为使断路器动作，造成扰动增量，这种操作会影响电网安全稳定，对人身安全也存在隐患。

2.2按照抗干扰测量方法进行分类

2.2.1工频变相量法

在测量零序阻抗、零序导纳、零序互阻抗和零序耦合电容过程中采用工频电源，通过调整试验电源，使电压和电流的幅值和相角发生变化，利用测量到的电压和电流变化量进行线路参数计算的方法称为工频变相量法。对于试验电源可以采用倒相法、换相法和直接调压法来获得变相量电源。该方法可以有效地消除干扰电压对参数测量的影响，测量准确、应用灵活、适应性强。该方法中默认干扰电压在一段时间内不变，但是实际中干扰电压是变化的，所以测量存在一定的误差。

2.2.2异频法

异频法应用于被测线路停电而周围线路正常运行的情况，周围运行线路会对被测线路产生干扰，可通过异频法加以解决。异频法原理与工频法类似，只是用异频信号电源替代了工频信号电源，异频信号电源一般采用频率为４０～６０Ｈｚ，但考虑到该频率与工频差别较小会使信号提取存在难度，实际工程中可以采用半频电源。

2.2.3增量法

当被测ｎ回线路受外部环境电磁干扰，存在较大零序背景信号时，适用于该方法。其核心思想是人为地短时制造可供测量用的足够大的零序电流，在互感线路中产生零序电流和零序电压的增量，以此来消除正常运行时外部干扰产生的零序电压和零序电流对零序参数测量的影响。增量法的优势在于能够在一定程度上降低干扰的影响，但当线路中的电磁干扰在测量过程中发生变化时，会给测量带来一定的误差。

2.2.4干扰法

在测量线路参数时，经常会受到其他有耦合线路的电磁干扰，当这些干扰足够大时，可以将其作为测量用的电源。干扰法的理论依据是戴维南定理，通过测量本线路中的零序干扰电压和零序干扰电流计算零序自阻抗。将本线路停运，通过测量本线路的互感电压，并同步测量耦合线路的零序电压电流可以计算出其相互之间的零序互感参数。

3.应用领域

3.1交通运输

在电动汽车充放电过程中采用无线充电技术，不但能够有效解决充电桩的建设问题，还能够缓和电动汽车充电过于集中的弊端，并且能够在电动汽车规模化以后，在很大程度上缓解其对电网的冲击。针对电动汽车的无线充电，国内外多家汽车厂商以及机构等都在迫切地进行研究，取得了较为显著的成果。另外，作为电网关键的构成之一，电动汽车规模化以后亦可以储存电网的电能。采用无线充电，不仅能够极大增强电动汽车与电网间的互联，同时对智能电网也具有显著的促进作用。

3.2航空航天

在航空航天和电力领域，微波电能传输(WPT)已被广泛使用。随着WPT技术不断的深入研究，空间太阳能发电和卫星技术也在不断推进和进步。对于空间太阳能电站而言，WPT技术至今历经了多个发展阶段，多方面的技术都在不断革新和进步。

3.3水下探测

伴随着无线输电技术的逐步深入和进步，在工业行业已经体现出广泛的应用领域。在一些特殊的情况下(如化工装置的检测、水下机器人、分布式传感器的能量供应等)，用电设备电能供应大多数采用更换电池的方法或采用电缆输送，使得相关装置的操作和维修比较繁琐，而采用无线输电可有效解决以上问题，从而成为近几年来国内外一个新的研究热点。

4结束语

随着社会现代化与电气化程度不断加深，从遍布世界各地的输配电线路网架到为工作和生活中的各类电气设备提供电能，采用金属导线直接连接来进行电能传输的接触式传输方式已经得到了广泛应用。虽然这种“有线”的传输方式已经发展得十分成熟，但仍有许多问题难以解决。无线输电技术的引入将使电能的生产、输配和使用途径更加宽广、方式更加多样化。

参考文献

[1]肖遥,范毅,程澜,邓军.单回及同塔双回交流输电线路参数测量理论[J].中国电机工程学报,2016,36(20):5515-5522+5727.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.152393.

[2]肖遥,邓军,范毅,程澜.同塔四回交流输电线路零序参数的解耦测量[J].南方电网技术,2016,10(01):54-59.DOI:10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2016.01.009.