（电力系统及其自动化专业论文）输电线路参数带电测量系统的应用研究.pdf

摘要 本文依照带电 测量线路自 阻抗和互阻抗参数的数学模型 8 1 ，巧妙地解决了 测试源的 获取问 题;利用全球卫星定位系统( g p s ) 的授时功能成功地解决了 异地信号同步问 题， 完全满足工程测量的精度要求; 并采用了最小二乘法等方法解决了测量中出现的超定方 程的求解问题。 除此之外，本文还介绍了输电线路参数测量系统的软硬件设计，相应软件部分包括 d s p 数据采集程序、g p s 解码程序、程序界面、数据通讯程序，进行了模拟实验，结果 显示系统的软、硬件设计是成功的，并将此方法与传统测量方法进行了比较，介绍了在 南阳电网的实际应用情况。 理论分析和多次测量的应用表明了带电测量方法是正确可行的，其测量结果完全能 满足工程需要。因此输电线路参数测量分析系统解决了电力生产中的关键技术难题， 具 有广泛的推广应用价值。 这对于提高电力系统供电可靠性、 减少供电 损失和提高电力系 统的安全运行水平具有十分重要的意义。 关键词 输电线路参数测量 零序互感 增量法 全球定位系统 ab s t r a c t we i n t r o d u c e t w o n e w m e a s u r in g m e t h o d -t h e d i ff e re n t i a l m e t h o d a n d t h e i n t e g r a l m e t h o d i n t h e p a p e r . a ft e r l u c u b r a t i n g o n t h e m , w e e l a b o r a t e t h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o f t h e d i ff e r e n t i a l m e t h o d a n d p u t f o r w a r d t h e s i n u s o i d a l d i ff e r e n t i a l t h e o r e m . we c a n g e t t h e re a l d i ff e r e n t i a l v a l u e o f a s a m p l i n g p o i n t b y a m e n d i n g t h e d i ff e re n c e o f t h e p o i n t . i t m e a n s c a n a c h i e v e t h e s a m e p r e c i s i o n a s u s i n g h i 沙 s a m p li n g r a t e b y t h i s m e a n s . i n a d d i t io n , w e w c h e re g i v e t h e i n t e g r a l m e t h o d t oi m p r o v e t h e d i ff e r e n t ia l m e t h o d . t h e t w o m e a s u r in g f o r e a s y o p e r a t io n a n d c o m p u t a t i o n a n d o n l y a p p a r e n t l y t h e y h a v e t h e b r i g h t p r o s p e c t o f a p p l y i n g h a v e a d v a n t a g e s o v e r t h e c o n v e n t i o n a l m e t h o d s o n c e m e a s u re m e n t o n m o s t o c c a s i o n s . t h e p o w e r s y s t e m . mo r e o v e r , w e i n t r o d u c e t h e h a r d w a r e a n d s o ft w a re p a r t i n c l u d e s t h e d s p d a t a s a m p l i n g s o ft w a r e s t r u c t u r e s i n d e t a i l i n t h e p a p e r . t h e p r o g r a m , g p s s i g n a l re c e iv i n g p r o g r a m , theofall me t h o d, t r a d it i o n a l m e a s u r i n g m e t h o d , o n - l i n e o f t h e s y s t e m i n t h e n a n y a n g p o w e r . 卜 幻l ea s unng m e t h o d . i n t ro d u c e t h e p r a c t i c a la p p l i c a t i o n t h e t h e o r e t i c a l a n a l y s i s a n d m e a s u re m e n t re s u l t s p r o v e d t h a t t h en e w me t h o d s d e s c r ib e d i n t h e p a p e r a r e c o r r e c t , e ff e c t i v e a n d w i l l p l a y a n i m p o r t a n t r o l e i n i m p r o v i n g t h e l e v e l o f r e l i a b l e o p e r a t i o n o f p o w e r s y s t e m s . c h a n g d a y o n g d i r e c t e d b y p r o f . w a n g p e n g k e y w o r d s : t r a n s m i s s i o n l i n e s , p a r a m e t e r me t h o d , g p s z e r o - s e q u e n c e m u t u a l i n d u c t a n c e , i n c r e m e n t y . 7 1 3 1 0 1 声明 本人郑重声明:此处所提交的工程硕士专业学位论文 输电线路参数带 电测量系统，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师 指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以 标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也 不包 含为 获得华北电 力 大学或其 他教育机构的学 位或证书而使用过的 材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说 明并表录了谢意。 学位论文作者签名:期 : 2 z a 竺. 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学 校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件;学校可以采用 影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文;学校可允许学位论文被 查阅或借阅; 学校可以 学术交流为目 的， 复制赠送和交换学位论文; 同 意 学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名 导师签名: 日期: :z a s o 丈 - 华北电力大学工程硕十专业学位论文 1 . 绪论 1 . 1输电线路参数测量的重要意义 随着电力系统规模的发展， 电力工业对安全运行的要求也越来越高。 由于电厂 ( 变 电站)的出线增多， 使得新旧线路同杆、 共走廊或部分共走廊， 线路之间的电磁藕合日 益严重，互感线路日益增多。线路之间的互阻抗 ( 互电阻和互电感) 会影响到线路故障 状态， 特别是零序参数的准确性， 对零序电 流保护的影响极大。 如何有效的控制现行电 力系统，使之安全、经济、可靠的运行就成为迫在眉睫的问题， 而解决好这个问题的前 提就是尽可能准确地掌握输电线路的零序参数。 准确的零序参数是正确进行继电保护整 定计算、故障测距、故障分析、网损计算和潮流计算等电力系统计算的基础， 线路参数 的准确与否直接影响到相关计算的最终结果。 线路参数测试己经是新输电线路投产之前 必不可少的一道工序，也是对线路施工质量的一种检验。 通常已知的输电线路参数是线 路建成初期测定的， 这些参数在投运后由于气候、温度、环境及地理等因素的影响会或 多或少地发生变化。 根据中 华人民 共和国电力行业标准中， ( 2 2 0 k v - 5 0 0 k v 电网 继电 保 护运行规程 ( d l / t 5 5 9 - 9 4 1 9 9 5 -0 5 -0 1 实施)中关于继电保护整定的规定指出: 架空线路和电缆的零序阻抗、 平行线间的零序互感阻抗、 其它对继电 保护定值整定影响 较大的参数应使用实测值。 通常得到输电线路参数的方法有三种:1 . 根据架空输电线的结构、 材料、 气温、 环 境等情况把具体的参量逐项代入计算公式得到，称为精确计算;2 . 从手册或产品日录中 查得单位长度线路，称为近似计算;3 . 通过现场实际测量得到。参数线路参数的带电测 量中主要难点为零序互感参数的 测量， 以前的 测量方法多因 零序互感参数带电 测量无法 实现或精度差而不能实用。 零序互感参数的存在影响故障电流的大小， 在继电保护定值 计算时必须考虑这种影响。当零序互感影响显著时， 如果在继电保护定值计算中不考虑 其影响的话会造成保护误动或拒动， 因此精确地确定输电线路零序互感参数显得尤为重 要。 采用计 算公式来获 得零序互 感参 数时， 由 于计 算公式 是以 卡 松 ( c a r s o n ) 公式为 基础 推 导 出 来 的 ， 而 卡 松 公 式 中 的 等 值 深 度 d 。 与 大 地 电 阻 率 p 。 并 非 常 数 ， 而 是 随 输 电 线 路 沿线的大地地质状况而变。因此公式计算结果与实际值相差甚远， 仅由于地质情况的随 机性质就使精确计算零序参数几乎是不可能的， 因而我国 继电保护规程规定线路零序参 数必须采用实测值。 传统的实际测量方法是在待测线路完全停电的情况下进行的，随着电力系统的扩 大， 系统中的互感线路也日益增多。由于互感线路组中的线路是逐年建设的，在测量 - 条新建线路的零序自 感时，由于其与其它己运行的互感线路存在祸合，无法独立测量， 需对所有有祸合的互感线路同时测量。 在测量新建线路与己有线路的互感时， 又存在已 华北电力大学工程硕十专业学位论文 1 . 绪论 1 . 1输电线路参数测量的重要意义 随着电力系统规模的发展， 电力工业对安全运行的要求也越来越高。 由于电厂 ( 变 电站)的出线增多， 使得新旧线路同杆、 共走廊或部分共走廊， 线路之间的电磁藕合日 益严重，互感线路日益增多。线路之间的互阻抗 ( 互电阻和互电感) 会影响到线路故障 状态， 特别是零序参数的准确性， 对零序电 流保护的影响极大。 如何有效的控制现行电 力系统，使之安全、经济、可靠的运行就成为迫在眉睫的问题， 而解决好这个问题的前 提就是尽可能准确地掌握输电线路的零序参数。 准确的零序参数是正确进行继电保护整 定计算、故障测距、故障分析、网损计算和潮流计算等电力系统计算的基础， 线路参数 的准确与否直接影响到相关计算的最终结果。 线路参数测试己经是新输电线路投产之前 必不可少的一道工序，也是对线路施工质量的一种检验。 通常已知的输电线路参数是线 路建成初期测定的， 这些参数在投运后由于气候、温度、环境及地理等因素的影响会或 多或少地发生变化。 根据中 华人民 共和国电力行业标准中， ( 2 2 0 k v - 5 0 0 k v 电网 继电 保 护运行规程 ( d l / t 5 5 9 - 9 4 1 9 9 5 -0 5 -0 1 实施)中关于继电保护整定的规定指出: 架空线路和电缆的零序阻抗、 平行线间的零序互感阻抗、 其它对继电 保护定值整定影响 较大的参数应使用实测值。 通常得到输电线路参数的方法有三种:1 . 根据架空输电线的结构、 材料、 气温、 环 境等情况把具体的参量逐项代入计算公式得到，称为精确计算;2 . 从手册或产品日录中 查得单位长度线路，称为近似计算;3 . 通过现场实际测量得到。参数线路参数的带电测 量中主要难点为零序互感参数的 测量， 以前的 测量方法多因 零序互感参数带电 测量无法 实现或精度差而不能实用。 零序互感参数的存在影响故障电流的大小， 在继电保护定值 计算时必须考虑这种影响。当零序互感影响显著时， 如果在继电保护定值计算中不考虑 其影响的话会造成保护误动或拒动， 因此精确地确定输电线路零序互感参数显得尤为重 要。 采用计 算公式来获 得零序互 感参 数时， 由 于计 算公式 是以 卡 松 ( c a r s o n ) 公式为 基础 推 导 出 来 的 ， 而 卡 松 公 式 中 的 等 值 深 度 d 。 与 大 地 电 阻 率 p 。 并 非 常 数 ， 而 是 随 输 电 线 路 沿线的大地地质状况而变。因此公式计算结果与实际值相差甚远， 仅由于地质情况的随 机性质就使精确计算零序参数几乎是不可能的， 因而我国 继电保护规程规定线路零序参 数必须采用实测值。 传统的实际测量方法是在待测线路完全停电的情况下进行的，随着电力系统的扩 大， 系统中的互感线路也日益增多。由于互感线路组中的线路是逐年建设的，在测量 - 条新建线路的零序自 感时，由于其与其它己运行的互感线路存在祸合，无法独立测量， 需对所有有祸合的互感线路同时测量。 在测量新建线路与己有线路的互感时， 又存在已 华北电力大学 _ 程硕士专业学位论文 运行线路不能完全停电的困难，即使能将所有被测线路都停电，测量工作量也是十分庞 大的， 且传统测量方法只能测出线路互电感而不能测出其互电阻， 因此传统的测量方法己 不能满足现代大型电力系统的要求。 1 . 2传统的线路互感参数测量方法 1 . 2 . 1电感定义 一个线圈或电流回路各匝导线交链的磁通量的总和称为该线圈或回路的磁通匝链 数，简称为磁链，用甲表示。如果密绕线圈的每匝导线交链的磁通为。， 线圈的匝数为 n，那么线圈的磁链 甲= n o ( 1 一 1 ) 一个回路如果通以电流了 ，这一电流伴生并所与该回路交链的磁链甲与电流哟 比值 为该回路的自 感系数，简称自 感，用l 表示: l= 式中甲称为自感磁链。 y= n o ( 1 - 2 ) n是回路匝数，小是回路每匝导线交链的磁通，称为 甲一1 自 感磁通。自 感磁通小的方向与电济 口 的绕行方向满足右手螺旋定则时自 感l 为正值。 在多 个回 路 组 成的 系 统中 ， 回 路1 中电 流1 , 产生的 与回 路 2 交 链的 磁 链t 2 ， 与电 流1 ， 之 比 ， 称为 回 路1 对回 路 2 的 互 感 系 数， 简 称互 感，记 作m 2 1 ( 1 - 3 ) 式中 1 2 1 称为 回 路1 对回 路 2 的 互 感 磁 链。 t n = n 2 1 ) 2 1 , n ， 为 回 路 2 的 匝 数， (1 ) 2 ， 称 为回 路1 对回路2 的互感磁通同理，可定义回路2 对回路1 的互感 m1 2 = 式中叭: = n , d 12 按照互感定义， 叭2 i 2 互感可为正值也可为负值。 ( 1 - 4 ) m12 = m2 1 可以证明在静止磁路中有 ( 1 - 5 ) 在线性磁媒质条件下，线圈或回路的自 感和互感为常数。它们与回路的几何形状、 尺寸、 1 . 2 . 2 回路周围磁媒质和导线材料的磁导率有关，互感还与回路之间的相对位置有关。 “ 单导线一 大地”回路的自阻抗和互阻抗 “ 单导 线一 大 地” 回 路 如图 2 - 1 所 示。 导 线中 流 过电 流几 ， 经大 地 返回 ， 设大 地 体 积 无限 大， 且具有均匀的电阻 率， 则此交流电 路可以 用卡松( c a r s o n ) 线路来模拟， 如图1 - 1 , 1 - 2 所示。 。0勿 0 e d h , 汗一 v- 一 去。 图1 - 1 “ 单导线一大地”回路图1 - 2两平行的 ， e e “ 单导线一大地”回路 华北电力大学 _ 程硕士专业学位论文 运行线路不能完全停电的困难，即使能将所有被测线路都停电，测量工作量也是十分庞 大的， 且传统测量方法只能测出线路互电感而不能测出其互电阻， 因此传统的测量方法己 不能满足现代大型电力系统的要求。 1 . 2传统的线路互感参数测量方法 1 . 2 . 1电感定义 一个线圈或电流回路各匝导线交链的磁通量的总和称为该线圈或回路的磁通匝链 数，简称为磁链，用甲表示。如果密绕线圈的每匝导线交链的磁通为。， 线圈的匝数为 n，那么线圈的磁链 甲= n o ( 1 一 1 ) 一个回路如果通以电流了 ，这一电流伴生并所与该回路交链的磁链甲与电流哟 比值 为该回路的自 感系数，简称自 感，用l 表示: l= 式中甲称为自感磁链。 y= n o ( 1 - 2 ) n是回路匝数，小是回路每匝导线交链的磁通，称为 甲一1 自 感磁通。自 感磁通小的方向与电济 口 的绕行方向满足右手螺旋定则时自 感l 为正值。 在多 个回 路 组 成的 系 统中 ， 回 路1 中电 流1 , 产生的 与回 路 2 交 链的 磁 链t 2 ， 与电 流1 ， 之 比 ， 称为 回 路1 对回 路 2 的 互 感 系 数， 简 称互 感，记 作m 2 1 ( 1 - 3 ) 式中 1 2 1 称为 回 路1 对回 路 2 的 互 感 磁 链。 t n = n 2 1 ) 2 1 , n ， 为 回 路 2 的 匝 数， (1 ) 2 ， 称 为回 路1 对回路2 的互感磁通同理，可定义回路2 对回路1 的互感 m1 2 = 式中叭: = n , d 12 按照互感定义， 叭2 i 2 互感可为正值也可为负值。 ( 1 - 4 ) m12 = m2 1 可以证明在静止磁路中有 ( 1 - 5 ) 在线性磁媒质条件下，线圈或回路的自 感和互感为常数。它们与回路的几何形状、 尺寸、 1 . 2 . 2 回路周围磁媒质和导线材料的磁导率有关，互感还与回路之间的相对位置有关。 “ 单导线一 大地”回路的自阻抗和互阻抗 “ 单导 线一 大 地” 回 路 如图 2 - 1 所 示。 导 线中 流 过电 流几 ， 经大 地 返回 ， 设大 地 体 积 无限 大， 且具有均匀的电阻 率， 则此交流电 路可以 用卡松( c a r s o n ) 线路来模拟， 如图1 - 1 , 1 - 2 所示。 。0勿 0 e d h , 汗一 v- 一 去。 图1 - 1 “ 单导线一大地”回路图1 - 2两平行的 ， e e “ 单导线一大地”回路 华北电力大学 _ 程硕士专业学位论文 运行线路不能完全停电的困难，即使能将所有被测线路都停电，测量工作量也是十分庞 大的， 且传统测量方法只能测出线路互电感而不能测出其互电阻， 因此传统的测量方法己 不能满足现代大型电力系统的要求。 1 . 2传统的线路互感参数测量方法 1 . 2 . 1电感定义 一个线圈或电流回路各匝导线交链的磁通量的总和称为该线圈或回路的磁通匝链 数，简称为磁链，用甲表示。如果密绕线圈的每匝导线交链的磁通为。， 线圈的匝数为 n，那么线圈的磁链 甲= n o ( 1 一 1 ) 一个回路如果通以电流了 ，这一电流伴生并所与该回路交链的磁链甲与电流哟 比值 为该回路的自 感系数，简称自 感，用l 表示: l= 式中甲称为自感磁链。 y= n o ( 1 - 2 ) n是回路匝数，小是回路每匝导线交链的磁通，称为 甲一1 自 感磁通。自 感磁通小的方向与电济 口 的绕行方向满足右手螺旋定则时自 感l 为正值。 在多 个回 路 组 成的 系 统中 ， 回 路1 中电 流1 , 产生的 与回 路 2 交 链的 磁 链t 2 ， 与电 流1 ， 之 比 ， 称为 回 路1 对回 路 2 的 互 感 系 数， 简 称互 感，记 作m 2 1 ( 1 - 3 ) 式中 1 2 1 称为 回 路1 对回 路 2 的 互 感 磁 链。 t n = n 2 1 ) 2 1 , n ， 为 回 路 2 的 匝 数， (1 ) 2 ， 称 为回 路1 对回路2 的互感磁通同理，可定义回路2 对回路1 的互感 m1 2 = 式中叭: = n , d 12 按照互感定义， 叭2 i 2 互感可为正值也可为负值。 ( 1 - 4 ) m12 = m2 1 可以证明在静止磁路中有 ( 1 - 5 ) 在线性磁媒质条件下，线圈或回路的自 感和互感为常数。它们与回路的几何形状、 尺寸、 1 . 2 . 2 回路周围磁媒质和导线材料的磁导率有关，互感还与回路之间的相对位置有关。 “ 单导线一 大地”回路的自阻抗和互阻抗 “ 单导 线一 大 地” 回 路 如图 2 - 1 所 示。 导 线中 流 过电 流几 ， 经大 地 返回 ， 设大 地 体 积 无限 大， 且具有均匀的电阻 率， 则此交流电 路可以 用卡松( c a r s o n ) 线路来模拟， 如图1 - 1 , 1 - 2 所示。 。0勿 0 e d h , 汗一 v- 一 去。 图1 - 1 “ 单导线一大地”回路图1 - 2两平行的 ， e e “ 单导线一大地”回路 华北电力大学 毛 程硕一专业学位论文 卡松线路就是用一虚拟导线。 。 作为地中电流的返回导线， 该虚拟导线位于架空线a s 的 下 方 地中， 与a s 的 距 离为d _ o 几是 大 地电 阻 率p 。 的 函 数 用r , 和r : 分 别 代 表 单 位 长 度 导 线 a s 的 电 阻 及 大 地 的 等 值 电 阻 。 一 丑 欧 / 公 里 ， 式 中 p 为 导 线 的 电 阻 率 ( 欧 毫 米 s 2 /公 里 ) ， 、 为 导 线 载 流 部 分 的 标 称 截 面 积 ( 毫 米 2大 地 电 阻 r 、 是 交 流 电 流 频 率 的 函 数 ， 用卡松公式计算: r g = 7 2 f x 1 0 = 9 .8 7 f x 1 0 欧 / 公 里 导线回路a s 单位长度的自 感: : _ _ 2 x 1 0 - i 1n 2 1 一 il 1* l d , 少 ( 1 - 6 ) 式中 :d , = r e - 114 为 圆 柱形 导 体的自 几何 均 距。l 为 线 路 长 度 ( 米 ) 。 虚拟导线e e 单位长度的自 感: 、 一 2 一 in 奇 一 )亨 米 ( 1 - 7 ) 式中:d , 为虚拟导线的自 几何均距。1 为线路长度( 米) 。 m代表导线a s 和虚拟导线e e 回路单位长度的互感。 则每单位长度回路之间的互感为 m = 2 x 1 0 4 ln 兰一 1) 亨 /米 l d _) ( 1 - 8 ) 公式( 2 - 6 ) , ( 2 - 7 ) , ( 2 - 8 ) 是计算多相线路电 感的基础。 由图 2 - 1 可以求得 “ 单导线一大地”回路单位长度的自 感为: !一 。 - 2m 一!1 21in 一 ) !1 21+ i in 一 )一 in 21d qq一 = 2 x 10 - in 三 立一 2 x 1 0 - in 且亨 /米 ， d, d , e d , ( 1 - 9 ) 式 中 ， 。 。是 虚 拟 导 线 rye的 自 几 何 均 距 ; 。 一 气代 表 地 中 虚 拟 导 线 ee 的 等 值 深 度 它 是大地电阻率p( 欧， 回路的自阻抗为: 米 )和 ” 率 ， (赫 )的 函 ” ， 由 。 一 660 xy .f 米 ， 得 “单 导 线 一 大 地 ” 一 a + r g + jw 1，一 + r 8 + j2)cfn ， 会 一 。 + r 8 + j0.1445 1g 会 ( i - 1 0 ) 这里: 和凡分 别 代 表 单 位 长 度导 线 a s 的电 阻 及大 地的 等 值电 阻。 如果有两根平行长 导线都以 大地作为电流的返回路径， 就形成两个平行的“ 单导线 一大地”回路，如图2 - 2 所示。两导线轴线间距离为d， 两导线与虚拟导线间的距离分别 为d _ 和d b 。两个回路之间单位长度的互阻抗礼为: 一 r-一(1 21in 一 )一in 21d ce 一 )一 in 2 1dbe一 )+ i in 2 1l d,e一 ) = r k + j 0 . 1 4 4 5 1 g d _ d , 刀 旦理 欧/ 公里 ( 1 一 1 1 ) 华北电力大学工程硕上 专业学位论文 因虚拟导线e e 远离导线a s 和b b ，故有 刀 d ,e d = d q ，故一 l 式可简写成: z ， 一 * 二 + j 0 .1 4 4 5 1g 冬欧 讼 里 月 ( 1 一 1 2 ) 1 . 2 . 3三相输电 线路的零序阻抗 如图1 - 3 所示以大地为回路的三相输电线路，地中电流回路用虚拟导线表示。 宁 )与0 毛;一， 任 i b0 bc0 ie e l r rc 一一一一二1节 褚 图1 - 3以大地为回路的二相输电线路 三相导线经整循环换位， 在输电线路通过零序电 流时， 在a 相回路每单位长度上产生 的电压降为: 因此， 式中， 1 . 2 . v 。 一 : s j o o + z . j , , + z m l , = (z . + 2 z . ) l a o 三相线路每单位长度的一相等值零序阻抗为: 一 a + 3r x + j 0 .4 33 5 1g 奇欧 公 里 ( 1 一 1 3 ) vao一.iao d s,. = v d ,d v 称 为 三 相 导 线 的 自 几 何 均 距 。 4输电线路的零序阻抗计算公式 、无避雷线单回路线路的零序阻抗 z o ca = ( r + 3 r d ) + j 0 .4 3 5 1g d 廿 r m d m j 。 。. 八. 。， . _d_， _ = kk 十 u .1 ) + j u .4 j m g 疯 丽 d 一 地 中 电 流 的 等 值 深 度 ， d = 6 6 0 丫 万 万m ; p 一大地电 阻率，q m; f 一频率，h z ; r d 一 大 地电 阻 ， 当 f = 5 0 h z 时r 、 为r 、 二 二 f x 1 0 0 , 0 .0 5 , s 2 l k m ; d 一 三 相 导 线间的 几 何间 距，m ; r 一 每相导线的 半径， 分裂导线为等值半径，m : 二、具有一根避雷线时单回路线路的零序阻抗 华北电力大学工程硕上 专业学位论文 因虚拟导线e e 远离导线a s 和b b ，故有 刀 d ,e d = d q ，故一 l 式可简写成: z ， 一 * 二 + j 0 .1 4 4 5 1g 冬欧 讼 里 月 ( 1 一 1 2 ) 1 . 2 . 3三相输电 线路的零序阻抗 如图1 - 3 所示以大地为回路的三相输电线路，地中电流回路用虚拟导线表示。 宁 )与0 毛;一， 任 i b0 bc0 ie e l r rc 一一一一二1节 褚 图1 - 3以大地为回路的二相输电线路 三相导线经整循环换位， 在输电线路通过零序电 流时， 在a 相回路每单位长度上产生 的电压降为: 因此， 式中， 1 . 2 . v 。 一 : s j o o + z . j , , + z m l , = (z . + 2 z . ) l a o 三相线路每单位长度的一相等值零序阻抗为: 一 a + 3r x + j 0 .4 33 5 1g 奇欧 公 里 ( 1 一 1 3 ) vao一.iao d s,. = v d ,d v 称 为 三 相 导 线 的 自 几 何 均 距 。 4输电线路的零序阻抗计算公式 、无避雷线单回路线路的零序阻抗 z o ca = ( r + 3 r d ) + j 0 .4 3 5 1g d 廿 r m d m j 。 。. 八. 。， . _d_， _ = kk 十 u .1 ) + j u .4 j m g 疯 丽 d 一 地 中 电 流 的 等 值 深 度 ， d = 6 6 0 丫 万 万m ; p 一大地电 阻率，q m; f 一频率，h z ; r d 一 大 地电 阻 ， 当 f = 5 0 h z 时r 、 为r 、 二 二 f x 1 0 0 , 0 .0 5 , s 2 l k m ; d 一 三 相 导 线间的 几 何间 距，m ; r 一 每相导线的 半径， 分裂导线为等值半径，m : 二、具有一根避雷线时单回路线路的零序阻抗 华北电力大学工程硕上 专业学位论文 因虚拟导线e e 远离导线a s 和b b ，故有 刀 d ,e d = d q ，故一 l 式可简写成: z ， 一 * 二 + j 0 .1 4 4 5 1g 冬欧 讼 里 月 ( 1 一 1 2 ) 1 . 2 . 3三相输电 线路的零序阻抗 如图1 - 3 所示以大地为回路的三相输电线路，地中电流回路用虚拟导线表示。 宁 )与0 毛;一， 任 i b0 bc0 ie e l r rc 一一一一二1节 褚 图1 - 3以大地为回路的二相输电线路 三相导线经整循环换位， 在输电线路通过零序电 流时， 在a 相回路每单位长度上产生 的电压降为: 因此， 式中， 1 . 2 . v 。 一 : s j o o + z . j , , + z m l , = (z . + 2 z . ) l a o 三相线路每单位长度的一相等值零序阻抗为: 一 a + 3r x + j 0 .4 33 5 1g 奇欧 公 里 ( 1 一 1 3 ) vao一.iao d s,. = v d ,d v 称 为 三 相 导 线 的 自 几 何 均 距 。 4输电线路的零序阻抗计算公式 、无避雷线单回路线路的零序阻抗 z o ca = ( r + 3 r d ) + j 0 .4 3 5 1g d 廿 r m d m j 。 。. 八. 。， . _d_， _ = kk 十 u .1 ) + j u .4 j m g 疯 丽 d 一 地 中 电 流 的 等 值 深 度 ， d = 6 6 0 丫 万 万m ; p 一大地电 阻率，q m; f 一频率，h z ; r d 一 大 地电 阻 ， 当 f = 5 0 h z 时r 、 为r 、 二 二 f x 1 0 0 , 0 .0 5 , s 2 l k m ; d 一 三 相 导 线间的 几 何间 距，m ; r 一 每相导线的 半径， 分裂导线为等值半径，m : 二、具有一根避雷线时单回路线路的零序阻抗 华北电力大学工程硕士专业学位论文 z o _ l o ( a )z 2 0 ( ) 1 z h (g )( 1 - 1 5 ) 其中:z o (g ) z o (a g ) = 3 r g + 0 . 1 5 + j 0 .4 3 5 1 g 卿a l it 卿k m = 0 . 1 5 + j 0 . 4 3 5 1 g d 和 ag d bg d ,g 卿/a n z , (a ) 一 不 考 虑 避 雷 线 时 的 零 序 阻 抗， z , (g ) 一 避 雷 线的 零 序 阻 抗， d 一 地中 电 流 的 等 值 深 度， r 。 一 避 雷 线的 电 阻 ， 卿k ln ,、 ; ) 一 避 雷 线 的 等 值半 径 ， z q (4 4 ) 一 避 雷 线 和 三 相 导 线 之 间 的 零 序 互 阻 抗， d ax d eg d z 一 分 别 为 三 相 导 线 至 避 雷 线 的 距离 ， m . m ; m: 三、具有两根避雷线的单回路线路的零序阻抗 其中: z , (g h ) z , (x ) z u z o (a ， 一 z 2o (ag h ) / z .(sh ) = 1 .5 r a + 0 . 1 5 + j 0 .4 3 5 1 g ( 1 - 1 6 ) s 2 / k m = 0 . 1 5 + j 0 .4 3 5 1 g 卿k m d 么(g )d g h d v d ag d ,g d , d a ,d 0 d , , s 2 / k m z , (g h ) 一 两 避 雷 线 ( g , h ) 系 统 的 零 序 阻 抗 ， d g , 一 两 避 雷 线 间 的 距 离 m ; z , (agh ) 一 两 避 雷 线 与 三 相 导 线 之间 的 零 序 互 感 抗， d o g , 心, d , , d a h , 矶 * ， 心一 分别为 各导 线与 避雷 线间 的 距离，me 四、无避雷线的双回线路每一回路的零序阻抗 z (a ) = z , (a ) + z o (, , ) s 2 / k m( 1 - 1 7 ) 当双回路导线型号相同时，双回路的零序阻抗为: z , (a ) = 0 .s z o (a ) + z o (, , ) 卿k m 卿k m ( i 一 i s ) 其 中 :z 0(1,1,、 一 0 .1 5 + j 0 .4 3 5 1g - 2 a , ( , , ) 端,rr。 一 呱d ob,d a d , ,d b,寿 心 心 d _ .)9 ， m ; z o (a ) 一 单 回 路 的 零 序 阻 抗， z,(, ii ) 一 第 1 1 回 路 对 第 i 回 路 的 零 序 互 阻 抗， 式(1 ,n 一 第 i 回 路导 线与 第 i i 回 路 导 线 间的 几 何 均 距，m. 五、具有一根避雷线的双回路线路的零序阻抗 z u 一 z o (a ) + z o 2 s ) i z , (x ) q 1 k rn( 1 一 1 9 ) 二 、，八， ，. 。 _ _ ，d 升 甲 “ ，“ ， 一 v .” 十 v.4-j3 ig 疯 赢 可 霖 布 布 12/ km 华北电力大学工程硕汗专业学位论文 z 娜 ) 一 无 避 雷 线 的 线 路 零 序 阻 抗， z o (a s ) 一 导 线 与 避 雷 线 间 的 零 序 互 阻 抗， d , r , d ba , d , d a s , d b s , d c g 一 分 别 为 各 导 线 与 避 雷 线 间 的 距 离 ，m o z,(3) 一 避雷 线的 零 序阻 抗。 六、具有两根避雷线的双回路线路的零序阻抗 当两根避雷线与导线之间排列对称时，其零序阻抗为 z 。 一 2 ;(。 、 + 2 z /z 。 (， 、 z o(a ) + z o (asn ) i z o (a b ) /( 1 - 2 0 ) 二 ._ ._ _ _刀_ _ 其 中 z o(ax1) 一 。 ” 十 j 0 .4 3 5 1g 不 哀 哀 哀 ahd bbd cb卿 加 z 筛 ) 一 无 避 雷 线 的 线 路 零 序阻 抗， z o (% b 一 两 避 雷 线 系 统的 零 序 阻 抗， z o (. r h 一 两 避 雷 线 与 导 线 间 的 零 序 互 阻 抗， 避雷线对送电线路的零序阻抗影响较大，一般情况下，用两根钢线作避雷线，可增 加零序电阻1 0 % - 3 0 0 0 ，而减少零序电抗5 %- 1 5 %0 一般情况下，送电线路电抗与正序电抗的平均比值如表2 - 1 所示 表1 - 1线 路 零 序 电 抗 与 正 序 电 抗 之 比( p , = 2 . 8 5 x 1 护欧 米 ) 线路类型 x 0 / 肠3020眺47 ( 1 )无 避雷 线的单回 路线路 ( 2 )具有钢线避雷线的单回 路线路 ( 3 )具有良 导体 避雷线的 单回 路线路 ( 4 )无避雷线的双回路线路 ( 5 )具有钢线避雷线的双回路线路 ( 6 )具有良 导体避雷线的双回 路线路 影响零序自 感和零序互感大小的因素远比正序参数复杂。 参数的计算公式都是以 卡松 ( c a r s o n ) 公式为基础推导出来的 3 . 0 1 目 前所有文献上有关零序 。由于卡松公式中的等值 深 度d q 一 6 6 0 丫 p d f 与 大 地电 阻 率p e 有 关 ， 而 大 地电 阻 率“ 随 地 质 状 况 而 变 化， 因 此 等 值深度并非常数， 而是随输电线路沿线的大地地质状况而变。日 前所采取的方法是测量 输电线路沿线具有代表性的某一些地点的大地电阻率， 然后用公式计算出输电线路的零 序 参数; 有时 则 采 取更 简便的 做 法， 直 接取 等值 深度d , = 1 0 0 0 米进 行计 算。 公 式 计 算 结果表明: 输电线路的零序参数公式计算结果与实际值相差甚远， 仅由 于地质情况的随 机性质就使精确计算零序参数几乎是不可能的。 为了得到精确的零序参数，常规的做法是停电测量线路零序参数，如图1 一所示， 并采用公式( 1 - 2 1 ) 计算零序阻抗。 式中 p , v ,好 于 别为瓦特表、电压表、电流表的读数; ( 1 - 2 1 ) d 为线路的长度。 华北电力大学工程硕上专业学位论文 . 脚 ， 为a 图1 - 4 零序阻抗测量示意图 在测量线路零序自阻抗时， 常常存在“ 干扰信号” ， 此“ 干扰信号” 实际上为其它互感 线路与本线路之间的感应电压。由于干扰信号的存在， 给线路自 阻抗的测量带来了很大 的不便。 为了减小干扰对测量结果的影响， 传统的测量方法是采用在测量过程中保持外 加电流的幅值不变， 通过对施压线路分别加正向电流与反向电流的方法来消除外界干扰 对测量结果的影响。这种方法是假定干扰信号的幅值和相角在测量的过程中是不变的。 其测量依据是:设不加电源时的干扰电压为u n , 正向电源电压为u u , 正向电 压测量值为 u i ，反向电 源电压为u , u ，反向电 压测量值为u 2 ，向量关系如图 2 - 2 所示。假设u u = u u，则有 u 2 i = u 2 u + u 2 - 2 i u i u n c o s a u 2 2 = u 2 + u 2 。 一 2 i u 。 i u c o s 0 因 c o s a + c o s 5 = 0 ，则由 式 ( 2 - 1 ) 和 ( 2 - 2 ) 可 得 ( 1 - 2 2 ) ( 1 - 2 3 ) u . = 可十 u z 一 2 心 2 ( 1 - 2 4 ) 式( 1 - 2 4 ) 即为考虑干扰电压影响后的实际电 源电 压。 图1 - 5 十扰电压与测量电压向量图 这种测量方法假定了干扰电压为恒定不变量，但事实上干扰信号u n 是时时刻刻在 变化的。因此当存在干 扰信号时这种方法是无法准确测量线路的零序参数的， 而且利用 移相器来使电流相位改变1 8 0 0的做法是办不到的。 传统的线路互感参数测量方法的缺点是: 1 0 华北电力大学工程硕上专业学位论文 1 .卡松 ( c a r s o n ) 公式计算值与实际 值相差较大; 2 .只能进行停电测量; 3 .测量工作量大; 4 . 当有干扰存在时，各表计所测资料均含有干扰所引起的误差。 本章介绍了计算输电线路零序自阻抗和互阻抗的常用公式。这些公式涉及单根导 线的电 感l 和平行线间的互 感 m 地电 阻 r g 拟导 线的 等值深度几这样四 个参 数。 大 地电 阻 r , = ;r 2 f x 1 0 -4 = 9 .8 7 f x 1 0 -4 ， 是 由 卡 松 公 式 计 算 得 出 的 ， 而 非 实 测 值 ， 等 值 深 度 d 。 一 6 6 0 了 万 刃 夕 二 是 大 地 电 阻 率 和 频 率 的 函 数 ， 也 为 经 验 估 值 ， 其 精 确 值 需 要 实 地 测 量 ， 在 用公 式 计算时一般取d q = 1 0 0 0 米。 因 此， 要计算出 零序自 阻 抗和互阻 抗， 首先就必 须知 道 大 地电 阻 率 r g 和 虚 拟导 线 的 等 值深 度d q 这 两 个参 数 值， 事 实上由 于 大