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1、电网线路参数测试研究介绍摘要: 本文介绍了220kV架空线线路参数测试原理，试验步骤及试验时一些注意事项关键字: 线路参数测试 220kV架空线线路 电气试验1 概述输电线路是电力系统的重要组成部分，工频参数则是输电线路重要的特征数据，是电力系统潮流计算、继电保护整定计算和选择电力系统运行方式等工作之前建立电力系统数学模型的必备参数，工频参数的准确性关系到电网的安全稳定运行，因此对新建和新改造的线路在投运前均需进行工频参数的计算和测量，为调度等部门提供准确的数据。一般应测的参数有直流电阻R，正序阻抗Z1，零序阻抗Z0，正序电容C1，零序电容C0，及双回线路零序互感和线间耦合电容。除了以上参数外
2、，绝缘电阻及相序核对也是线路参数中不可缺少的测试内容。2 试验原理及试验步骤2.1 测量线路各相的绝缘电阻及相序核对测量绝缘电阻，是为了检查线路的绝缘状况，以及有无接地或相间短路等缺陷。一般应在沿线天气良好情况下（不能在雷雨天气）进行测量。首先将被测线路三相对地短接，以释放线路电容积累的静电荷，从而保证人身和设备安全。测量时，应拆除三相对地的短路接地线，然后测量各相对地是否还有感应电压，若还有感应电压，应采取消除措施。测量绝缘电阻时，应确知线路上无人工作，并得到现场指挥允许工作的命令后，如图（2-1）所示将非测量的两相短路接地，用2500V或者5000V兆欧表轮流测量每一相对其他两相及地间的绝
3、缘电阻。图（2-1）相位核对的方法很多，一般用兆欧表法进行测量，如图（2-2）所示在线路始端接兆欧表的L端，而兆欧表的E端接地，在线路末端逐相接地测量；若兆欧表指示为零，则表示末端接地相与始端测量相同属于一相。按此方法，定出线路始，末两端的ABC相。图（2-2）2.2 直流电阻测试测量直流电阻时为了检查输电线路的连接情况和导线质量是否符合要求，根据线路的长度，导线的型号和截面初步估计线路的电阻值，以便选择适当的测量方法。有色金属导线单位长度的直流电阻可按下式（2-1）计算 r=/s 式（2-1）r的单位为/km；为导线的电阻率，单位为mm2/km；s为导线载流部分的标称截面积，单位为mm2。这
4、是在温度为20时的值，在要求较高精度时，可通过公式转换至实际温度的阻值。这里的电阻是指导线的直流电阻，而线路正序阻抗和零序阻抗中的电阻是指交流电阻，这两个电阻是有区别的，因为通过导线的是三相工频交流电流，由于集肤效应和邻近效应，交流电阻比直流电阻略大。如图（2-3）所示，直流电阻的测量采用电流、电压法，主要是为了防止感应电压的影响。测量接线如图1所示：（以AB相为例）测量时，先将线路始端接地，然后末端三相短路并接地，短路线截面积不得小于4mm2，应尽量短，待测量接线接好后，拆除始端的接地线进行测量，逐次测量AB、BC、CA相，记录电压、电流值和线路两端气温。图（2-3）其中AB相，BC相，CA
5、相的直流电阻按式(2-2)进行计算AB相 BC相 式（2-2）CA相 然后换算成20时的相电阻，换算方法按式(2-3)A相 B相 式（2-3）C相 2.3 序阻抗测量2.3.1 线路参数的物理模型众所周知: 输电线路是一个分布参数L、C、R(r)的组合.其任一相均可用图（2-4）所示的无穷个T型网络的联接来表示:图（2-4）2.3.2 序阻抗的概念我们以一个静止的三相电路元件为例来说明序阻抗的概念。如图所示，各相自阻抗分别为Zaa,Zbb,Zcc;相间互阻抗为Zab=Zba，Zbc=Zcb，Zca=Zac。当元件通过三相不对称的电流时，元件各相的电压降为按式（2-4）= 式（2-4）将三相量变
6、换成对称分量，可得 V 120=SZS-1I120=ZscI120 式（2-5）式中，Zsc=SZS -1称为阻抗矩阵，将上式展开，得 式（2-6）上式表明，在三相参数对称的线性电路中，各序对称分量具有独立性。也就是说，当电路通以某序对称分量的电流时，只产生同一序对称分量的电压降。反之，当电路施加某序对称分量的电压时，电路中也只产生同一序对称分量的电流。这样，我们可以对正序、负序和零序分量分别进行计算。在三相参数对称的线性电路中，各序对称分量具有独立性。也就是说，当电路通以某序对称分量的电流时，只产生同一序对称分量的电压降。反之，当电路施加某序对称分量的电压时，电路中也只产生同一序对称分量的电
7、流。这样，我们可以对正序、负序和零序分量分别进行计算。如果三相参数不对称，则矩阵Zsc的非对角元素将不全为零，因而各序对称分量将不具有独立性。也就是说，通以正序电流所产生的电压降中，不仅包含正序分量，还可能有负序或零序分量。这时，就不能按序进行独立计算。输电线路的正、负序阻抗及等值电路完全相同，这里重点讨论零序阻抗。当输电线路通过零序电流时，由于三相零序电流大小相等、相位相同，因此，必须借助大地及架空地线来构成零序电流的通路。这样，架空输电线路的零序阻抗与电流在地中的分布有关。三相输电线路的零序阻抗，如图（2-5）所示为以大地为回路的三相输电线路，地中电流返回路径仍以一根虚拟导线表示。这样就形
8、成了三个平行的“单导线大地”回路。若每相导线半径都是 r，单位长度的电阻为ra，而且三相导线实现了整循环换位。 图（2-5）当输电线路通以零序电流时，在a相回路每单位长度上产生的电压降为式（2-7） = 式（2-7）因此，三相线路每单位长度的一相等值零序阻抗为式（2-8） 式（2-8）将Zs和Zm的表达式代入式（2-8）计算得： 式（2-9）称为三相导线组的自几何均距。因三相正（负）序电流之和为零，故可以得到输电线路正（负）等值阻抗为 式（2-10）比较上两式可以看到，输电线路的零序阻抗比正序阻抗大。 这一方面由于三倍零序电流通过大地返回，大地电阻使线路每相等值电阻增大，另一方面，由于三相零序
9、电流同相位，每一相零序电流产生的自感磁通与来自另两相的零序电流产生的互感磁通是互相助增的，这就使一相的等值电感增大。由于输电线路所经地段的大地电阻率一般是不均匀的，因此，零序阻抗一般要通过实测才能得到较为准确的数值。 2.3.3 测量正序阻抗，零序阻抗如图（2-6）所示，将线路末端三相短路（短路线应有足够截面，且连接可靠），在线路始端加三相工频电源，分别测量各相的电流，三相的线电压和三相的总功率。按测得的电压，电流取三个数的算术平均值，功率取PW1和PW2的代数和（用低功率因数功率表），并按式（2-10），计算线路每千米的正序参数图（2-6）正序阻抗Z1（/km） 正序电阻R1（/km） 正序
10、电抗X1（/km） 正序电感L1（/km） P三相总功率，既P=P1+P2（W） Uav三相线电压平均值（V）Iav三相电流平均值（A）L线路长度（km）f测量电源的频率（Hz） 式（2-10）测量零序阻抗接线如图（2-7）所示，测量时将线路末端三相短路接地，始端三相短路接单相交流电源。根据测得的电流、电压及功率，按下式计算出每相每千米的零序参数。图（2-7）零序阻抗Z0（/km） 零序电阻R0（/km） 零序电抗X0（/km） 零序电感L1（/km） P所测功率（W） U，I试验电压（V）和电流（A）L线路长度（km）f测量电源的频率（Hz） 式（2-11）2.3.4 测量正序电容和零序电容
11、测量线路正序电容时，线路末端开路，首端加三相电源，两端均用电压互感器测量三相电压，测量接线见图（2-8）图（2-8）正序导纳y1(S/km) 正序电导g1(S/km) 正序电纳b1(S/km) 正序电纳C1(F/km) P三相耗损总功率（W） Uav三相线电压平均值（）Iav三相电流平均值(A)L线路长度（km）f测量电源的频率（Hz） 式（2-12） 测量零序电容如图（2-9），将线路末端开路，始端三相短路施加单相电源，在始端测量三相的电流，并测量始末端电压的算术平均值。每相导线每千米的平均对地零序参数可按式（2-13）得图（2-9）零序导纳y0(S/km) 正序电导g0(S/km) 正序电
12、纳b0(S/km) 正序电纳C0(F/km) P三相耗损总功率（W） Uav三相线电压平均值（）Iav三相电流平均值(A)L线路长度（km）f测量电源的频率（Hz） 式（2-13）2.3.5 双回平行线路的互感及耦合电容的测量在双回平行线路中，若其中一回线路中通过不对称短路电流，由于互感的作用，另一回线路将感应电压或电流，有可能使继电保护误动作。同时，还可以通过电容传递的过电压可能危及另一条线路所在系统的安全；当分析电容传递过电压时，需要用到两条线路之间的耦合电容，因此需要对双回平行线路进行互感及耦合电容的测量。2.4 使用综合线路参数测试仪的线路参数测试2.4.1 传统线路参数测试方法新建及
13、改建的高压输电线路在投运前，除了必须检查线路绝缘、核对相位外，还应测量各项工频参数值，以作为计算系统短路电流、整定继电保护值、推算潮流分布和选择合理运行方式等工作的依据,并可借以验证长线路的换相和无功补偿是否达到预期的效果。目前不少电力部门在现场进行线路工频参数测量时，有的还在采用指针式表计组合，需多次不同步读取测量数据，人工工作量大；有的虽已使用了专用的数字测量仪表，但当线路较长时，不仅所需用的试验电源容量很大；而且需要的设备众多,如调压器,隔离变压器,高压电流互感器、电压互感器等，使得试验设备重、大、多，试验接线烦杂。随着电力建设的发展，电力线路的同杆架设和交叉跨越增多，导致输电线路相互间的感应电压升高,对测试人员和仪器仪表的安全构成严重的威胁；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难以保证测试工作的安全性及测试结果的准确性。随着城市现代化建设的发展，城市高压供电线路越来越多地采用高压电缆进行电能传送，由于大截面高压电缆的每公里
