输电线的等值电路及其应用研究论文_赵军

（广东四维电力工程有限公司 529301）

摘要：随着电力系统负荷的不断攀升，研究输电线路的输电能力对其最大等值电路进行在线定值十分必要。文章对运行条件下的输电线路的载流能力进行在线定值，基于电力系统整体新的考虑，建立输电线路送受端的双端口诺顿等值，采用电力系统状态估计对等值电路参数进行在线跟踪，进而分析了输电线路等值电路的在线定值，具有一定参考和指导意义。

关键词：输电线路；输电能力；等值电路

1.引言

输电线路是电力系统重要的组成部分，输电线路电气等值参数（简称输电线的等值电路）可通过计算和实测两种途径获取，该参数的准确性直接关系到电力系统计算准确性及系统的安全稳定运行。由于纯粹的计算方法很难完全考虑线路架设的复杂性，故中华人民共和国电力行业标准《DL/T559-94220-500kV电网继电保护装置运行整定规程》等多部规程中规定架空线路参数必须实测。若被测输电线路能够全部退出运行，而且周围没有强电磁干扰，则输电线的等值电路测量工作较容易进行。但是，被测输电线路往往处在复杂的电磁环境中，此时测量信号中会有较大的“干扰”，影响测量的准确性；被测线路及相关线路常常因为系统的供电需求而不允许退出运行；在线测量时所需的零序信号难以产生等苛刻条件使得输电线的等值电路的测量工作非常复杂，甚至难以实施。对输电线的等值电路的测量方法和技术进行深入综合的分析，找出规律、分析不足，对于指导和促进目前输电线的等值电路测量工作具有较大的现实意义。

2.输电线的等值电路测量

输电线的等值电路测量工作有3个关键环节：首先是被测线路是否允许退出运行；其次是基本量的测取；最后是根据基本量计算线路参数。因此，本文按照是否要求被测线路退出运行、抗干扰测量手段、参数计算方法3个方面对输电线的等值电路测量方法进行归纳，说明每种测量方法的基本原理，同时对各种方法进行对比分析，探讨参数测量的发展方向。

2.1按照是否要求被测线路退出运行分类

将被测输电线路退出运行（俗称“离线”）后测量

其线路参数的方法称为离线测量法。在被测线路不退出运行（俗称“在线”）的方式下采集有关的电气信息，对其线路参数进行测量计算的方法称为在线测量法。一般情况下首选离线测量法，当因为被测线路不允许退出运行等情况时采用在线测量法。

2.1.1离线测量法

输电线路离线测量法分仪表法和数字法两种方法。仪表法主要通过电压表、电流表等表计测量出线路的各个电气量，而数字法则在信号的提取和处理上，引入了单片机及电子电路技术。使用离线测量法测量参数，首先根据所要测量的参数对被测线路进行适当的连接，施加电源，通过测量电压、电流等基本量，计算线路参数。对于导纳参数的测量，又可以分为传统的双端测量法和单端测量法：双端测量法比较准确，其难点在于两端测量数据的同步问题，虽然有技术可以解决，但毕竟增加了测量的复杂程度；改进的单端测量法解决了测量电容时线路尾部电压难以测量的问题，相当于一种准双端测量法，较一般单端法的精度有所提高。离线测量法中的仪表法容易操作、实用性强，但这种方法在消除干扰方面略显不足，而且测量需要大量的表计，采用人工读数，精度不高，针对不同的工频参数，需要搭建独立的测量电路，工序繁杂。仪表法是早期技术条件不成熟时的方法，建议现场试验人员尽可能不再采用此方法。数字法在减小测量误差和降低高频干扰影响方面有明显的作用，但对于测量中存在的工频干扰无法完全抑制。离线测量法最大的不足在于，测量过程中需要线路停电，影响系统正常运行。

2.1.2在线测量法

在线测量法主要是基于广域测量系统（ＷＡＭＳ）同步信息的输电线的等值电路测量法。在线测量法主要的问题在于零序信号的产生，有时需人为使断路器动作，造成扰动增量，这种操作会影响电网安全稳定，对人身安全也存在隐患。

2.2按照抗干扰测量方法进行分类

抗干扰法是针对基本的工频测量方法抗干扰性的不足，通过一些抗干扰措施来实现输电线的等值电路更为准确的测量方法。在测量线路参数时，常常有其他线路的互感影响而造成的干扰，有时干扰电压高达数千伏甚至数万伏，干扰电流达数十安，此时干扰对测量的影响不能忽略。这时需要一定的手段来降低干扰电压对于参数测量的影响，常用的抗干扰方法有工频变相量法、异频法、增量法和干扰法。

2.2.1工频变相量法

在测量零序阻抗、零序导纳、零序互阻抗和零序耦合电容过程中采用工频电源，通过调整试验电源，使电压和电流的幅值和相角发生变化，利用测量到的电压和电流变化量进行线路参数计算的方法称为工频变相量法。对于试验电源可以采用倒相法、换相法和直接调压法来获得变相量电源。该方法可以有效地消除干扰电压对参数测量的影响，测量准确、应用灵活、适应性强。该方法中默认干扰电压在一段时间内不变，但是实际中干扰电压是变化的，所以测量存在一定的误差。

2.2.2增量法

当被测ｎ回线路受外部环境电磁干扰，存在较大零序背景信号时，适用于该方法。其核心思想是人为地短时制造可供测量用的足够大的零序电流，在互感线路中产生零序电流和零序电压的增量，以此来消除正常运行时外部干扰产生的零序电压和零序电流对零序参数测量的影响。增量法的优势在于能够在一定程度上降低干扰的影响，但当线路中的电磁干扰在测量过程中发生变化时，会给测量带来一定的误差。

2.2.3干扰法

在测量线路参数时，经常会受到其他有耦合线路的电磁干扰，当这些干扰足够大时，可以将其作为测量用的电源。干扰法的理论依据是戴维南定理，通过测量本线路中的零序干扰电压和零序干扰电流计算零序自阻抗。将本线路停运，通过测量本线路的互感电压，并同步测量耦合线路的零序电压电流可以计算出其相互之间的零序互感参数。干扰法不需要外加试验电源，因而不会对线路安全运行造成影响。但干扰法要求干扰信号必须足够大才可以进行测量。

2.2.4异频法

异频法应用于被测线路停电而周围线路正常运行的情况，周围运行线路会对被测线路产生干扰，可通过异频法加以解决。异频法原理与工频法类似，只是用异频信号电源替代了工频信号电源，异频信号电源一般采用频率为40-60Hz，但考虑到该频率与工频差别较小会使信号提取存在难度，实际工程中可以采用半频电源。

3.等值电路

交流电流流过输电导线并经大地返回时，线路阻抗是由穿链导线的交变磁链所决定。导线和大地均是非理想导体，在它们的表面电流密度较大，愈住纵深处电流密度愈小。随着电流频率不同，交变磁链也不同，使线路对不同频率分量呈现出不同的传输特性。为了考虑这个电流频率引起的表面效应，可采用图1所示的等值电路。

显然，这样的等值电路将实心导线和大地模拟为由许多细导线并联组成。愈靠近导线或大地内部，愈具有较多的内部磁链，因而其电感愈大，在等值模型中用r：、L：支路表示。代表导线、大地表面的细导线受内部磁链影响较.小，其阻抗也较小，等值模型中图1计入表面效应的等值电路用rN、LN支路表示。当交流电流流过图1所示等值电路时，电流分布不均匀，大部分从支路rN、L、rN-1、LN-1……中流过，这就反映出输电线和大地的表面效应。同理，对多导线间的互阻抗，用图1等值电路也可作出解释。

图1 计入表面效应的等值电路

4.输电线路送受端系统的等值模型

4.1输电线路模型

本文定值分析时，采用输电线路的π型等效电路，电路图如图2所示。

图2 输电线路等效模型

图2中，US、IS分别表示输电线路送端母线端电压及注入电流，Ur、It分别表示输电线路受端母线端电压及注入电流，Z0代表波阻抗，β为相位常数，XS、BS、Br表征线路串联及并联补偿，反映输电线的等值电路，l为线路长度。则可得，输电线路双端口的网络方程如下：

4.2送受端系统双端电源等值模型

对于互联的电力系统而言，运行中存在线路首末端节点连通的通路，输电线路的送受端系统不孤立，因此，如果对两端口的电源模型分别单端口戴维南等值，则没有将并行电流对整个系统的影响考虑在内，忽视了电力系统的整体性，必然会对输电线路载流能力的分析和计算产生影响。因此，本文在研究过程中，考虑电力系统的整体性，对运行条件下的网络进行双端口电源的诺顿等值，进而可以反映从送受端端口看进去时注入电流与输出电压间的关系，简化网络得到输电线路及系统的双端电源等值模型。系统的双端口诺顿等值如下图3所示。