本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)參數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輸電線路參數(shù)測量時(shí)抑制工頻感應(yīng)電壓的電路和測量方法。

背景技術(shù)：

在進(jìn)行輸電線路參數(shù)離線測量過程中，往往需要測量輸電線路的短路阻抗和開路阻抗。

但是，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的架空線路，多采用同桿并架或者同走廊敷設(shè)，已建成的輸電線路基本帶電運(yùn)行。帶電運(yùn)行線路與新架設(shè)線路之間由于存在耦合電感M以及耦合電容C(圖1)，使新架設(shè)線路上存在工頻感應(yīng)電壓。這種工頻感應(yīng)電壓的幅值有可能達(dá)到數(shù)萬伏。

為了克服工頻感應(yīng)電壓給測量結(jié)果帶來的測量誤差，現(xiàn)代輸電線路測量儀器采用異頻測量方法，即通過臨近工頻f_S頻率的異頻頻率f_S-Δf和f_S+Δf信號(hào)測量輸電線路在異頻頻率f_S-Δf和f_S+Δf處的開路阻抗和短路阻抗，然后通過插值的方式求出工頻參數(shù)。這種測量方法可以帶來高精度的測量數(shù)據(jù)。

但是，異頻測量方法存在的另一個(gè)問題是如何面對(duì)被測量線路的感應(yīng)電壓問題。一方面，因感應(yīng)電壓高達(dá)數(shù)萬伏，需要相應(yīng)的測量設(shè)備如異頻電源、電壓和電流信號(hào)采集單元可耐受數(shù)萬伏的高電壓，這將導(dǎo)致設(shè)備增加對(duì)地絕緣強(qiáng)度，從而導(dǎo)致測量設(shè)備的成本急劇增加。另一方面，試驗(yàn)人員在進(jìn)行相關(guān)測量過程中，可能由于防護(hù)不當(dāng)，被感應(yīng)電壓擊倒。

為解決輸電線路離線測量中可能出現(xiàn)的工頻感應(yīng)電壓問題，需要另尋途徑，降低被測量架空輸電線路上的高電壓，確保測量人員和設(shè)備的安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種輸電線路參數(shù)測量時(shí)抑制工頻感應(yīng)電壓的電路和測量方法，以克服工頻感應(yīng)電壓和電流帶來的測量誤差。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種輸電線路參數(shù)測量時(shí)抑制工頻感應(yīng)電壓的電路，包括由電感Ls和電容Cs串聯(lián)組成的串聯(lián)環(huán)節(jié)電路和由電感Lp、電容Cp和電阻Rp并聯(lián)組成的并聯(lián)環(huán)節(jié)電路，串聯(lián)環(huán)節(jié)電路與并聯(lián)環(huán)節(jié)電路相串聯(lián)，高壓端與待測輸電線路通過引線相連，低壓端接地；

調(diào)節(jié)電路Ls、電容Cs、電阻Rp、電感Lp和電容Cp的參數(shù)，使得本電路在工頻頻率f_S附近形成極低的阻抗，在異頻測量信號(hào)的異頻頻率f_S-Δf或f_S+Δf附近形成高阻抗，其中f_S為工頻頻率，Δf為異頻頻率與工頻頻率之間的差值。

一種輸電線路參數(shù)測量時(shí)抑制工頻感應(yīng)電壓的測量方法，包括步驟：

將上述輸電線路參數(shù)測量時(shí)抑制工頻感應(yīng)電壓的電路的高壓端接入待測輸電線路的測量端；

在所述輸電線路參數(shù)測量時(shí)抑制工頻感應(yīng)電壓的電路高壓端和所述待測輸電線路的測量端之間接入異頻電源，異頻電源的異頻頻率分別可調(diào)節(jié)為f_S-Δf和f_S+Δf，f_S為工頻頻率，Δf為異頻頻率與工頻頻率之間的差值；

在異頻電源與待測輸電線路之間接入信號(hào)采集單元，通過信號(hào)采集單元采集待測輸電線路的電壓信號(hào)和電流信號(hào)；

對(duì)待測輸電線路的電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉分析，濾掉其中的工頻信號(hào)，提取f_S-Δf或f_S+Δf頻率的異頻信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算。

本發(fā)明的輸電線路參數(shù)測量時(shí)抑制工頻感應(yīng)電壓的電路，由于在工頻f_S＝50Hz頻率附近的阻抗非常低，待測輸電線路上的工頻感應(yīng)電流將通過工頻抑制電路注入大地，從而待測輸電線路的工頻電壓被抑制在異頻電源、參數(shù)測量設(shè)備安全許可范圍內(nèi)。同時(shí)，由于工頻抑制電路在異頻信號(hào)f_S-Δf或f_S+Δf附近具有高阻抗，將阻止異頻電源輸出的異頻電流通過工頻抑制電路注入到大地，迫使異頻電源輸出的大部分異頻電流注入到待測輸電線路當(dāng)中。因此，將本工頻抑制電路接入待測輸電線路，然后按照本發(fā)明的輸電線路參數(shù)測量時(shí)抑制工頻感應(yīng)電壓的測量方法在異頻頻率f_S-Δf或f_S+Δf下測量和計(jì)算待測輸電線路的開路阻抗和短路阻抗。

附圖說明

圖1為新建架空線路2鄰近已建成運(yùn)行線路1的示意圖；

圖2為本發(fā)明輸電線路參數(shù)測量時(shí)抑制工頻感應(yīng)電壓的電路示意圖；

圖3為本發(fā)明輸電線路參數(shù)測量時(shí)抑制工頻感應(yīng)電壓的測量方法的示意圖；

圖4為按照公式(1)設(shè)置參數(shù)時(shí)的阻抗頻率特性曲線；

圖5為按照公式(2)設(shè)置參數(shù)時(shí)的阻抗頻率特性曲線。

具體實(shí)施方式

圖1是新建架空線路2鄰近已建成運(yùn)行線路1的示意圖。其中已建成線路與新建線路之間存在電容C和電感M耦合。這兩種耦合將使是線路1上的運(yùn)行的工頻電壓U通過耦合電容C的作用在線路2上產(chǎn)生工頻靜電感應(yīng)電壓；通過線路1的工頻電流I將通過耦合電感M的作用在線路2上產(chǎn)生工頻電磁感應(yīng)電壓。在工頻靜電感應(yīng)電壓和工頻電磁感應(yīng)電壓的共同作用下，將使新建線路2上的空載工頻感應(yīng)電壓高達(dá)數(shù)萬伏，具體的感應(yīng)電壓數(shù)值視被測量線路與帶電線路之間的距離已及帶電線路的電壓等級(jí)、線路共用走廊的長度等關(guān)系密切。如鄰近1000kV特高壓輸電線路的新建線路，其空載工頻感應(yīng)電壓將可能達(dá)到數(shù)萬伏。

新建線路2的工頻參數(shù)離線測量，需要測量線路對(duì)側(cè)開路條件下的開路阻抗，以及線路對(duì)側(cè)短路條件下的短路阻抗；然后通過開路阻抗和短路阻抗測量結(jié)果計(jì)算出線路的各種工頻參數(shù)。這種測量方式，要求對(duì)被測量線路的電壓和電流進(jìn)行采樣分析。如果采用工頻信號(hào)進(jìn)行分析，則被測量架空線路上的工頻感應(yīng)電壓和工頻感應(yīng)電流將給測量結(jié)果帶來不可忽視的誤差。

為了克服工頻感應(yīng)電壓和電流帶來的測量誤差，現(xiàn)代輸電線路測量儀器采用異頻測量方法，即通過測量工頻f_S頻率臨近點(diǎn)的f_S-Δf和f_S+Δf兩個(gè)異頻頻率的線路參數(shù)，通過插值的方式求出工頻參數(shù)。這種測量方法可以帶來高精度的測量數(shù)據(jù)。

但是，這種異頻測量方法需要異頻信號(hào)電源耐受被測量架空線路工頻電壓和工頻電流的能力較強(qiáng)。其耐受電壓的能力需要高于被測量線路的感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓往往達(dá)到數(shù)萬伏；耐受工頻電流的能力則是線路兩端均接地短路條件下在線路測量端測量到的接地感應(yīng)電流。在線路感應(yīng)電壓高達(dá)數(shù)萬伏，且線路的短路阻抗較小的情況下，該短路電流往往達(dá)到數(shù)百安培以上。

如果不采取抑制工頻感應(yīng)電壓和電流的措施，直接將異頻電源和信號(hào)采集單元接入被測量線路上，則要求異頻電源的輸出端和信號(hào)采集單元的輸入端應(yīng)該能耐受數(shù)萬伏的高壓和通過數(shù)百安培的感應(yīng)電流。這將導(dǎo)致異頻電源的容量非常大，給異頻電源的制作和運(yùn)輸帶來困難，增加異頻電源的成本，同時(shí)也要求信號(hào)采集單元的輸入端能耐受數(shù)萬伏的電壓。另一方面，被測量線路上數(shù)萬伏的工頻感應(yīng)電壓，也給測量人員帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。

為了降低參數(shù)測量過程中的工頻感應(yīng)電壓和電流，可以采用如下的工頻電壓抑制電路。按照?qǐng)D2所示，通過將電感元件Ls和電容元件Cs串聯(lián)形成串聯(lián)環(huán)節(jié)電路，其串聯(lián)諧振頻率可選在在工頻頻率附近。由于測量信號(hào)的異頻頻率距離工頻頻率比較近，兩者頻率僅僅相差Δf<50Hz，為防止Ls和Cs串聯(lián)電路形成的阻抗在異頻頻率f_S-Δf或f_S+Δf點(diǎn)的阻抗也過低，導(dǎo)致異頻信號(hào)電源的電流大部分被Ls和Cs串聯(lián)電路所旁路，需要另外設(shè)置一組由Lp和Cp組成的并聯(lián)調(diào)諧電路，并且使Lp和Cp并聯(lián)電路的并聯(lián)諧振頻率調(diào)整在f_S-Δf或者f_S+Δf頻率附近；同時(shí)增加一阻尼電阻Rp，使Rp并聯(lián)在LpCp并聯(lián)諧振電路上；增加Rp的目的在于防止LpCp并聯(lián)電路在f_S-Δf或者f_S+Δf頻率附近的阻抗值飄移過大，導(dǎo)致注入線路的異頻電流不穩(wěn)定。最后使LsCs串聯(lián)環(huán)節(jié)電路和RpLpCp并聯(lián)環(huán)節(jié)電路相串聯(lián)形成工頻感應(yīng)電壓抑制電路。

本實(shí)施例中，如果將工頻感應(yīng)電壓抑制電路的參數(shù)選擇為

Ls＝791.57mH，Cs＝20μF，Lp＝158.314mH，Cp＝100μF，Rp＝1000Ω(1)

則圖2電路的阻抗頻率特性曲線為圖4所示，其中在40Hz頻率附近的阻抗為1000Ω左右，但是在50Hz頻率附近則僅為10Ω左右。因此，可利用圖2的電路按照公式(1)的設(shè)置參數(shù)，按照?qǐng)D3的方式將工頻感應(yīng)電壓抑制電路接入被測量線路2的測量端。在工頻感應(yīng)電壓抑制電路與被測量線路2的連接線上，接入異頻電源；在異頻電源與被測量線路2之間，接入信號(hào)采集單元采集被測量線路的電壓和電流信號(hào)。由于工頻電壓抑制電路在工頻f_S＝50Hz頻率附近的阻抗非常低(約為10Ω)，被測量線路上的工頻感應(yīng)電流將通過工頻抑制電路注入大地，從而被測量線路2的工頻電壓被抑制在異頻電源、參數(shù)測量設(shè)備安全許可范圍內(nèi)。同時(shí)，由于工頻抑制電路在異頻信號(hào)f_S-Δf＝40Hz附近的阻抗接近1000Ω，將阻止異頻電源輸出的異頻電流通過工頻抑制電路注入到大地，迫使異頻電源輸出的大部分異頻電流注入到被測量線路2當(dāng)中。為此可在異頻頻率f_S-Δf＝40Hz條件下測量和計(jì)算被測量線路2的開路阻抗和短路阻抗。

為測量被測量線路2在異頻頻率f_S+Δf＝60Hz處的開路阻抗和短路阻抗，可將工頻抑制電路圖2的參數(shù)調(diào)整為

Ls＝351.81mH，Cs＝20μF，Lp＝50.258mH，Cp＝140μF，Rp＝1000Ω(2)

公式(2)的工頻抑制電路相應(yīng)的阻抗特性曲線見圖5。在此參數(shù)下，工頻抑制電路在工頻50Hz頻率附近的阻抗不到10Ω，但是在異頻信號(hào)頻率f_S+Δf＝60Hz附近的阻抗接近1000歐姆。如上所述，通過圖3的接線方式和本參數(shù)選擇，可以安全可靠地測量輸電線路在f_S+Δf＝60Hz頻率下的開路阻抗和短路阻抗。

為節(jié)省成本，在本實(shí)施例的電感元件和電容元件的選擇上，通過如下方式進(jìn)行電感的制作，如Ls的總電感量為Ls＝791.57mH，可在電感線圈設(shè)置一個(gè)中間抽頭，使中間抽頭的電感量為351.81mH；同理，Lp的總電感量為Lp＝158.314mH，增設(shè)中間抽頭，使中間抽頭的電感量為50.258mH。電容元件Cp可以分作100μF和40μF兩組，通過兩組電容并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)Cp＝140μF的電容量需求，并在40μF電容的一側(cè)串接一個(gè)開關(guān)，當(dāng)按照公式(1)調(diào)整時(shí)，開關(guān)打開，按照公式(2)調(diào)整時(shí)，開關(guān)閉合。

上列詳細(xì)說明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。