220kV线路参数试验总结.docx
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220kV线路参数试验总结
电网线路参数测试研究介绍
摘要:
本文介绍了220kV架空线线路参数测试原理,试验步骤及试验时一些注意事项
关键字:
线路参数测试220kV架空线线路电气试验
1概述
输电线路是电力系统的重要组成部分,工频参数则是输电线路重要的特征数据,是电力系统潮流计算、继电保护整定计算和选择电力系统运行方式等工作之前建立电力系统数学模型的必备参数,工频参数的准确性关系到电网的安全稳定运行,因此对新建和新改造的线路在投运前均需进行工频参数的计算和测量,为调度等部门提供准确的数据。
一般应测的参数有直流电阻R,正序阻抗Z1,零序阻抗Z0,正序电容C1,零序电容C0,及双回线路零序互感和线间耦合电容。
除了以上参数外,绝缘电阻及相序核对也是线路参数中不可缺少的测试内容。
2试验原理及试验步骤
测量线路各相的绝缘电阻及相序核对
测量绝缘电阻,是为了检查线路的绝缘状况,以及有无接地或相间短路等缺陷。
一般应在沿线天气良好情况下〔不能在雷雨天气进行测量。
首先将被测线路三相对地短接,以释放线路电容积累的静电荷,从而保证人身和设备安全。
测量时,应拆除三相对地的短路接地线,然后测量各相对地是否还有感应电压,若还有感应电压,应采取消除措施。
测量绝缘电阻时,应确知线路上无人工作,并得到现场指挥允许工作的命令后,如图〔2-1所示将非测量的两相短路接地,用2500V或者5000V兆欧表轮流测量每一相对其他两相及地间的绝缘电阻。
图〔2-1
相位核对的方法很多,一般用兆欧表法进行测量,如图〔2-2所示在线路始端接兆欧表的L端,而兆欧表的E端接地,在线路末端逐相接地测量；若兆欧表指示为零,则表示末端接地相与始端测量相同属于一相。
按此方法,定出线路始,末两端的A﹑B﹑C相。
图〔2-2
直流电阻测试
测量直流电阻时为了检查输电线路的连接情况和导线质量是否符合要求,根据线路的长度,导线的型号和截面初步估计线路的电阻值,以便选择适当的测量方法。
有色金属导线单位长度的直流电阻可按下式〔2-1计算
r=ρ/s式〔2-1
r的单位为Ω/km；ρ为导线的电阻率,单位为Ω·mm2/km；
s为导线载流部分的标称截面积,单位为mm2。
这是在温度为20℃时的值,在要求较高精度时,可通过公式转换至实际温度的阻值。
这里的电阻是指导线的直流电阻,而线路正序阻抗和零序阻抗中的电阻是指交流电阻,这两个电阻是有区别的,因为通过导线的是三相工频交流电流,由于集肤效应和邻近效应,交流电阻比直流电阻略大。
如图〔2-3所示,直流电阻的测量采用电流、电压法,主要是为了防止感应电压的影响。
测量接线如图1所示：
〔以A—B相为例测量时,先将线路始端接地,然后末端三相短路并接地,短路线截面积不得小于4mm2,应尽量短,待测量接线接好后,拆除始端的接地线进行测量,逐次测量AB、BC、CA相,记录电压、电流值和线路两端气温。
图〔2-3
其中AB相,BC相,CA相的直流电阻按式<2-2>进行计算
AB相
BC相
式〔2-2
CA相
然后换算成20℃时的相电阻,换算方法按式<2-3>
A相
B相
式〔2-3
C相
序阻抗测量
线路参数的物理模型
众所周知:
输电线路是一个分布参数[L、C、R]的组合.其任一相均可用图〔2-4所示的无穷个T型网络的联接来表示:
图〔2-4
序阻抗的概念
我们以一个静止的三相电路元件为例来说明序阻抗的概念。
如图所示,各相自阻抗分别为Zaa,Zbb,Zcc;相间互阻抗为Zab=Zba,Zbc=Zcb,Zca=Zac。
当元件通过三相不对称的电流时,元件各相的电压降为按式〔2-4
=
式〔2-4
将三相量变换成对称分量,可得
V120=SZS-1I120=ZscI120式〔2-5
式中,Zsc=SZS-1称为阻抗矩阵,将上式展开,得
式〔2-6
上式表明,在三相参数对称的线性电路中,各序对称分量具有独立性。
也就是说,当电路通以某序对称分量的电流时,只产生同一序对称分量的电压降。
反之,当电路施加某序对称分量的电压时,电路中也只产生同一序对称分量的电流。
这样,我们可以对正序、负序和零序分量分别进行计算。
在三相参数对称的线性电路中,各序对称分量具有独立性。
也就是说,当电路通以某序对称分量的电流时,只产生同一序对称分量的电压降。
反之,当电路施加某序对称分量的电压时,电路中也只产生同一序对称分量的电流。
这样,我们可以对正序、负序和零序分量分别进行计算。
如果三相参数不对称,则矩阵Zsc的非对角元素将不全为零,因而各序对称分量将不具有独立性。
也就是说,通以正序电流所产生的电压降中,不仅包含正序分量,还可能有负序或零序分量。
这时,就不能按序进行独立计算。
输电线路的正、负序阻抗及等值电路完全相同,这里重点讨论零序阻抗。
当输电线路通过零序电流时,由于三相零序电流大小相等、相位相同,因此,必须借助大地及架空地线来构成零序电流的通路。
这样,架空输电线路的零序阻抗与电流在地中的分布有关。
三相输电线路的零序阻抗,如图〔2-5所示为以大地为回路的三相输电线路,地中电流返回路径仍以一根虚拟导线表示。
这样就形成了三个平行的"单导线—大地"回路。
若每相导线半径都是r,单位长度的电阻为ra,而且三相导线实现了整循环换位。
图〔2-5
当输电线路通以零序电流时,在a相回路每单位长度上产生的电压降为式〔2-7
=
式〔2-7
因此,三相线路每单位长度的一相等值零序阻抗为式〔2-8
式〔2-8
将Zs和Zm的表达式代入式〔2-8计算得：
式〔2-9
称为三相导线组的自几何均距。
因三相正〔负序电流之和为零,故可以得到输电线路正〔负等值阻抗为
式〔2-10
比较上两式可以看到,输电线路的零序阻抗比正序阻抗大。
这一方面由于三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感磁通是互相助增的,这就使一相的等值电感增大。
由于输电线路所经地段的大地电阻率一般是不均匀的,因此,零序阻抗一般要通过实测才能得到较为准确的数值。
测量正序阻抗,零序阻抗
如图〔2-6所示,将线路末端三相短路〔短路线应有足够截面,且连接可靠,在线路始端加三相工频电源,分别测量各相的电流,三相的线电压和三相的总功率。
按测得的电压,电流取三个数的算术平均值,功率取PW1和PW2的代数和〔用低功率因数功率表,并按
式〔2-10,计算线路每千米的正序参数
图〔2-6
正序阻抗Z1〔Ω/km
正序电阻R1〔Ω/km
正序电抗X1〔Ω/km
正序电感L1〔Ω/km
P————三相总功率,既P=P1+P2〔W
Uav———三相线电压平均值〔V
Iav———三相电流平均值〔A
L————线路长度〔km
f————测量电源的频率〔Hz式〔2-10
测量零序阻抗接线如图〔2-7所示,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。
根据测得的电流、电压及功率,按下式计算出每相每千米的零序参数。
图〔2-7
零序阻抗Z0〔Ω/km
零序电阻R0〔Ω/km
零序电抗X0〔Ω/km
零序电感L1〔Ω/km
P————所测功率〔W
U,I———试验电压〔V和电流〔A
L————线路长度〔km
f————测量电源的频率〔Hz式〔2-11
测量正序电容和零序电容
测量线路正序电容时,线路末端开路,首端加三相电源,两端均用电压互感器测量三相电压,测量接线见图〔2-8
图〔2-8
正序导纳y1
正序电导g1
正序电纳b1
正序电纳C1<µF/km>
P—————三相耗损总功率〔W
Uav————三相线电压平均值〔Ｖ
Iav————三相电流平均值
L—————线路长度〔km
f—————测量电源的频率〔Hz式〔2-12
测量零序电容如图〔2-9,将线路末端开路,始端三相短路施加单相电源,在始端测量三相的电流,并测量始末端电压的算术平均值。
每相导线每千米的平均对地零序参数可按式〔2-13得
图〔2-9
零序导纳y0
正序电导g0
正序电纳b0
正序电纳C0<µF/km>
P—————三相耗损总功率〔W
Uav————三相线电压平均值〔Ｖ
Iav————三相电流平均值
L—————线路长度〔km
f—————测量电源的频率〔Hz式〔2-13
双回平行线路的互感及耦合电容的测量
在双回平行线路中,若其中一回线路中通过不对称短路电流,由于互感的作用,另一回线路将感应电压或电流,有可能使继电保护误动作。
同时,还可以通过电容传递的过电压可能危及另一条线路所在系统的安全；当分析电容传递过电压时,需要用到两条线路之间的耦合电容,因此需要对双回平行线路进行互感及耦合电容的测量。
2.1使用综合线路参数测试仪的线路参数测试
传统线路参数测试方法
新建及改建的高压输电线路在投运前,除了必须检查线路绝缘、核对相位外,还应测量各项工频参数值,以作为计算系统短路电流、整定继电保护值、推算潮流分布和选择合理运行方式等工作的依据,并可借以验证长线路的换相和无功补偿是否达到预期的效果。
目前不少电力部门在现场进行线路工频参数测量时,有的还在采用指针式表计组合,需多次不同步读取测量数据,人工工作量大；有的虽已使用了专用的数字测量仪表,但当线路较长时,不仅所需用的试验电源容量很大；而且需要的设备众多,如调压器,隔离变压器,高压电流互感器、电压互感器等,使得试验设备重、大、多,试验接线烦杂。
随着电力建设的发展,电力线路的同杆架设和交叉跨越增多,导致输电线路相互间的感应电压升高,对测试人员和仪器仪表的安全构成严重的威胁；给线路工频参数的准确测量带来了强力的干扰。
因此,采用传统的工频电源进行线路参数的测试难以保证测试工作的安全性及测试结果的准确性。
随着城市现代化建设的发展,城市高压供电线路越来越多地采用高压电缆进行电能传送,由于大截面高压电缆的每公里阻抗值比钢绞架空线路的每公里阻抗值小许多,使得对电缆线路施加较低电压〔有时只有3-5伏时,其试验电流已达数十安培。
如果使用常规的工频调压器做为试验电源进行电缆线路的阻抗参数测试时由于调压装置三相平衡度很难保证一致,使得测试表计的量程选择变得较为复杂,不易准确地得到真实的测试结果。
线路参数综合测试仪
线路参数综合测试仪对高压电缆输电线路使用工频频率交流电源进行阻抗参数测试时,由于采用数字锁相跟踪技术,可在较低的试验电压下保证试验电源输出具有较好的平衡度。
由于电缆线路测试时几乎无工频干扰电流影响,电源短时间最大输出电流可以高达30-40A,从而解决了短距离电缆线路阻抗参数不易测试准确的难题。
测试系统主机仪器中内置架空输电线路工频参数理论值查对功能。
用户可根据被测线路的已知参数〔线路导线规格型号、线径、分裂根数、地线型式等线路信息通过仪器内置的数据库通过查表得到理论参考值。
以便与最终的测试结果相互对照,佐证线路工频参数实测值的准确性。
试验过程除调压以外,其余的电流,无功功率,有功功率等参数均由测试仪测得,大大缩短了线路参数测试的接线时间和测试时间。
下面以XX达顺生产的DS2008线路参数综合测试仪为例。
简单介绍下线路参数综合测试与,该仪器的各项参数如下：
测试项目
测试范围
准确度
交流电压
10～750V
±0.5％
交流电流
0.05～50A
±0.5％
功率测量
0.1≤cosφ≤1
±0.5％
0.02≤cosφ≤0.1
±1.0％
频率测量
40Hz～65Hz
±0.02Hz
定频测量
40±0.2Hz/60±0.2Hz
±1％
阻抗参数
0.25Ω～250Ω
±2％
电容参数
0.1μF～10μF
±2％
使用条件：
11）当被测线路有工频感应电压及电流时,应采用40Hz和60Hz频率测试,以避免干扰电流与测试电流叠加而损坏电源。
12）当使用本电源250V档时,被测线路中任何一相的感应电流超过了20A；或使用本电源750V档时,被测线路中任何一相的感应电流超过了2A,均应考虑改用更大容量的变频电源<非标准配置>。
提高输电线路工频参数测试准确性的若干措施
影响线路参数准确测试的首要因素是工频感应电压,传统的测试方法采取的主要措施是提高试验电压,增大试验电流并加以倒换相序以图削弱"干扰"的影响,这是一个方法,但试验电源将随之增大容量和重量,会使现场试验感到十分不便。
本测试系统通过改变试验电源的频率,且让测试仪表只接受试验频率的信息,对工频感应电压采取规避的处理方式,然后将测试结果换算成工频参数。
影响线路参数测试准确性还有下述四个值得强调的因素：
当测量较短的线路<如几千米以内>的阻抗和较长线路<如几十千米以上>的电容时,测试用的电压引线和电流引线应分开；并在被试线路侧<而不是试验电源侧>测取试验电压。
测取较长<百千米以上>线路的阻抗<或电容>参数时,应在对侧同时读取电流<或电压>取首末两端的平均值供计算用。
提高电压测试回路的内阻抗ZN,可使测得的感应电压UG更接近真实。
当ZN较小时,所测得的感应电压UG值将几乎正比于ZN。
因此,测UG宜用特高阻抗的电压表,如静电电压表等。
根据零序保护分段和地质状况,在线路的相应位置增作1-2次零序阻抗参数的实测。
线路测试工作步骤及测试方案
准备工作
13）编制测试方案
14）应历经：
收集相关资料信息,现场踏勘,编写,审核,审定,批准等步骤。
15）落实相关人员,各相关人员应熟悉测试方案。
16）备齐备好：
测试设备、测试电源、测试用线、通讯工具、运输工具。
17）安排被测线路停电计划。
现场试验工作顺序
18）完成被测线路的停电操作和安全措施；
19）办理许可工作的手续；
110）依次进行以下试验：
A.测试感应电压宜用极高阻抗的电压表,如静电电压表Q3-V,分别逐相测取：
线路两端均不接地和线路仅远端接地时的感应电压；
B.使用钳型电流表测试电磁感应〔干扰电流和对地电容〔干扰电流,也应分别逐相测取及三相短接测取,线路远端接地测取电磁感应〔干扰电流,远端不接地测取电容〔干扰电流。
注：
该项测试仅适用于怀疑有感应电压的被测线路。
怀疑的理由可有以下情况之一构成：
有平行的架空输电线路,不止一次的交叉跨越。
C.测试绝缘电阻〔当线路两端均不接地时,仍有较高感应电压出现,此项测试可以不进行
D.测试直流电阻〔当被测线路有感应电压时,此项测试可用本仪器测得的交流电阻表示
E.核对相别〔新建、改建线路应作
F.测试线路工频参数,
测试线路工频参数时应依次：
A.将被测线路的测试端三相短路接地；
B.接入测试仪表、测试电源,完成测试接线；
C.拆去影响测试的短路接地线；
D.依次测取以下工频参数；
架空线路：
正序电容－正序阻抗－零序阻抗－零序电容－双回线路间的零序互感－耦合电容。
电缆线路：
正序阻抗－零序阻抗－零序电容。
注：
架空线路双回线路间的零序互感及耦合电容的测试,有必要时才进行。
纯电缆线路的正序电容等同于零序电容,可不必进行正序电容的测试。
E.测试完毕后,重新将被测线路的测试端三相短路接地；
F.拆除测试设备〔含仪表、电源等；
G.恢复线路测试前的状态；
H.办理结束试验工作手续并汇报相关上级；
完成测试报告。
111）输电线路工频参数测试报告的内容及要求
线路〔属性原始资料:
线路产权所属单位、线路名称、线路总长度、导线型号与分裂根数、三相排列方式、相间平均距离、地线及耦合地线排列接地方式；输电线路若为电缆线路则应有外屏蔽及铠装的接地方式。
线路测试内容：
各相感应电压及绝缘电阻和直流电阻、工频参数测试结果、测试时的气象及温度、测试日期、时间、测试仪器、试验人员、审核人员、批准人员、试验结论。
试验接线如图〔2-10
图〔2-10
按要求分别进行正序电容－正序阻抗－零序阻抗－零序电容－双回线路间的零序互感－耦合电容的试验。
3现场试验
2011年9月18日,我公司对舜江-虞北双开口环入东关220kV输电线路工程的道北2U48线,道虞2U47线,舜道4Q65线,舜墟4Q66线四条220kV线路进行了线路工频参数试验。
使用该设备在一天内完成了4条线路的线路参数测试。
试验数据与理论计算值接近,并于当晚完成了该4条线路的线路参数试验报告,上报省调。
4体会,建议及安全注意事项
线路参数测试,是线路工程完工后进行的最后一项试验,由于输电线路一般从几公里到几十公里不等,有很多情况无法全面了解,且线路参数测试一般在线路投运前进行,试验时间较为紧张,试验无法完成会影响到线路的投运。
因此我们在试验前需要进行周密的组织,试验过程中保持通讯的通畅,试验完成后及时的完成试验报告,并积极做好准备以应对发生意外情况。
安全注意事项
11）输电线路工频参数的测量除一般电气测试必须注意的种种安全问题之外,还有其特殊性。
输电线路短则几千米,长则上千里,不仅常常有同类相邻伴行,还屡屡与之上跨下穿,由于电容CH/C0分压和电磁感应在彼此各自身上产生的响应－感应电压,对测试人员和测试仪器的安全构成威胁,这是必须以万无一失的态度来对待的事,防止感应电压伤及人身安全是线路参数现场测试的第一要义。
12）现场测量应根据线路的实际情况和生产运行的实际需要,预先编制测试方案,以确保线路试验的安全、顺利完成。
13）方案应包括：
确定需测取的参数。
阻抗和电容等工频参数可用交流法测取,电阻可用直流法测取,感应电压宜用直接法测取。
测试方案中,必须：
——确定现场工作负责人:
对测试工作全面负责；
——确定现场工作安全负责人:
对现场安全负责,监督现场安全措施的实施；
14）无论测试哪条线路的哪项参数,进行测试接线前,必须一律先将被测线路良好接地；然后接好仪表,加电压<或通电流>前,才可拆去接地线；拆测试引线前,须再次将线路可靠接地,切不可图省事,少作任何一个步骤。
15）搭接和拆除临时接地线时,必须使用合格的绝缘操作杆。
绝缘杆的长时耐受电压不得低于运行线路的最高额定电压。
16）拉合接地刀闸时,必须穿戴合格的绝缘靴和绝缘手套。
17）测试线路参数前,应保证通讯畅通、清晰,且应有后备通讯手段。
18）测试前,凡需接地的,必须先确认已接地良好,如仪器外壳,试验电源和被试线路的中性点等。
凡属工作接地,如测零序阻抗时的中性点接地的阻抗应小到不影响测试精度的要求。
19）测取有相邻并行或交叉跨越较多,特别是有更高电压线路相邻或交叉线路的工频参数时,必须先测感应电压、感应电流。
注意:
通过互感抗XH感应过来的电压会随运行线路上的电流变大而变大的。
110）检测感应电压时,必须使用合格的绝缘操作杆。
111）与被测线路相连接的所有测试仪表设备的耐受电压应大于可能的感应电压,否则必须采用有效措施或只能利用相关线路停电的时机检测。
112）只要对测试准确度影响不大,尽可能接地。
如:
测试正序阻抗参数时,用三表法,对端的中性点可予接地。
113）测试时,必须作到：
——全线路无其他工作；
——线路两侧开关及刀闸确保均在断开位置,且无工作；
——每次接通试验电源前,都应将电源的输出调压旋钮调至零位,每一项试验结束后,也必须将输出调压旋钮立即调回零位；
114）现场测试应在天气良好的情况下进行,不得在雷雨天进行,也不宜在风、雪天进行；
1.线路参数
导线型号
2×LGJ-400/35
导线长度
——
额定电压
220kV
其它参数
——
2.试验依据
国内标准名称、编号
国外标准名称、编号
GB50150-2006《电气设备交接试验标准》
——
3.试验结果
3.1核相及绝缘电阻测量〔MΩ
试验日期
环境温度
26℃
相对湿度
58%
试验设备/仪表
3121绝缘电阻表,NO.1151984
对侧状态
A
B
C
A相开路,B、C短路接地
140
0
0
B相开路,A、C短路接地
0
150
0
C相开路,A、B短路接地
0
0
140
3.2直流电阻测量〔对侧三相短路接地
试验日期
环境温度
26℃
相对湿度
58%
试验设备/仪表
BZC3391直流电阻测试仪,NO.1077
直流电阻
<Ω>
RAB
1.128
RA
0.5695
RBC
1.119
RB
0.5585
RAC
1.130
RC
0.5605
3.3正序阻抗测量〔对侧三相短路接地
试验日期
环境温度
26℃
相对湿度
58%
试验设备/仪表
DS-2008型高压线路工频参数异频测试系统,NO.1012001
频率
相别
A
B
C
40Hz
U
35.608
35.915
35.504
I
11.122
10.417
10.170
P
76.48
21.74
98.33
Q
388.6
375.4
347.4
60Hz
U
52.849
53.008
52.760
I
11.059
10.156
10.059
P
76.84
5.331
112.3
Q
579.3
538.3
518.7
正序阻抗〔Ω
4.2042
正序电抗〔Ω
4.1622
正序电阻〔Ω
0.5928
正序电感〔mH
13.248
正序阻抗
Z1=0.5928+j4.1622
阻抗角度
81.894度
3.3零序阻抗测量〔对侧三相短路接地
试验日期
环境温度
26℃
相对湿度
58%
试验设备/仪表
DS-2008型高压线路工频参数异频测试系统,NO.1012001
频率
U
I
P
Q
40Hz
31.171
10.270
94.36
305.9
60Hz
44.747
10.289
104.2
448.4
零序阻抗〔Ω
11.098
零序电抗〔Ω
10.732
零序电阻〔Ω
2.8235
零序电感〔mH
34.163
零序阻抗
Z0=2.8235+j10.732
阻抗角度
75.260度
3.4正序电容测量〔对侧三相开路
试验日期
环境温度
26℃
相对湿度
58%
试验设备/仪表
DS-2008型高压线路工频参数异频测试系统,NO.1012001
频率
相别
A
B
C
60Hz
U
702.22
704.26
701.40
I
0.0562
0.0505
0.0494
正序电纳〔μS
61.761
正序电容〔μF
0.1965
3.5零序电容测量〔对侧三相开路
试验日期
环境温度
26℃
相对湿度
58%
试验设备/仪表
DS-2008型高压线路工频参数异频测试系
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