输电线路参数带电测量系统讲稿(武高所)----2011

三 互感线路带电测量新理论、新方法


(一) 按电源可分为：
１．增量法
２．干扰法
(二) 从数学模型可分为： １．代数方程法（以增量法为例）
２．微分方程法
(一) 按电源上可分为：

1.增量法 －人为地短时制造可供测量用的足够大的零序电源，
使所有有互感的线路上都会产生零序电流的增量，所有与 被测线路有关的母线都产生零序电压增量，再利用加入零 序电源前后的增量来计算互感线路零序参数。原理接线图 如下（图中只绘出了一侧）： CT i
传统的现场测量零序阻抗只有在以下几个假
设条件情况下可能成立的。 （1）中的干扰电压的只是由于相邻运行线 路的零序电源与被试测线路的磁路耦合引起 的感应电压，方向任意，为零序工频量，而 忽略了由于其他线路的零序电流在的感应的 电压。 （2）干扰电压的幅值及相位在试验过程中 不变。
但是在整个的过程中，图2中的电压表的读数
2 E 2 U12 2EU1 cos I12 Z 0 2 2 2 E2 U2 2EU2 cos I 2 Z0
联立求解得
Z0
E U
2
2
U 1 U 1U 2 U 1 U 2
2 2 I12 I 2 U12 1 E2 I2 cos 2 2E I12U 2 I 2 U1

2 2 E 2 U 2 2EU cos I 0 Z0 故测量点应该放在加压的对端，如上图所示，这时 足够大，则可不加电源 U ， 测得的即是 U 。如 E U E 这便是干扰法一词的来源。

由于有两个未知数
及 Z 0，需要两个独立的方 ，可将被测线路 程求解。为测量干扰信号 E 末端短路接地，在首端测开路电压，此电压 即为干扰电压。加上试验电源，改变的大小， 取两组独立数据及，代入方程得
U z11 z12 z1 j z1n I z11 z12 z1 j z1n I U 10 10 10 10 z z z z z z z z 2j 2 n I 20 2j 2 n I 20 U 20 U 20 21 22 21 22 z z z z z z z z U i 0 U i 0 i1 i 2 i1 i 2 ij in I i 0 ij in I i 0 zn1 zn 2 znj znn zn1 zn 2 znj znn U n 0 U n 0 In0 I n 0
(二) 从数学模型分：
1.代数方程法
2.微分方程法 差分法－用某点处的差分代替该点的导数,从
（以增量法为例）
而使用求解差分方程来代替微分方程的求解 得到待求零序参数. 积分法－将微分方程组两边同时积分,利用求 解积分项来得到互感线路待求零序参数.
系统模型如下：
2 微分方程方法
采用微分方程描述的线路电压电流关系为：
，则在所 增量法的意义是：如果在第i条线路中人为地注入零序电流I i ，这个电流增量是所有 有线路j( j 1,2,, n )中均会相应地产生增量 I j 磁耦合线路共同作用的结果，即任一线路中的零序电流可分解成两部分： I I ，可 ，即 I ，另一部分为增量I 一部分为原有零序电流I j j0 j0 j0 j0 列写为:
增量法测量方法

用 n（ n ＋１）/2种独立运行方式,在n 条互感线路中分别注入零序增量 k 电流 Iii ，利用计算机测量系统同时采集各线路的增量电流 I j
k U j 和增量电压数据
k 1,2,, p, j 1,2,, n
AT U i , i 1,2,...n
P0
V0
末ห้องสมุดไป่ตู้端
～
b
c
其测量过程是：在线路1上加压，测量通过线
路1的电流，在互感线路2上测量互感电压， 则线路1与2之间的互感为： Z U 2
M
I1
倒相法

在测量的过程中，如果感应电压较高，不把感应电 压考虑进去，最后的计算结果和实际值相差很远。 在传统的测量方法中往往是采用正、反向电压测量 法，就是我们常说的倒相法 。
行继电保护整定计算、故障测距、故障分析、 网损和潮流计算的基础。相关规程明确规定 对线路参数必须进行实测。 传统的线路参数测量是停电进行的,而且由于 输电线路是分布式元件,空间跨度上千公里, 而且线路之间常有电磁耦合,造成正确测量的 困难,而且传统的测量方法无论理论上或实践 上均有缺陷甚至错误.

干扰法
在测量线路的自阻抗时，由于有其它线路的
互感影响而造成的干扰，有时可高达数千伏， 此干扰对测量的影响是不能不考虑的。这里 所谓的干扰实质是由于磁耦合，其它线路的 零序电流在被测线路上感应的零序电压。
由于干扰的存在，使得传统方法在参数测量
时常常束手无策。而本项目所提出的干扰法 则是化害为利，将干扰所产生的电压作为测 量用的电源。


I U I U
2 1
2
2 I2 U1

2 1
2 2
干扰法的理论基础是戴维南定理。戴维南定
理指出：任何一个线性有源两端网络，对于 外电路可以用一条含源支路代替，该含源支 路的电压源等于端口的开路电压，其阻抗等 于有源网络中所有电源都不存在(电压源短路， 电流源开路)的入端阻抗 . 干扰法的具体操作步骤是：将被测线路加压 端短路，测量端开路，测量首端(为接地点)的 开路电压，然后将测量端短路，测量短路电 流，按公式即可计算出零序电抗。
即使能将所有被测线路都停电，测量工作量
也是十分庞大的，且传统测量方法只能测出 线路互电感而不能测出其互电阻,因此传统的 测量方法已不能满足现代大型电力系统的要 求。 传统方法希望用倒相方法消除互感对自感参 数的影响，这在理论上不正确，实践上不可 行。
传统的零序参数测量方法
线路
K
A0
T
a


2.干扰法－在测量线路的自阻抗时，由于有其它线路的互感 影响而造成的干扰，此干扰对测量的影响是不能不考虑的。 如有干扰信号足够大，在测量线路的零序自阻抗时，可直 接利用此干扰作为测量用的电源。
A B C I 0I 0I 0 3 I0 LH a U b V W A YH
Ea Eb Ec
有干扰源时的零序自感接线图
2 干扰法模型

在测量线路的自阻抗时，如有干扰信号存在，在测 量线路的零序自阻抗时，需求出电源和干扰信号之 间的相位角。此时的线路等值电路如下图所示。
E
Z0 3
a
U
U
V
k U
A
U
b
3I 0

E
时，被测线路上流过 当对被测线路加一交流电源 U 和E 之 和E 共同作用产生的。假定 U 的电流是由U 间的相位角为 ，如上图所示，则有： 2 U E 2 U 2 2EU cos U 3I U 3I 代入得： 将 Z 0 3 E 0 0
输电线路参数带电测量系统
国网电科院武汉南瑞有限责任公司
一.
带电测量意义
二.
三.
传统停电测量方法
互感线路带电测量新理论、新方法
四.
五
带电测量系统软硬件设计 带电测量系统工程应用实例介绍
应用情况
. 数字仿真与模拟试验及主要技术指标
六.
七.
一 带电测量意义
准确的线路参数包括有互感的线路是正确进
A
线路
K
末B 端
A0 V0
T
a
～
b
c
K1
图3
改正后零序参数测量图
传统方法中将所有有互感的线路停电进行参
数测量方法结果是正确的。但由于当被测线 路与其它线路存在互感时，如果干扰信号很 大(如几十伏，有时可达数千伏)，如果仍按此 接线图测量，要想外加电源彻底抵消干扰信 号的影响是非常困难的。
传统测量方法的弊端
从理论上说，按上小节所说明的传统方法是
无法在有干扰存在的情况下实测出自感和互 感的，在测量方法上是有错的。因按图2 接线时 Uz 2 U02 Ug 和 U z1 U01 U g 均无法测得， 而 U g 又是随机的随时间变化的，加之操作 时间长，无法得到正确的结果。 其原因是对原所谓的“干扰”的物理本质不 清所致。其次则是存在测量麻烦等问题。此 外，停电测量是传统测量方法的一个很大的 弊端。
DL 线 路 a b c
Iii
去A D ZKB
转 换 k 线 路 a b c
DYB PT
Ukj
去A D
转 换
1 增量法模型(以代数方程法为例)


设有 n 条互感线路，互感线路很稳态时的伏安特性可写为： U z11 z12 z1i z1n I 1 1 z z z z I U 2 2i 2n 2 21 22 z i1 z i 2 z ii z in I i U i z n1 z n 2 z ni z nn I n U n U ZI 或： i 1,2,, n 为第i条线路 式中Z为阻抗矩阵，其中元素 z ii rii jxii ， i, j 1,2,, n, i j 的自阻抗，包括电阻和感抗两部分。zij rij jxij ， 为线路i,j之间的互阻抗，亦包括互电阻和互感抗两部分。Ｉ为线路 的零序电流矢量，Ｕ 为线路的零序电压矢量。
， 然后由最小
二乘原理可得：
Z iLS AT A


1
求解上述方程组，即可算出线路的零序自阻抗和零序互阻抗。

应该至少测量 n（ n ＋１）/2组可构成线性独立方程的各线路的零序电 流增量及电压增量。
增量的产生，可以在一条线路上外加足够大的零序电流，也可以通过控 制使一条线路由继电保护装置短时断开(0.5秒～1.0秒)线路某一相，然后 重合线路来产生一个零序大电流。
并不只是由所加试验电压的线路L1的电流决 定的值，其他有互感线路的电流也会在L2中 产生磁链，产生感应电压，造成计算的误差。 即电压表的读数并不是完全由线路上的电源 感应的电压，其中还是有其他线路的零序电 源感应电压的影响。由传统测量方法本身决 定了它只能在原有有互感的输电线路停止运 行的情况下进行测量，这种试验方法不但给 电力系统带来很大的经济损失，还经常是不 可能的，即满足不了停电测试的要求。
随着电力系统的不断发展，输电线路越来越
多，线路走廊日趋紧张，互感线路越来越多。 利用传统的停电方法进行测量是几乎没有办 法实施的。唯一出路是带电情况下实现线路 参数的准确测量。
二 传统实际测量方法
传统的实际测量方法是在被测线路完全停电
的情况下进行的。在测量一条新建线路的零 序自感时，由于与其它已运行的互感线路存 在耦合，无法独立测量，需要对所有存在耦 合的互感线路全部停电后进行准确测量。对 于电力系统而言，这显然是无法接受的。
ZI U U ZI 0 0 0 0
即：
U ZI
第次测量得到任一条线路 所应满足的关系为：
z I z I z I z I U ki k1 i1 k2 i2 ki ii kn in
上式即为用增量法测量互感的理论依据。考虑到参数的对称性，其有 n(n+1)/2个未知数，故要有n(n+1)/2种独立的运行方式以求出未知数。