异频测试系统在工频线路参数测试中的应用

李　溪

[摘要]文章介绍线路参数异频测试系统的应用原理及优点，通过理论计算和实例指出异频测试法在线路参数测试中的应用，并指出在试验中的注意事项。

[关键词]线路参数；异频测试系统；转换计算

[作者简介]李溪，广西送变电建设公司，广西@",530031

[中图分类号]TM72

[文献标识码]A

[文章编号]1007-7723(2009)09-0039－0005

随着我国电网建设的快速发展，电力线路同塔架设和交叉跨越的情况愈发严重，导致输电线路相互间的感应电压升高，这对测试人员和仪器的安全构成了严重的威胁，给线路工频参数的准确测量带来了强力的干扰。因此，采用传统的工频电源进行线路参数的测试将难以保证测试工作的安全性及测试结果的准确性。

对此，国内已经开始对具有较高感应电压的架空输电线路采用非工频频率的电源进行测试，测试主机可对设定的试验频率进行锁频采样，规避了工频感应电压、电流对测量准确性的干扰，极大地简化了线路参数的测试，提高了线路工频参数测试工作的效率，保证了测试结果的准确性。本文将对异频系统在线路工频参数测试工作中的使用方式进行论述。

一、线路参数测试的原理

输电线路是一个分布参数[L、C、R、r]的组合。其任何一相均可用图1所示的无穷个T型网络的连接来表示：

在只考虑工频激励的工程应用上，可将其简化为图2所示：

图2中的L，r、R、C就是常说的集中参数。依次分别为电工学上的自感、导线电阻、对地电容、绝缘电阻。集中参数是可以通过测试并经简单换算后取得的。

由于交流输电多为三相，相间有互感Lm、有耦合电容Cm；两条或几条线路长距离或小间距平行、交叉还会有不可忽略的Lm和Cm、上述诸参数是影响电网正常运行和异常运行时的电流分配和电压分布的物理基础。为了测试、计算和分析的简明，在工程实践中引入了正序、零序等概念，将前述参数分别整合出了输电线路的各工频参数：

正序阻抗z1、正序电阻R1、正序电抗xl、正序阻抗角φ1；

零序阻抗zo、零序电阻RO、零序电抗XO、零序阻抗角φO；

正序电容C1、零序电容CO、相间电容Cm等。

以上参量为线路参数测试的主要表征量，不受测试方法改变的影响，在此不作具体论述。

二、线路参数测试中干扰产生的原因及抗干扰的办法

输电线路中，工频参数测量中的干扰主要为工频分量，而工频分量主要来自磁感应电势和电感应电势。线路平行架设时，运行线路的电流所伴生的磁场将通过互感在被试线路上感应出电压，它正比于运行线路的电流和两线路之间的互感，相当于在线路导线上沿纵向接了一个磁感应的电势Em。同时，运行线路的电场通过两线路之间的电容耦合，在被试线路上产生电感应电势，相当于在线路导线对地电容支路中接了一个等效的电感应的电势Ec，如图3，工频分量是影响测量结果的主要因索。

由于工频干扰电压、电流的存在，必定在进行线路正序阻抗的参数测试时产生很大的工频感应电流。为了提高线路参数测试的准确性，就必须提高线路参数测试过程的信噪比，以获得更准确的线路参数测试结果。

通常的工频电源电压仅为220 V或380 V，当干扰达上百伏时，会引起测量上相当大的误差，甚至根本得不到准确数值；而通过升高测量电压到几倍干扰电压的方法会有电源容量和质量的问题，而且也不能从根本上解决50Hz同频干扰问题，因此并不可取。其实无论是哪种方法，最重要的是能够很好地消除系统干扰电压的影响。因此，可通过改变施加不同于系统频率的测量电压，从而避开系统工频干扰频率。

三、异频测试的可行性

异频法测量线路工频参数的基本思想是：测量线路上主要干扰源来自邻近线路引起的工频感应电压，而电网频率相对固定(49.5～50.5 Hz)，同时线路工频参数在40～60Hz范围内，变动很小。因此可以通过施加异频单相或三相交流电源避开系统频率。通过异频电源产生异频率的测量电压到待测线路，最后采集信号到上位机，并进行模拟滤波和数字滤波，可得到非工频下的线路参数，最后通过计算得出工频下的线路参数。在测量过程中较为常用的频率为45Hz、55Hz、60 Hz。

由此可以看出异频测量方法在抗工频干扰方面优势突出，通过硬件和软件结合的方法有效地削弱工频干扰，使在强干扰下测量线路工频参数成为可能，减少不必要的停电。同时异频测试设备体积和质量将比传统测试法小，方便现场使用。

四、异频测试系统试验装置介绍

异频测试系统(见图4)通过改变试验电源的频率，让测试仪表只接受试验频率的信息，对工频感应电压采取规避和强制削弱的处理方式，从而达到抗干扰的目的。

异频测试系统采用非工频频率的电源进行线路参数的测试，测试系统主机可对设定的试验频率信号进行锁定异频率采样，规避了工频感应对测量准确性的干扰，并且在采用非工频频率测试后，仪器自动将非工频下测得的线路参数换算为工频参数。异频测试系统由以下几个部分构成(见表1)：测试仪器各部分单元参数如下(见表2、表3)：

五、异频测试系统的工频校正方法

由于采用异频测试系统时，仪器采样得到的电流、电压及功率参数均为异频参数值，由于试验频率与被试品的电抗、电容呈线性关系，而电阻受趋表效应和临近效应影响为非线性关系，所以需要进行频率校正。由于线路阻抗测量时线路整体呈现为感性负载，并且阻抗角度大多在70。左右，故测试到的有功分量是无功分量的30％左右，经过验证，线路的电阻误差每偏差10％，对线路的阻抗参数只有1％的偏差影响。

所以采用异频测试系统，仪器根据所选择试验电源频率40 Hz／60 Hz分别施加被测线路后，分别各自采样，独立计算，完成后可换算为工频参数。

1非工频正序电抗值(xz40／Xz60)的工频换算(见表4)

2、非工频正序电阻(Rz)的工频换算(见表5)

通过对非工频下测得的各参数进行换算校正，可得到准确的工频线路参数。

六、线路参数测试中使用异频系统测试的优点

影响线路参数准确测试的首要因素是工频感应电压，传统的测试方法采取的主要措施是提高试验电压，增大试验电流并加以倒换相序以图削弱“干扰”的影响，这个方法试验电源将随之增大容量和重量，将不利于现场试验。

通过现场的试验环境对比，异频试验装置在线路参数测试中的优点有：

1、大大减小了试验所需的电源容量及试验设备的体积和重量(见表9)。通过减小设备的体积和重量，也使得试验设备的可移动性好，适宜现场试验。

2、试验等效性好。测试系统通过改变试验电源的频率，且让测试仪表只接受试验频率的信息，对工频感应电压采取规避的处理方式，然后将测试结果换算成工频参数。试验采用近似工频(40Hz、60Hz)的交流电压作为试验电源，这种交流电压可以重现与运行工况下相同的场强，使其等效性与工频电源非常接近，保证了试验结果的可靠性和真实性。

七、实际线路测数测数中的数据结果

在对220kV高沙至久隆线路工程的线路参数测试工作中，由于高久线上方有500kV线路跨过，所以感应电压超过2500V，将线路两端短路接地后，产生的感应电流在10A左右，采用常规的工频测试系统将容易产生很大误差，并且具有很大的危险性。所以，我们采用了异频测试系统对线路进行线路参数测试，测试结果如下(见表10)：

由表10可以看出，采用异频测试系统测试的数据结果正常，未受强感应电的影响，并且将测试数据提交广西电力调度中心与计算值进行比对后，误差均在可接受范围内，从而证明了数据的有效性，为线路的安全送电提供了可靠依据。

八、试验中的注意事项

1、试验前，一定要仔细检查各输入、输出接线是否正确和牢固，接地线采用一点接地，且要保证接地可靠性。若接地线没有可靠接地，会导致仪器测量错误。

2、试验前必须充分考虑隔离变压器的电压、电流限制，选择相对应的测试接线方式。

3、测试前应先将接地线接好后，再连其他接线，被测高压线路应最后接入。保证在换线过程中能够保证每相始终有接地点，高压线路不单独连接测试仪的电压端子，特别是当静电感应电压超过1000V时，单独连接测试仪的电压端子极易烧坏测试仪器电压测试电路。

九、结论

通过我们的现场使用证明，异频测试系统能够有效地应用于高压输电线路的工频参数测试工作中。