外文翻译译文-准确计算和物理测量输电线路的参数以提高阻抗继电器性能

中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 1 页 共 16 页非洲首届 IEEE PES2005 大会暨博览会南非德班，2005 年 7 月 11-15 日准确计算和物理测量输电线路的参数以提高阻抗继电器性能亚历山大迪克斯，哈利托斯克，迈克尔克鲁格Alectrix 公司，Eskom 公司变速箱，OMICRON 电子，奥地利摘要为了精确地设定阻抗继电器必须准确知道的传输线的阻抗，以及接地返回路径。传输线的电阻抗参数的确定可以通过使用合适的软件工具或通过物理测量的阻抗。如果正确的参数输入到软件工具这两种技术都产生比较的结果。简介知道包含一个准确估计的接地回线阻抗的架空输电线路的准确参数，是能够准确地设定阻抗继电器和确保在所有类型的故障电力系统中正确操作该继电器的一个关键成分。架空输电线路的电气参数通常使用合适的软件工具计算。使用PowerFactory 时1，输入错误参数所计算出的阻抗参数的影响将被进行检查。接地电阻率以及上述接地导体的高度和凹陷对零序阻抗的的影响将被进行调查。接下来将描述一种使用 OMICRON CPC100 的主测试仪，物理测量架空线主要阻抗（Z1）以及接地回线阻抗（Z0）的技术。选择一个研究 ESKOM 网络实际行的案例，案例中的行参数均进行计算以及物理测量。研究结果将提交。架空线路参数的理论计算阻抗继电器设置以下主要行参数的重要性：正序阻抗：Z1= R1+ jX1零序阻抗：Z0= R0+ jX0所有这些参数，可以从线路的几何构型、接地电阻、以及使用的实际导体的物理尺寸和建设计算出来。定义在导体和接地线的物理位置上的线的几何结构： 地面以上每相导线附件的高度（Yp） 。 地面以上每个接电线附件的高度（Ye） 。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 2 页 共 16 页 每相导线到塔的中心的水平距离（Xp） 。 每个接地到塔的中心的水平距离（Xe） 。一个典型的几何塔结构说明 Yp，Ye，Xp 和 Xe 如图 1 所示。图 1：几何塔配置如果多条线路串连相同的塔，或者如果一条线路与其他线路产生互感影响，则需要进行审查，所有线路上的每根导线的物理距离对于一个参考点需要加以界定。重要的其它参数： 线路和跨设备接地线的平均凹陷。 地面的接地电阻率 。对于实际的导体（相导线与接地线） ，需要输入以下参数： 导体的直流电阻，可以从第一原则计算出，通过使用导体的电阻率、导体的长度和导体的直径2。导体、工作温度和趋肤效应的急剧上升中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 3 页 共 16 页也被允许。 整体导体直径。 导体的几何平均半径GMR。如果使用了导线束，则一捆中分导线的数目和分导体之间的间隔是很重要的。用第一原理计算电气参数是一个相当复杂的数学过程2,3,4。各种软件工具，如从 PTI TMLC 和 Digsilent1中的 PowerFactory，可得到同样的结果。在本文中使用的是 PowerFactory，如图 2 中所示。图 2：PowerFactory 中的架空线路参数计算如同所有计算，输入参数的精度确定所计算出的输出参数的准确度。相位和接地导体以及导体直径的水平距离参数可以非常精确地确定，通常为小于 1的误差。但是，精确的确定相导线与接地线的地上高度是不可能的，因为当线路横跨山谷或者峡谷时地面轮廓发生变化，以及线路下面的植被增长高度不同，沿一条线路长度方向的塔的高度也不同。模拟导体凹陷是很困难的，因为它依赖于环境温度，导体张力等因素。敏感性研究是通过一个典型的凹陷参数变化的线路，而监测零序电阻和电抗。一个 100变化的凹陷效果对一条中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 4 页 共 16 页线路零序阻抗的影响可以忽略。一个关于平均附件高度类似的研究中产生了类似的对于线零序阻抗平均附件高度可以忽略不计的影响。大地电阻率用于计算行参数是一个备受争议的主题。大地电阻率随着土壤类型、利湿以及季节差异而变化。典型的平均值使用为潮土 100m 而干砂高达700m。调查的效果将这个参数从 100m 至 1000m（即+1000）在 R0 改变了 14和 X0 改变了 6。可被视为最小的两个敏感。如果在一行中有良好的质量地线，它可以进一步推断，在模拟中使用的接地电阻率的线路的零序阻抗的结果为最小的影响。作为最后的参数的直流电阻地线是变化的。折线图计算的零序电阻和电抗对直流电阻产生了一个有趣的相关性（图 3 中可以看出） 。考虑通过地面的接地线与实际的接地回线阻抗的并联阻抗现象，可以解释这一特征。由于直流电阻值低，整体线路的零序阻抗趋于一个恒定值（即独立的直流电阻） 。阻抗主要是地线阻抗。平行于地线阻抗的接地回线阻抗通过地面阻抗过高，对整体的零序阻抗有显着的影响。由于直流电阻值高，整体零序阻抗再次趋于恒定阻抗，这是这段时间由接地回路阻抗支配。在这里，接地线的阻抗过高，对整体零序阻抗有影响。在 0.1 至 10/km 的范围内，零序阻抗有很大的差别。考虑到落入该范围内的各种导体的直流电阻的典型值，必须输入正确的所使用的导体直流电阻值。这个值通常是容易获得的，从导体制造商或者可以从相对容易的第一原则计算出。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 5 页 共 16 页图 3：直流电阻的敏感性分析所有上述计算为 515 塔串成双床恐龙导体（45 厘米导体间距）和润滑马地线。作为平均的相导线与接地线的安装高度，塔高度是沿一条线的长度的平均值。物理测量3.1 原理物理测量架空线的阻抗是根据欧姆定律： Z=V/I为了准确地测量阻抗电流 ITEST 需要测量被注入的阻抗，而两端的阻抗上的电压降 VTEST 需要精确测量振幅和相位角。复阻抗 Z 的计算方法是进行复数除法 VTEST 除以 ITEST。得到的复阻抗的实分量是电阻分量，复杂组件是测量阻抗的无功分量。要测量三相传输系统的阻抗则考虑传输线的等效电路如图 4所示：中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 6 页 共 16 页图 4：输电线路的等效电路通过将电流注入每个下列测量循环 A-B，B-C，C-A，A-N，B-N，C-N，A-B-C-N（参见图 5 示出的是 A-B 环的注入） ，循环阻抗 ZA-B，Z B-C，Z C-A，Z A-N，Z B-N，Z C-N和 ZA-B-C-N可确定，分别为：ZA-B = ZA + ZBZB-C = ZB + ZCZC-A = ZC + ZAZA-N = ZA + ZEZB-N = ZB + ZEZC-N = ZC + ZEZA-B-C-N: ( ZA/ZB/ZC ) + ZE中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 7 页 共 16 页图 5：A-B 循环注入测试这些方程代表七个方程的 4 个未知变量的系统，即一个超定系统。方程可以被重新安排计算 ZA，ZB，Z C和 ZE如下：ZA = (ZA-B + ZC-A ZB-C) / 2ZB = (ZB-C + ZA-B ZC-A) / 2ZC = (ZC-A + ZB-C ZA-B) / 2ZL = (ZA + ZB + ZC) / 3ZE = ZA-B-C-N (ZL / 3)ZL是线路的正序阻抗。ZE 是平行线的接地线的接地阻抗。作为一种替代方法，接地阻抗也可以计算如下：ZE = (ZA-N ZA) + (ZB-N ZB) + (ZC-N ZC) / 3接地阻抗补偿因素可以决定 ZL和 ZE：kL = ZE / ZLZ0/Z1 = 3*kL + 1Z0 = ( 3*kL + 1) * ZL3.2 测试设置一个精确的电流注入到实际的生产线，以及电压测量是利用 OMICRON CPC1005与 CPCU20 耦合单元结合使用。OMICRON 的 CPC100（如图 6 所示）是一种通用的主要注入测试设置能够注入电流高达 800Aac400Adc 以及电压高达2000V 交流。它还提供了准确地测量交流电压和电流的振幅和相角，以及直流电压和电流的振幅。提供计算功能来计算比例，电阻，电抗，阻抗的幅值和相中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 8 页 共 16 页位角，电感，电容，有功功率，无功功率和视在功率幅值和相角。CPC100 的主要应用是执行比值，相位角和极性测试，电流互感器，电压互感器和电力变压器。CTS 的磁化曲线可以记录自动计算的拐点。对于电力变压器可以执行流水轮换连续性测试。调节放大器的输出，即任何被注入的波形是由数字信号处理器（DSP）的合成。这具有的优点是当进行小信号测量时输出频率相差的标称可以被转为 50Hz。使用质量良好的带通滤波器 50Hz 的干扰可以被过滤掉。图 6：CPC 100 一次注入测试仪CP CU20 耦合单元在 CPC100 和通过架空线注入测量信号的安全变压器之间提供电隔离。在同一时间，CU20 从 CPC100（20A 以下）降低到更实际的 10A 的电流信号变换。电压测量值将通过利用一个 500V：100V 电压互感器。电流测量是通过一个 25A：5A 的电流互感器。对于所有阻抗测量利用的是四线阻抗测量技术，消除测试导线的阻抗。为防止意外的高电压电路，电压大于 500V 电压的避雷器建立在保护测试设备和用户上，例如平行线归纳。CU20 的示意图示于图7。图 8 中所示为实际单元。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 9 页 共 16 页图 7：CP CU20 示意图图 8：CP CU20 单位CPC100 提供了多种测试模块称为“测试卡” 。对于使用的这个特定的测试定序器测试卡，因为它提供了功能注入对方的多次测试后在测试之间没有任何延迟。其中一个这样的测试卡的所有个别测试需要被设置在每个故障环路。该中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 10 页 共 16 页测试是建议的用于测试频率为 30 赫兹，50 赫兹，70 赫兹和 110 赫兹。对于每个单独的测试，注入的测试电流和测试电压自动测量振幅和相位角。电阻和电抗是计算上线。测试可以在 PC 上使用 CPC 编辑软件，允许更快的测试，在现场预先准备。定义为公元前测量回路的测试，如图 9 中所示。图 9：CPC 编辑/排序模块保存在 XML 文件格式的测试文件可以上传到 CPC 前使用 CPC Explorer 进行测试。测试结束后，可以将结果下载到 PC 机也使用 CPC 资源管理器中。结果可以被分析，打印输出以及备份。图 10 显示了 CPC 总管。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 11 页 共 16 页图 10：CPC 总管特定的测试的结果，可以使用 Excel 文件装载机加载到 Excel 中，这是一种特殊配制的 Excel 模板。在 Excel 中，可以对数据进行后处理，以及被绘制为说明性的图表。3.3 重要的测试注意事项平行线的电容耦合和电感耦合，通电时，必须加以考虑：1) 如果平行线通电则电容耦合存在。线下测试，然后作为一个断电线和地线之间的电容分压器。根据通电和不通电的导体，以及非通电导体和地之间的距离，电压高达 50的额定电压是可能的。这明显对电压设备和个人生活构成严重的危险。2） 电感耦合由于平行线承载电流，期间可能出现的故障情况。在去激励的平行线上，由于高电流感应的电流可导致致命的电压，如果线的一端接地，另一端则连接到测试设备。以下为在测试过程中的注意事项，因此建议将风险降至最低：A) 在测试时间里线通过接地开关和工作的地球面远端接地。线端通过接地开关接地。需要应用工作地，但不连接到地，因为这些将被用来注入测试电中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 12 页 共 16 页流。B) 提起工作在本地端的接地之前，流经接地电容电流的总量应该被测量。应电容的电压，这是测试集，当本地稀土解除施加的电压，可以近似乘以测得的电容电流的线路阻抗。CU20 保护电压最高只达 500V。如果是确定的，更大的电压测试是不可能的。C) 对于所有测试引线操作，即改变测量回路时，本地接地开关必须处于开机。接地开关的所有操作必须只能由合格的高压厂进行。D) 在测试过程中，接地开关是开放的没有人可以接近任何测试导线或的 CU20耦合单元。测量干扰注入电流在 50Hz 时，必须考虑，例如注入 10A 给一条 ZL= ZE=1 的线路将导致电压在 20V 的范围内被测量。断电线的感应电压往往超过上述值，这使得精确的测量结果是不可能的。因此，该电流的注入频率为 30Hz和 70Hz。电压测量值将使用品质良好的带通滤波器过滤，它被调谐到所注入的频率。用 50Hz，30Hz 的和 70HZ 的结果来确定结果，但需要被平均。案例研究作为一个案例研究，从雅典娜变电站到理查兹湾 Invubu 附近变电站 400 千伏线路被选中。这条线是至关重要的，因为雅典娜变电站供应山坡上的铝冶炼厂而 Invubu 供应其他大行业和理查兹湾附近的工厂。山坡炼铝厂是在 Eskom 公司的网络中最大的单一的电力消费。该生产线有 21.85 公里长由两部分各有不同的塔设计。对于前 7.062 公里的塔型 515 和剩余 14.787 公里塔型的 510，这是部分从 Invubu 到乌姆福洛济变电站的原有线路。整条生产线串成的双胞胎恐龙相导线的导线（450mm 的导体间距） 。润滑油马地线的 515 塔上使用和润滑虎 510 塔。雅典娜变电站附近的塔 1 的图片，如图 12 所示。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书 中 文 翻 译第 13 页 共 16 页图 12：雅典娜附近变电站 1 座线路阻抗功能 PowerFactory 中签订的几何参数，以及这条线的导体参数。对于接地电阻率的值被假定为 500m,冬季土壤中可被认为是相当干燥。平均凹陷被假定为平均安装高度的 30。阻抗计算如下：Z1 = 0.540 +j 6.770 = 6.79 85 oZ0 = 4.192 +j 15.837 = 16.38 75 o2004 年 6 月，这条线的主线路阻抗测量期间停运。在测试过程中，注射剂在 30 赫兹，50 赫兹（拒绝） ，70 赫兹，90 赫兹和 110 赫兹进行确认的电阻和电抗的测量的线性度。图 11 以图形方式示出的每个频率测量的电阻和电抗。计算中还示出 50Hz 时的电阻和电抗。请注意，测量在 50Hz 显然是步骤，即不值得信赖的。电抗相对于频率的线性相关性清晰可见。电阻与频率无关