输电线工频参数的测量方法

1.概述

在电力系统保护整定计算过程中，需要获得准确的一次设备的参数。对于输电线路(包括架空线和电缆)的参数，虽然可以通过理论计算获取，但由于受线路所经环境、 地质情况和架设方式等影响，计算值难以准确。所以规程规定，新线路(包括破口线路)在投运前均应实测参数。本文介绍一些简单、实用的电力线参数测量方法。

输电线工频参数包括正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗、正序电容和零序电容。输电线是静止元件，其正、负序阻抗相同。电力系绕正常运行时，电源是对称的，所以测量工频参数时，所用的试验电源必须对称，相序必须与变电站的工作电源隔离，通常使用隔离变压器隔离。新建高压输电线路在投入之前，除了检查线路绝缘情况、核对相位外，还应测量各种工频参数值，以作为计算系统短路电流、继电器保护整定、推算潮流分布和选择合理运行方式等工作的实际依据。一般应测得参数有直流电阻、正序阻抗、零序阻抗、相间电容、正序电容和零序电容。对于同杆架设的许多回路或距离较近、平行段较长的线路，还应测量耦合电容和互感阻抗。

2.工频参数的测量方法

2.1正序阻抗Z1测量

接线如图1。测量方法：将线路末端三相短路(短路线应有足够的截面，且连接可靠)，在线路始端加上三相工频电源，用电压表测量始端相线之间的电压，用电流表测量每相电流，用功率表测量功率，。对于正序阻抗，三相的阻抗值相同，在测量三相线之间的电压、电流后，即可算出阻抗。为获得电阻R1、电抗X1和阻抗角φ1可采用两个功率表测三相功率的方法。

图1 正序阻抗测量接线图

计算公式：Z1 = U1/ (根号下3 I1)

其中：U1=(U11+U12+U13)/3，

I1=(I11+I12+I13)/3;R1=P/(3I12)，其中P=P1+P2，P1应为负值;

φ1=arccos (R1/Z1)

以上各式中，U11，U12，U13：电压表V1，V2，V3的读数,测量的值均为线电压。I11，I12，I13：电流表A1，A2，A3的读数，测量的值均为每一相的电流。P1，P2：功率表W1，W2的读数。

2.2零序阻抗Z0测量

测量方法：零序阻抗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，调整调压器使所施加电压、电流尽可能大，表计档位都准确后读数记录，同时应注意相邻线路造成的零序还感应电势，常对零序阻抗的测量造成偏差，所以加压前应先测试一下线路上的零序感应电动势，若感应电动势达到所施加的零序电压的5%以上时，应采取矫正措施，一般无特殊原因，零序阻抗约为正序阻抗的3倍。

图2 零序感应电动势测量接线图

由于每个变电站往往不止一回出线，线路途中也可能遇到其他线路，所以有时会有较大的感应电动势Ug，Ug的测量方法如图3。若在测量中不把Ug考虑进去，最后的计算结果可能与实际值相差甚远。为此可采取正、反向电压测量法(图2)，首先将隔离变压器的输出a接上线路，输出b接地，测得U01，I01和P01;然后将输出a接地，输出b接线路，测得U02，I02和P02，保证I02=I01。在测零序阻抗的过程中，应尽可能快，因为在短时间内，认为Ug的相位与幅值是不变的。为求得零序电压Ug，可做出向量图，如图4(c)。

图3 测量感应电压接线图

图4 零序阻抗测量等值电路及向量图

由于Z0固定，两次所加电流大小相等，所以θ1=θ2=θ，UZ1=UZ2=U0，依照三角关系得

Ug2=U012+U02-2U01U0cos θ，(2-1)

Ug2= U022+U02-2U02U0cos θ，(2-2)

整理式(2-1)和式(2-2)后得

则Z0=3U0/I0;

又因 φ01 =arccos[P01/(I0U01)];

φ02 =arccos[P02/(I0U02)];

则φ0 =(φ01+φ02)/2;

R0 =Z0cos φ0;

X0 =Z0sin φ0;

由此可见，输电线的零序阻抗比正序阻抗大，一般是3倍左右。这一方面是由于3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磁通互相助增，使每相的等值电感增大。

2.3零序互感Z0m的测量

对于平行架设的输电线，还应该测量它们之间的零序互感Z0m，接线如图5所示。测量方法：将两回线末端线路地开关合上，始端分别三相短接，测得两回线间的感应电压Ug′。在第一回线由隔离变压器a侧加入试验电源，b接地，测得第二回线的感应电压U01′;然后由b向第一回线加入电流I0′，a接地，测得第二回线的感应电压U02′，可得出以下公式：

图5 平行线互感的测量

Z0m的值应为零序阻抗的30%～ 70%。实际操作时，这一项目可在测两条线零序阻抗时任一过程中完成。

2.4正序电容C1的测量

接线如图6，线路末端处于三相开路状态，通过隔离变压器对线路施加三相对称正序电源。测得I1，I2，I3，U1，U2和U3。不难得出如下公式：

U= (U1+U2+U3) /3

I= ( I1+I2+I3) /3

C1=1/ (2πfXC1)

图6 正序电容测量接线图

2.5零序电容C0的测量

接线如图7，测量方法：将线路末端开路，始端三相短接，在始端用隔离变压器对线路加入单相电压，测得U0和I0。一般无特殊原因零序电容近似等于正序电容的2/3。

XC0=3U0/I0

C0=1/ (2πfXC0)

图7 零序电容测量接线图

3结束语

3.1对于平行线路的，必须在试验开始前测量线路感应电压值，测量时必须佩带绝缘手套，穿绝缘靴。在有感应电压的线路上测试时，必须将另一回线路同时停电，方可进行试验，以保证测试工作的安全及测量的准确度。 测试前，首先将被测线路三相短接并接地，充分放电，以释放因线路电容积累的静电量。测量用的导线应使用绝缘导线，其端部应有绝缘套，放电后拆除三相短路接地线之后，用高内阻电压表或静电电压表检查各项对地是否还有感应电压。

3.2 测试用的设备和仪表应根据试验电压和测试参数的估算值进行适当选择，表计的准确度一般不低于0.5级。测量时应记录线路两侧的温度、湿度和气候条件及试验中的异常情况。

参考文献：

[1] 西南电业管理局试验研究所.高压电气设备试验方法【M】.水利出版社.1984.

[2] 吴希再.电力工程【M】.武汉：华中理工大学出版社.1997.