输电线路绝缘核相测试抗干扰方法的研究

赵寿生，徐 健，吴尊东，陈欣华

（金华电业局，浙江 金华 321000）

高压输电线路的绝缘核相测试数据是电网运行必须掌握的基本数据，随着电力系统快速发展，输电线路的走廊越来越窄，平行架设双回、四回输电线路和线路交叉跨越架设的情况也越来越多[1]。对其中一条线路进行绝缘核相测试时，其他线路出于供电可靠性考虑，往往不能进行陪停。被试线路中感应电压有的达到几千伏甚至上万伏，对试验人员和试验设备的安全造成了极大的威胁[2]。现有的仪器设备在高感应电压下无法进行绝缘核相测试，试验中曾多次出现试验设备损坏的现象，急需寻求新的测试方法或寻求新的抗干扰措施，以确保安全准确地进行输电线路绝缘核相测试。在此介绍一种新的抗干扰测试方法——串联谐振法，且对串联谐振法的测试结果进行了分析研究。

1 输电线路感应电压的形成

输电线路中感应电压的组成部分主要是静电分量、高频分量和工频分量[3]。

静电分量主要是雷云、空间带点粒子等在输电线路上产生的感应电势，测试时应选择在较好的天气条件下进行，此部分电势对测试的影响不大。

高频分量主要来自线路上的载波信号及能产生较大谐波的整流负荷。当载波机工作时即有一个高频电源作用于线路上，其容量比外界高频干扰源大得多。在测试时由于被测试输电线路停电，该分量也可以忽略。

工频分量主要来自于磁感应电势和电感电势，线路平行走向或同杆架设时，运行线路通过的交流电流将在输电线路上产生交变的磁场。因此在被测试线路上产生的感应电势，且正比于输电线路之间的互感及运行线路的电流，其作用相当于在线路导线上沿纵向串接1个感应电势[4]。同时在运行线路的电场通过线路间的电容耦合，也会在试验线路上产生感应电势，这可以看作是线路导线对地电容之路中串接了感应电势，此两部分电势之和构成了输电线路的工频感应电压。

在绝缘核相测试中，被测试输电线路试验相首末端开路不接地，加在试验设备上的电压主要是输电线路对地感应电压[5]。

式中：C1为线路间的耦合电容；C2为线路对地耦合电容；U1为运行线路电压；U2为线路上的感应电压。

2 应用串联谐振法降低工频干扰

从上分析可知影响输电线路绝缘核相测试的主要因素是工频干扰，干扰来源于输电线路的感应电压U2。目前使用的绝缘核相测试设备的输出电压一般为2 500 V或者5 000 V，当输电线路的感应电势超过试验设备输出电压时，电流将逆流向试验设备，从而导致试验设备的损坏。试验设备输出电压为整流直流电压，感应电压为工频交流电压。

目前输电线路绝缘核相测试时，降低工频干扰的方法是在被测试线路上并联1个电容器，通过增大输电线路的对地电容来降低输电线路感应电压的大小，如图1所示。

图1 并联电容器法的原理

假设被测试输电线路邻近110 kV输电线路，则将在输电线路上产生感应电压。设U2500 V为安全试验电压，则有：

取U1=110 000，则U2=500 V；计算得C3≈127C1。即当并联上的电容器是线路间耦合电容的127倍及以上时，才能将感应电压降至500 V以下。当遇到长线路或电缆线路，被测线路的对地电容C2很大，并联电容器C3的电容量需要更大才能降低感应电压，而大电容较笨重，成本很高，充电后又不安全，现场实用性不高。

串联谐振法就是并联1个电感和电容组成的串联谐振回路。将电感L与电容器C3的参数匹配好，使串联回路在电源频率为50 Hz时处于谐振状态，如图2所示。

图2 谐振法的原理

当wL=1/wc3时，被测线路感应电源U对地间的电阻为电感线圈的电阻R，此时被测线路相当于通过一个很小的对地电阻R接地。如果忽略电感线圈的电阻R，被测线路感应电源U2对地电阻为0 Ω，此时被测线路的状态与直接接地时的状态相同，线路感应电压为0 V。因此从理论上讲，无论被测线路感应电压有多高，只要接上电感和电容的串联谐振回路，且电感和电容的绝缘强度和额定容量满足要求，可以将线路感应电压降为0 V。试验设备输出电压为直流，电容器C3起到了隔直流的作用，因此不影响绝缘核相测试，这就是串联谐振法降低工频干扰的基本原理。

3 现场测试分析

为了分析串联谐振法的抗感应电压性能和测试结果的准确性，在输电线路感应电压低、较高和高的3种情况下，分别用直接测试法、并联电容器法和串联谐振法进行测试，并对测试结果进行了对比。在串联谐振法中使用了额定电压为20 kV，电容量为1.6 μF电容器和额定电压为20 kV，电感量为6.369 H的电抗器。

由于在绝缘核相测试中，非测试相直接接地，感应电压和绝缘电阻值很低，接近于0，因此只给出测试相的绝缘电阻值与感应电压值。

3.1 在输电线路感应电压低时的测试分析

以110 kV大田1503长岛支线的绝缘核相测试为例。大田1503长岛支线全长5.2 km，试验时相邻线路在停电状态，直接试验方法、并联电容器法与串联谐振法测试结果的比较分析见表1、表2。因直接测量的数据更接近于真实值，故选取该值作为基准值进行分析比较。

表1 大田1503长岛支线的感应电压对比

表2 大田1503长岛支线的绝缘电阻对比

由表1和表2的数据可以看出，在感应电压较低的情况下，并联电容器法和串联谐振法都具有良好的降低感应电压能力，串联谐振法效果更好，同时输电线路的绝缘电阻测试值也非常接近，有着良好的一致性，说明并联电容法和串联谐振法的试验测试数据可靠。

3.2 在输电线路感应电压较高时的测试分析

以110 kV鹤东1346线路的绝缘核相测试为例。鹤东1346线路全长25.2 km，相邻线路在运行状态。直接试验方法、并联电容器法、串联谐振法测试结果的比较分析，见表3、表4。以直接测量的数据作为基准值进行分析比较。

由表3和表4可以明显看出，当输电线路的感应电压增大时，并联电容器法降低的电压倍数与串联谐振法相比明显偏小，串联谐振法使感应电压下降100倍。同时绝缘电阻值与直接测量值保持一致，测试结果准确可靠。

表3 鹤东1346线的感应电压对比

表4 鹤东1346线的绝缘电阻对比

3.3 在输电线路感应电压高时的测试分析

以110 kV仙罗1549线路的绝缘核相测试为例。由于仙罗1549线路四回路同塔架设，其他3条相邻输电线路在运行状态，感应电压很高。线路全长16.5 km。直接试验方法、并联电容器法与串联谐振法测试结果的比较分析见表5、表6。以直接测量的数据作为基准值进行分析比较，绝缘电阻值由于线路感应电压超过2 500 V，无法直接测量。

表5 仙罗1549线的感应电压对比

表6 仙罗1549线的绝缘电阻对比

从表5和表6的测试数据可以看出，线路上并联电容器和电抗器串联谐振回路后有非常明显的降压效果，从16 300 V可以降至300 V，降低电压可达到54.3倍，而并联电容器法只能将电压降低至2 800 V左右，这仍有较高的安全风险。同时在测试绝缘电阻时，谐振法解决了线路感应电压过高问题，试验人员在利用串联谐振法测试过程中非常安全。

从实际检测的数据中发现，使用串联谐振法无法将感应电压完全下降到0 V，其主要原因有：

（1）电抗器有直流损耗，流过的交流电流在电抗器上产生压降，同时电容器的泄漏电流也能产生部分压降。

（2）电抗器与电容器的参数不完全匹配，导致谐振回路上阻抗不为0，产生压降。

（3）输电线路感应电压不完全是50 Hz工频分量，其中有多次谐波分量及高频分量。

4 结论

在被测线路不同的感应电压情况下，通过对直接测试法、并联电容器法和谐振法测试结果进行分析比较，可以得出以下结论：

（1）利用串联谐振法进行绝缘核相测试时，感应电压可以由16 300 V下降到300 V，试验人员及试验设备安全风险大为下降。

（2）利用串联谐振法可以解决由于感应电压很高而不能进行绝缘测试的问题，测试结果能反映线路的真实绝缘情况。

（3）减少了邻近带电输电线路由于绝缘核相测试的陪停时间，降低了停电损失，提高了电力系统运行的可靠性。

（4）谐振法避免了试验设备的损坏，具有良好的实用价值。

[1]李汉明，陈维江，詹铭，等.220/110 kV同杆四回线路耐雷性能的研究[J].电网技术，2005（21）：27-28.

[2]张良山，毛洁顺.高压线路感应电的危害及防事故措施[J].内蒙古电力，1991（3）：59-61.

[3]万奋生，任青春，刘小华.浅析较长电缆线路中感应电压的消除[J].内蒙古石油化工，2005，31（3）：25.

[4]石丹，高攸纲.并行回路间的电磁耦合影响[C]//2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集.2005.

[5]梁义明，任立辉，邢彦军.输电线路参数测量方法的比较研究[J].吉林电力，2005（1）：32-35.