一种基于物联感知的线路参数测试系统

徐勇 管俊 杨子雷

摘要：针对传统输电线路参数测量方法测量精度低、风险性高等问题，本研究基于物联感知的线路参数测试系统。首先，研究分析了仪表法、数字法等传统输电线路参数测量方法的优势与不足;然后，提出构建基于异频测量与物联感知的线路参数测试系统，并重点就异频测量的物联感知框架、标识化安全验证和一键化验证实现等进行分析;最后，通过搭建系统与实际测量进行对比。结果表明，本研究提出的基于物联感知的线路参数测试系统可高效、准确测量正序阻抗、零序阻抗、正序电容、零序电容各参数，与实际测量结果相差较小，具有操作简单、风险性低等特点。

关键词：物联感知;输电线路;参数测量;异频测量法

中图分类号：TP274;TM75 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）02-0154-05

随着电力普及，电力系统变得更加庞大和复杂。输电线路作为电力系统的重要组成部分，精确的线路参数可保证电力系统安全、稳定运行。然而由于输电线路包括正序阻抗、零序阻抗、直流电阻、正序电容、零序电容等参数众多，且其测量过程和计算过程相对复杂，因此很难准确进行测量。输电线路参数的不准确会影响电力系统短路电流计算结果，进而引起继电保护误动作，甚至引起整个电力系统破裂，最终导致电力系统不能可靠、安全运行。因此，准确测量输电线路参数，保证线路参数测量结果的准确性十分必要。目前，输电线路参数测量方法主要包括两类方法，①分别是通过计算公式得到，如刘安迪、李妍、谢伟等（2020）基于多源数据多时间断面，通过异频测量法对配电网线路参数进行测量;②通过现场实际测量得到，如吴梓亮、李一泉、陈桥平等（2020）采用数字法，基于正序阻抗完成了输电线路接地距离保护参数的测量与整定方嘲。虽然上述方法可测量得到输电线路参数，但总体来说，其测量精度较低、操作难度较大、风险性高。基于此，本研究结合物联感知与异频测量方法，提出基于物联感知的线路参数测试系统，用于测量输电线路参数。

1传统输电线路参数的测量方法

1.1仪表法

仪表法是最早输电线路参数测量的方法之一，通过在被测输电线路上施加电源，采用电流表、频率表等仪表，人工读取仪表刻度值，然后经过计算即可获得输电线路各参数值。实际输电线路参数测量中，由于该方法接线复杂，人工读数存在一定误差和时延，且后期计算量较大，因此存在较大的误差。此外，由于工频电压对输电线路互感阻抗和零序线路参数的测量结果影响较大，故仪表法不适用于现代输电线路参数测量。

1.2数字法

数字法是在仪表法基础之上发展而来的一种输电线路测量方法，避免了人工读数和计算的输电线路参数，进而提高了测量的准确率。测量过程中，数字法通过单片机集成电路，获取各仪表刻度值并进行计算，进而获取输电线路各参数。因此，相较于仪表法，数字法具有更高的测量精度。但由于数字法的电源同样为高压工频电源，因此其互感阻抗和零序线路参数的测量精度仍达不到理想效果。

1.3在线测量法

在线测量法是近年来学者重点研究的一种输电线路参数测量方法，通过测量输电线路两端电压和电流相量，利用传输线方程直接求解输电线路特性阻抗和传播常数，最后通过上位机计算获得输电线路参数。在线测量法虽尽量避免了因仪表、人工运算等带来的测量误差，最大可能提高了测量精度，但受技术限制，该方法暂不适用于全方位的实际输电线路参数测量。因此，目前的输电线路参数测量方法还应以实地测量为主。

2异频测量基本原理

异频测量是一种实地测量输电线路参数方法。测量过程中，测量人员通过测试仪对输电线路首端施加电源，并将输电线路末端悬空或接地，然后利用测试仪采集测试过程中电气量，通过计算即可得出相应的输电线路工频参数。

采用异频测量方法测量正序电容、零序电容时，线路末端三相開路，如图3、4所示。正序电容计算方法如式（11），零序电容计算方法如式（12）、（13）。

异频测量法测试输电线路参数过程中，由于输电线路末端需根据不同实验项目进行悬空或接地操作，增加了测试人员触电风险，加之整个测量线路跨度较长，操作难度大，故不适用于大范围的输电线路参数测量。为降低输电线路参数测量风险性和操作难度，本研究提出一种基于物联感知的异频输电线路参数测量。

3物联感知的异频测量

3.1物联感知异频测量系统框架

基于物联感知的输电线路测试仪包括两个部分，线路首端测试仪部分和线路末端接地装置部分，如图5所示。由于本研究测试仪是基于阿里云进行开发，故系统通过阿里云上进行动作指令和采样数据及开关状态的上传。

基于物联感知异频测量系统中，云支持用户可通过覆盖的4G网络，在任意地理位置利用终端获取相关服务，解决了输电线路首末两端信息交互困难的问题。此外，通过4G网络，还可实现测试仪和接地装置与阿里云的直接交互。系统中，线路参数测量的应用程序均部署于阿里云，授权用户通过电脑客户端或手机APP访问应用程序，即可实现测量输电线路参数。应用程序运行方式首先是根据当前输电线路参数测试项，下发相关指令到接地装置，接地装置在接收到指令后，执行指令;然后应用程序通过感知末端接地状态，利用测试仪根据测试项施加激励，进行测量;最后，通过测试仪测量得到的所需电气量进行运算，获得输电线路参数。

考虑到输电线路中均为千伏数量级的感应电压，故为降低末端线路采用人工方式进行接地或悬空操作的风险性，本研究利用切换开关替代人工进行接地装置的悬空或接地操作嘲。

3.2标识化验证

标识化检验是为保障整个输电线路参数测量过程安全性，通过对测试仪以及阿里云上应用程序进行验证的一种方法。基于物联感知的输电线路参数测量标识化验证首先是建立测试仪接地装置通信，如图6所示;然后通过应用程序下发命令询问测试仪接地装置标识，如图7所示;最后在进行输电线路参数测量时，对比测试仪接地装置接收到的信息与阿里云平台的通信帧中含有对应标识，如图8所示。若应用程序标识和测试仪就地装置标识与本地存储一致，则响应该信息，反之则不响应该信息。

3.3一键化测试

基于物联感知的输电线路参数测量中，由于进行正序阻抗和零序阻抗等参数测量时，测量项目及其测量步骤相对固定，因此为简化测量项目，研究将每个测量项目组成一个顺序模块，实现自动化的一键操作，具体流程如图9所示。同时为方便管理，研究将测试项目顺序模块存储于阿里云平台，在完成一次配置验证后，可在不同工程现场重复使用。测量过程中，每个步骤都需要经过反复验证与反馈，且必须保证通信中由返回报文，状态和模拟量等与预期相同才可进行下一步操作，否则中止测试。若测试中止，测试仪、就地装置、阿里云端应用程序三端报警，且测试仪停止输出。

4测试结果及验证

4.1系统功能性验证

为检验基于物联感知的输电线路参数测试系统功能，研究通过检验人体靠近测量系统是否会引起系统报警进行了验证。如图10、11所示，当人体靠近该测量系统，系统会提示报警，感应电压测量及末端接地状态同样会进行提示。由此说明，本研究提出的基于物联感知的输电线路参数测试系统风险性低、安全系数高。

4.2系统实际应用验证

为检验基于物联感知的异频测量法在实际中的应用，本研究通过Ds-2008型线路工频参数异频测试系统，对实际6条220kv输电线路参数进行测量。6条测试输电线路概况及实验条件如表2所示。

1）输电线路正序阻抗测量项目。测量方法：将输电线路末端三相短路，对线路首端施加变频电源，采用40Hz和60Hz的输出频率点，然后加压两次，分别采集40Hz和60Hz的实验数据，即可得到输电线路的正序阻抗、正序电抗、正序电阻等参数值，如表3所示。

2）输电线路零序阻抗测量项目。测量方法：将输电线路末端三相短路接地，对三相短路的线路首端施加单相电压，采用40Hz和60Hz输出频率点的变频电源，然后加压两次，分别采集40Hz和60Hz的实验数据，即可得到输电线路的零序阻抗、零序电抗、零序电阻等参数值，如表4所示。

4.3系统测量结果对比

为验证上述测量方案，本研究采用基于物联感知的测试仪，利用13.312负载箱，3个0.414uF电容搭建模拟电缆，进行了正序阻抗、直流电阻和正序电容测量。测量结果与实际结果对比如表6所示。由表可知，基于物联感知的输电线路参数测试系统可准確测量直流电阻，其测量结果与实际值误差仅为0.004%;正序阻抗和正序电容测量值与实际值误差小于O.8%，在预计误差范围内。由此说明，基于物联感知的输电线路参数测试系统可有效、准确测量输电线路各参数。

5结语

通过上述测试结果可知，本研究提出的基于物联感知的输电线路参数测试系统可高效、准确测量线路参数，满足线路参数测量精度要求，在整个测量过程中，该系统测量所需时间较短，极大提高了工作效率。此外，该系统可自动检测到人体靠近，减少了检测人员进行线路参数测量时的触电风险，提高了作业的安全性。