CN106980070A - 一种输电线路参数的测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电线路参数的测量系统及方法，其技术特点是：包括单相电源、继电器组、四个电流表、四个电压表和微处理器；电流表I_A、电流表I_B、电流表I_C连接在三相电路中分别用于测量三相电路的电流值；电压表U_A、电压表U_B、电压表U_C连接在三相电路中分别用于测量三相电路的电压值；电流表Is连接在继电器J1、继电器J2、继电器J3与单相电源之间用以测量单相电源的输出电流，电压表Us安装在单相电源的两端用于测量单相电源输出电压值；微处理器控制继电器组的不同通断组合，实现输电线路不同参数的测量功能。

Description

一种输电线路参数的测量系统及方法

技术领域

本发明属于电力输电线路技术领域，尤其是一种输电线路参数的测量系统及方法。

背景技术

输电线路是电力系统的重要组成部分。新建及改建高压输电线路在投入运行之前，需要测量各种工频参数值，这些参数将直接影响继电保护整定计算、潮流计算、故障测距、短路电流计算、网损计算以及电力系统运行方式选择的最终结果。目前，输电线路参数测量的电源装置通常使用三相调压器和三相隔离变压器，通过三相电源输出以及三相电压、电流测量和计算实现线路参数测量。由于三相电源装置体积重量较大，现场搬运困难，且试验接线较多，易出现接线错误。特别是近年来，同塔及平行架设线路越来越多，当邻近线路带电运行时，被测线路上会产生很强的工频感应干扰。为保证测量结果的准确度，需要增大试验电源容量以克服感应干扰产生的不良影响；由于试验电源容量越大体积重量越大，给现场测量工作带来诸多不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、可靠性高、便于运输安装且使用方便的输电线路参数的测量系统及方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种输电线路参数的测量系统，包括单相电源、继电器组、四个电流表、四个电压表和微处理器；电流表I_A、电流表I_B、电流表I_C连接在三相电路中分别用于测量三相电路的电流值；电压表U_A、电压表U_B、电压表U_C连接在三相电路中分别用于测量三相电路的电压值；继电器J1、继电器J2、继电器J3分别连接在三相电路中；所述电流表Is连接在继电器J1、继电器J2、继电器J3与单相电源之间用以测量单相电源的输出电流，单相电源另一端通过继电器J4、继电器J5、继电器J6分别连接在三相电路上，所述电压表Us安装在单相电源的两端用于测量单相电源输出电压值，该电压表Us通过继电器J13接地；继电器J7、继电器J8、继电器J9分别连接三相电路与地线之间，继电器J10、J11、J12分别连接在电压表U_A、电压表U_B、电压表U_C与地线之间；所述微处理器控制继电器组的不同通断组合，实现输电线路不同参数的测量功能。

所述继电器J1-J9及继电器J13的初始状态为断开状态，所述继电器J10-J12的初始状态为接地状态。

一种输电线路参数的测量方法，包括零序阻抗参数测量方法、正序阻抗参数测量方法、零序电容参数测量方法和正序电容参数测量方法，其中：

所述零序阻抗参数测量方法包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、继电器J2、继电器J3和继电器J13动作，转到闭合状态，其他继电器保持初始状态；

步骤2、测量试验电流Is、试验电压Us，通过计算得到单相电源输出的无功功率和有功功率；

步骤3、通过计算可以得到零序电抗、零序电阻及零序阻抗：

步骤4、将所有继电器恢复初始状态；

所述正序阻抗参数测量方法，包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、继电器J5、继电器J10动作，其他继电器保持初始状态；单相电源对AB相加压通流，测量试验电流、有功功率、无功功率，得到回路AB的电抗值及电阻值，然后继电器J1、继电器J5、继电器J10恢复初始状态；

步骤2、微处理器控制继电器J2、继电器J6、继电器J11动作，其他继电器保持初始状态；对BC相加压通流，得到回路BC的电抗值和电阻值，然后继电器J2、继电器J6、继电器J11恢复初始状态；

步骤3、微处理器控制继电器J3、继电器J4、继电器J12动作，其他继电器保持初始状态；对CA相加压通流，得到回路CA的电抗值和电阻值，然后继电器J3、继电器J4、继电器J12恢复初始状态；

步骤4、根据以上测量得到的三个电抗值，求出三个单相电抗值；

步骤5、根据以上测量得到的三个电阻值，求出三个单相电阻值

步骤6、得到三相线路正序电抗、正序电阻及正序阻抗；

所述零序电容参数测量方法，包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、继电器J2、继电器J3、继电器J13动作，其他继电器保持初始状态。

步骤2、测量试验电流Is、试验电压Us，通过计算可以得到零序电容、零序工频电纳；

步骤3、将所有继电器恢复初始状态；

所述正序电容参数测量方法，包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、继电器J8、继电器J9、继电器J13动作，其他继电器保持初始状态；对A相加压通流，测量试验电压U_A和试验电流I_A、I_B、I_C，得到A相的等值电容，然后将继电器J1、继电器J8、继电器J9、继电器J13恢复初始状态；

步骤2、微处理器控制继电器J2、继电器J7、继电器J9、继电器J13动作，其他继电器保持初始状态；对B相加压同流，得到B相的等值电容，然后将继电器J2、继电器J7、继电器J9、继电器J13恢复初始状态；

步骤3、微处理器控制继电器J3、继电器J7、继电器J8、继电器J13动作，其他继电器保持初始状态；对C相加压同流，得到C相的等值电容，然后将继电器J3、继电器J7、继电器J8、继电器J13恢复初始状态；

步骤4、根据以上步骤并根据相间电容的对称性得到AB相电容、BC相电容和CA相电容；

步骤5、计算得到正序电容。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，其使用单相电源并通过微处理器控制继电器动作完成三相输电线路的参数测量功能，从而将试验电源的体积和重量减小为原来的三分之一，方便了设备的运输和现场搬运，且自动完成试验接线，提高了现场试验的可靠性和工作效率。

附图说明

图1是本发明的系统连接示意图；

图2是零序阻抗的测量接线

图3是正序阻抗的测量接线(以AB相为例)

图4是零序电容的测量接线

图5是正序电容的测量接线(以A相为例)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种输电线路参数的测量系统，如图1所示，包括单相电源、继电器组(J1-J13)、电流表(I_A、I_B、I_C、Is)、电压表(U_A、U_B、U_C、Us)和微处理器。所述继电器组与微处理器相连接，微处理器可以采用单片机或DSP实现微处理器控制继电器组的不同通断组合选择单相电源输出通道功能，实现不同参数的测量。该测量系统的具体连接方式为：

所述电流表I_A、I_B、I_C连接在三相电路中分别用于测量A相、B相、C相电路的电流值；所述电压表U_A、U_B、U_C连接在三相电路中分别用于测量A相、B相、C相电路的电压值；继电器J1、J2、J3分别连接在A相、B相、C相电路中；所述电流表Is连接在继电器J1、J2、J3与单相电源之间用以测量单相电源的输出电流，单相电源另一端通过继电器J4、J5、J6连接在A相、B相、C相电路上，所述电压表Us安装在单相电源的两端用于测量单相电源输出电压值，该电压表通过继电器J13接地。A相、B相、C相电路通过继电器J7、J8、J9接地，电压表U_A、U_B、U_C通过继电器J10、J11、J12接地。

本测量系统可以测量如下输电线路参数：零序阻抗、正序阻抗、零序电容、正序电容四个参数，通过控制继电器动作实现不同的试验接线，并通过测量和计算得到相应的参数值。继电器的动作和通断顺序由单片机或DSP控制，整个测试过程全部自动完成，无需手动更改试验接线。

本发明的测量方法是通过微处理器控制继电器J1-J13的不同通断组合，实现不同参数的测量功能，包括零序阻抗、正序阻抗、零序电容、正序电容四个参数的测量方法，具体方法包括：

1、零序阻抗参数测量方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、J2、J3、J13动作，转到闭合状态，其他继电器保持初始状态。

在测量前，继电器J1-J9、J13的初始状态为断开状态，J10-J12的初始状态为接地状态。

步骤2、测量试验电流Is、试验电压Us，通过计算可以得到电源输出的无功功率Q和有功功率P。

步骤3、通过计算可以得到：

零序电抗X₀＝3Q/Is²，零序电阻R₀＝3P/Is²；

及零序阻抗表达式Z₀＝R₀+jX₀。

步骤4、测量完毕后，所有继电器恢复初始状态。

2、正序阻抗参数测量方法，如图3所示，以线路AB相测量为例，包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、J5、J10动作，其他继电器保持初始状态。单相电源对AB相加压通流，测量试验电流I_AB、有功功率P_AB、无功功率Q_AB，可以得到

回路AB的电抗值：X_AB＝X_A+X_B＝Q_AB/I_AB ²，

回路AB的电阻值：R_AB＝R_A+R_B＝P_AB/I_AB ²；

完毕后，继电器J1、J5、J10恢复初始状态。

步骤2、微处理器控制继电器J2、J6、J11动作，其他继电器保持初始状态。对BC相加压通流，同样可以得到

回路BC的电抗值和电阻值：X_BC＝X_B+X_C＝Q_BC/I_BC ²，R_BC＝R_B+R_C＝P_BC/I_BC ²；

完毕后，继电器J2、J6、J11恢复初始状态。

步骤3、微处理器控制继电器J3、J4、J12动作，其他继电器保持初始状态。对CA相加压通流，同样可以得到

回路CA的电抗值和电阻值：X_CA＝X_C+X_A＝Q_CA/I_CA ²，R_CA＝R_C+R_A＝P_CA/I_CA ²；

完毕后，继电器J3、J4、J12恢复初始状态。

步骤4、根据以上测量得到的三个电抗值，可以解方程求出三个单相电抗值X_A、X_B、X_C，

X_A＝(X_AB+X_CA－X_BC)/2；

X_B＝(X_AB+X_BC－X_CA)/2；

X_C＝(X_BC+X_CA－X_AB)/2。

步骤5、根据以上测量得到的三个电阻值，可以解方程求出三个单相电阻值R_A、R_B、R_C，

R_A＝(R_AB+R_CA－R_BC)/2；

R_B＝(R_AB+R_BC－R_CA)/2；

R_C＝(R_BC+R_CA－R_AB)/2。

步骤6、得到三相线路正序电抗和正序电阻

X＝(X_A+X_B+X_C)/3，R＝(R_A+R_B+R_C)/3；

及正序阻抗表达式Z＝R+jX。

3、零序电容参数测量方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、J2、J3、J13动作，其他继电器保持初始状态。

步骤2、测量试验电流Is、试验电压Us，通过计算可以得到

零序电容C₀＝Is/(6πfUs)，零序工频电纳Y₀＝2πf₀C₀，其中，f为试验频率，f₀＝50Hz。

步骤3、测量完毕后，所有继电器恢复初始状态。

4、正序电容参数测量方法，如图5所示，以线路A相测量为例，包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、J8、J9、J13动作，其他继电器保持初始状态。对A相加压通流，测量试验电压U_A和试验电流I_A、I_B、I_C，可以得到

A相的等值电容：C_A＝C_A0+C_A-B+C_A-C＝I_A/(2πfU_A)，

其中，C_A0为A相对地电容，f为试验频率，

C_A-B为A相与B相之间的电容，C_A-B＝I_B/(2πfU_A)，

C_A-C为A相与C相之间的电容，C_A-C＝I_C/(2πfU_A)。

完毕后，继电器J1、J8、J9、J13恢复初始状态。

步骤2、微处理器控制继电器J2、J7、J9、J13动作，其他继电器保持初始状态。对B相加压同流，同样可以得到

B相的等值电容：C_B＝C_B0+C_B-A+C_B-C＝I_B/(2πfU_B)，

其中，C_B-A＝I_A/(2πfU_B)，C_B-C＝I_C/(2πfU_B)，

完毕后，继电器J2、J7、J9、J13恢复初始状态。

步骤3、微处理器控制继电器J3、J7、J8、J13动作，其他继电器保持初始状态。对C相加压同流，同样可以得到

C相的等值电容：C_C＝C_C0+C_C-A+C_C-B＝I_C/(2πfU_C)，

其中，C_C-A＝I_A/(2πfU_C)，C_C-B＝I_B/(2πfU_C)，

完毕后，继电器J3、J7、J8、J13恢复初始状态。

步骤4、根据以上步骤可以求出C_A0、C_A-B、C_A-C；C_B0、C_B-A、C_B-C；C_C0、C_C-A、C_C-B；

根据相间电容的对称性，可以得到

C_AB＝(C_A-B+C_B-A)/2，

C_BC＝(C_B-C+C_C-B)/2，

C_CA＝(C_C-A+C_A-C)/2。

步骤5、得到正序电容的表达式

C＝(C_A0+C_B0+C_C0)/3+(C_AB+C_BC+C_CA)，

且正序工频电纳Y＝2πf₀C，其中f₀＝50Hz。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种输电线路参数的测量系统，其特征在于：包括单相电源、继电器组、四个电流表、四个电压表和微处理器；电流表I_A、电流表I_B、电流表I_C连接在三相电路中分别用于测量三相电路的电流值；电压表U_A、电压表U_B、电压表U_C连接在三相电路中分别用于测量三相电路的电压值；继电器J1、继电器J2、继电器J3分别连接在三相电路中；所述电流表Is连接在继电器J1、继电器J2、继电器J3与单相电源之间用以测量单相电源的输出电流，单相电源另一端通过继电器J4、继电器J5、继电器J6分别连接在三相电路上，所述电压表Us安装在单相电源的两端用于测量单相电源输出电压值，该电压表Us通过继电器J13接地；继电器J7、继电器J8、继电器J9分别连接三相电路与地线之间，继电器J10、J11、J12分别连接在电压表U_A、电压表U_B、电压表U_C与地线之间；所述微处理器控制继电器组的不同通断组合，实现输电线路不同参数的测量功能。

2.根据权利要求所述一种输电线路参数的测量系统，其特征在于：所述继电器J1-J9及继电器J13的初始状态为断开状态，所述继电器J10-J12的初始状态为接地状态。

3.一种如权利要求1或2所述输电线路参数的测量系统的测量方法，其特征在于：包括零序阻抗参数测量方法、正序阻抗参数测量方法、零序电容参数测量方法和正序电容参数测量方法，其中：

所述零序阻抗参数测量方法包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、继电器J2、继电器J3和继电器J13动作，转到闭合状态，其他继电器保持初始状态；

步骤2、测量试验电流Is、试验电压Us，通过计算得到单相电源输出的无功功率和有功功率；

步骤3、通过计算可以得到零序电抗、零序电阻及零序阻抗：

步骤4、将所有继电器恢复初始状态；

所述正序阻抗参数测量方法，包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、继电器J5、继电器J10动作，其他继电器保持初始状态；单相电源对AB相加压通流，测量试验电流、有功功率、无功功率，得到回路AB的电抗值及电阻值，然后继电器J1、继电器J5、继电器J10恢复初始状态；

步骤2、微处理器控制继电器J2、继电器J6、继电器J11动作，其他继电器保持初始状态；对BC相加压通流，得到回路BC的电抗值和电阻值，然后继电器J2、继电器J6、继电器J11恢复初始状态；

步骤3、微处理器控制继电器J3、继电器J4、继电器J12动作，其他继电器保持初始状态；对CA相加压通流，得到回路CA的电抗值和电阻值，然后继电器J3、继电器J4、继电器J12恢复初始状态；

步骤4、根据以上测量得到的三个电抗值，求出三个单相电抗值；

步骤5、根据以上测量得到的三个电阻值，求出三个单相电阻值

步骤6、得到三相线路正序电抗、正序电阻及正序阻抗；

所述零序电容参数测量方法，包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、继电器J2、继电器J3、继电器J13动作，其他继电器保持初始状态。

步骤2、测量试验电流Is、试验电压Us，通过计算可以得到零序电容、零序工频电纳；

步骤3、将所有继电器恢复初始状态；

所述正序电容参数测量方法，包括以下步骤：

步骤1、微处理器控制继电器J1、继电器J8、继电器J9、继电器J13动作，其他继电器保持初始状态；对A相加压通流，测量试验电压U_A和试验电流I_A、I_B、I_C，得到A相的等值电容，然后将继电器J1、继电器J8、继电器J9、继电器J13恢复初始状态；

步骤2、微处理器控制继电器J2、继电器J7、继电器J9、继电器J13动作，其他继电器保持初始状态；对B相加压同流，得到B相的等值电容，然后将继电器J2、继电器J7、继电器J9、继电器J13恢复初始状态；

步骤3、微处理器控制继电器J3、继电器J7、继电器J8、继电器J13动作，其他继电器保持初始状态；对C相加压同流，得到C相的等值电容，然后将继电器J3、继电器J7、继电器J8、继电器J13恢复初始状态；

步骤4、根据以上步骤并根据相间电容的对称性得到AB相电容、BC相电容和CA相电容；

步骤5、计算得到正序电容。