特高压电力线路双端谐振参数测量新技术研究

丁道军, 郎伊紫禾, 潘仁东

(江苏省送变电有限公司, 江苏, 南京 210028)

0 引言

我国特高压电力线路建设越来越广泛，无论是何种地形实现电力输送都需要依靠电力线路。零序与正序导纳以及电力线路零序与正序阻抗都是电力线路参数，这些参数可以计算短路电流，还能左右电力系统运转模式。参数测算准确性关系到电力系统运行稳定性以及电流等数据的计算准确性[1]。近年来，电力系统由于科技技术影响逐渐向自动化趋势发展，电力系统运行过程中更加需要提升参数测量准确性[2-4]。在实际使用过程中，若想通过计算获得电力线路参数，需经过比较复杂的过程。参数计算时需考虑多种影响因素，参数测量受自然环境、时间因素、地理因素、电流因素等干扰，以上影响因素严重影响参数计算准确性[5]。电力系统相关工作人员在电力线路铺设完成之后，工作人员会立刻对电力线路实行测量，随着时间推移，电力线路受到各种影响因素干扰，参数发生波动变化，计算方法选取不准确将严重影响参数计算结果[6]。目前有学者[7]提出差分法和积分法相结合的参数计算方法，该方法虽然能够降低参数计算误差，但在噪声干扰下却存在误差波动情况；还有学者[8]提出改进的参数测量方法，分析参数测量的限制因素，通过推导得出数学表达式，计算电力线路参数，但是该方法计算所获取参数结果与实际结果存在差异，还需今后继续研究。本文着重研究特高压电流线路中双端谐振参数测量新技术，降低参数测量误差，获取精准的谐振参数。

1 特高压电力线路双端谐振参数测量方法

1.1 测量过程

1.1.1 消弧线圈内部电压互感器特征信号

将等值电路利用电压互感器实现测量，可有效避免测量返回电压信号时受到电压互感器短路阻抗的影响。特高压电力线路中，用k1表示零序电压互感器变化时，可得公式如下：

(1)

(2)

(3)

依据特高压电力线路串联阻尼电阻系统的谐振关系获取表达式如下：

(4)

整理式(4)可得特高压电力配电网对地电容公式如下：

(5)

消弧线圈对地电容以及等效电感出现并联谐振情况，可将电力线路内谐振元件视为开路[11]，对地泄漏电导利用阻尼电阻传送信号，可得谐振频率情况下的公式如下：

(6)

获取特高压电力线路中串联阻尼电阻系统对地泄漏电导公式如下：

(7)

1.1.2 零序电压互感器特征信号

对地容抗相比于励磁阻抗相对较小，特高压电力线路双端谐振参数测量过程中可忽略互感器内励磁电流[12-13]，可得谐振测量简化等效电路图如图1所示。

图1 谐振测量等效电路

(8)

(9)

结合以上公式可得：

(10)

引入电容电流可得公式如下：

Ic=3ωCUφ

(11)

式中，Uφ与ω分别表示配电网相电压与电力系统角频率。

获取特高压电力线路电容电流公式如下：

(12)

将La=k2la，Lb=k2lb代入式(10)可得：

(13)

可将式(12)转化为

(14)

目前主要包括预调式、随调式、预随调式三种消弧线圈调谐方式。获取特高压电力线路对地泄漏电导公式如下：

(15)

1.2 谐振辨识

(16)

(17)

1.3 参数测量实现

特高压电力线路双端谐振参数测量流程如图2所示。

图2 谐振参数测量流程图

2 实例分析

为验证所研究参数测量方法对特高压电力线路双端谐振参数测量有效性，采用PSCAD/EMTDC软件模拟某变电站500 kV电力线路建立配电网模型，配电网中共包含特高压电力线路5组，配电网谐振接地配电网参数设置如表1所示。

表1 特高压电力线路谐振接地配电网参数设置

将零序电压互感器与消弧线圈内部电压互感器利用高压绝缘拉闸杆接触特征电压返回引线、频率信号输出引线，建立特高压电力线路特征信号零序流通回路，完成配电网特高压电力线路双端谐振参数测量。利用消弧线圈档位调整令5组配电网特高压电力线路脱谐度分别为-11.85%、-27.52%、-38.52%、-44.56%、-52.85%。

分别采用消弧线圈内部电压互感器以及零序电压互感器注入变频电流特征信号，测量特高压电力线路谐振参数，获取特高压电力线路零序等效电路谐振导纳幅值如图3所示。从图3测量结果可知，特征频率有所增加时，阻尼电阻的电导值呈现单调递增状态，特高压电力线路中并联谐振支路的单调区间偏差较高，因此特高压电力线路中理论谐振频率为48.56 Hz,该值与所获取的导纳幅值极小值相应频率52.64 Hz存在较大偏差，特高压电力线路包含阻尼电阻时，无法利用幅值极小值作为判断是否存在谐振的依据。

图3 导纳相位幅值

特高压电力线路零序等效电路回路导纳相位如图4所示。从图4实验结果可以看出，采用2种方法测量特高压电力线路谐振参数，特征电流频率有所变化时，特高压电力系统的对地电容与等效测量回路中的电感缓缓呈现谐振状态，存在相同的等效电路导纳相角变化状态，导纳相位为0时，采用消弧线圈内部电压互感器注入变频电流特征信号的谐振角频率为47.92 Hz，采用零序电压互感器注入变频电流特征信号的谐振角频率为48.05 Hz，二者所获取的谐振角频率均为理论谐振角频率即为相近，验证采用2种测量方法测量对地绝缘参数的精度较高。

图4 导纳相位曲线图

调整投切电容以及线圈电感值，统计不同对地电容时的测量结果。消弧线圈电感值为固定时，调整对地电容所获取测试结果如表2所示。从表2测量结果可以看出，注入信号电流值为固定时，消弧线圈电感值同样为固定时，调整特高压电力线路对地电容时，测量消弧线圈电压互感器二次电压值以及对地电容结果。对地电容为2.36 μF时，测量误差高达4.46%，主要原因是系统对地电容为2.36 μF时，特高压电力线路的等效电感与对地电容出现谐振现象，增加了系统一次侧阻抗，电压互感器的二次侧无法忽略一次侧阻抗。因此电流恒定情况下测量特高压电力线路的谐振电容时，测量误差较大。对地电容继续变化时，参数测量误差有所降低。对地电容继续增加过大幅度时，特高压电力线路由于所注入的信号，降低了一次侧阻抗，信号电压随之降低，提升测量难度，因此测量误差有所提升。表2实验结果表明，特高压电力系统除谐振状态下，测量对地电容误差均低于1%，可满足特高压电力线路参数测量需求。

表2 固定消弧线圈电感值测量结果

对地电容为固定时，调节消弧线圈电感值所获取测量结果如表3所示。从表3实验结果可以看出，注入信号电流值为固定情况下，设置对地电容均为7.58 μF，调整消弧线圈电感值，检测信号电压值获取对地电容结果。对地电容的测量误差随提升消弧线圈电感值而有所降低，主要原因是针对所注入信号，提升消弧线圈电感值将增加特高压电力线路一次侧的零序阻抗，增加信号电压将提升参数测量的精度，避免增加特高压电力线路的一次侧阻抗，降低测量误差。

表3 消弧线圈电感变化时测试结果

统计采用本文方法测量5条特高压电力线路的谐振参数最终测量结果如表4所示。从表4实验结果可以看出，采用本文方法测量特高压电力线路谐振参数的测量值与实际值之间偏差均低于1%。采用本文方法测量特高压电力线路谐振参数测量精度可满足电力系统配电网工程应用需求。本文方法在配电网二次侧实施测量操作，可有效提升测量装置应用于特高压电力线路中的安全性。采用本文方法测量特高压电力线路谐振参数利用接地元件和中性点与大地组成建立流通回路，测量过程中不影响特高压配电网的正常运行。

表4 本文方法测量结果

3 总结

特高压电力线路谐振参数测量受电压互感器中性对地支路阻尼电阻以及电压互感器漏阻抗影响，导致特高压电力线路对地泄漏电导测量较为困难。研究特高压电力线路双端谐振参数测量新技术，将该方法应用于变电站中特高压电力线路中，验证所研究谐振参数测量具有较高的测量有效性。所研究双端谐振参数测量可有效避免测量过程中绝缘参数受互感器漏阻抗影响，提升绝缘参数测量精度，谐振参数测量结果准确性提升，有助于提升特高压电力线路应用性能。