1基于DSP技術(shù)的電力系統(tǒng)參數(shù)現(xiàn)場測試技術(shù)

電纜線路正、零序阻抗參數(shù)的選取對(duì)于長距離或者高電壓電力電纜而言非常重要，尤其是在進(jìn)行線路繼電保護(hù)計(jì)算時(shí)，如果參數(shù)選擇不恰當(dāng)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，將直接影響著系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。電力系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)是由三個(gè)對(duì)稱系統(tǒng)組成一個(gè)不對(duì)稱的三相系統(tǒng)，之所以采用這種設(shè)計(jì)是為了保證線路中任何一處在發(fā)生不對(duì)稱線路故障時(shí)，故障點(diǎn)處的電壓U、電流I即可分解為正、負(fù)、零序三組對(duì)稱分量系統(tǒng)，從而最大限度的減少故障對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的損害，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠穩(wěn)定性。

電力電纜線路實(shí)際上是一個(gè)靜止磁耦合回路，所以對(duì)電力線路的正序阻抗、負(fù)序阻抗進(jìn)行測量，可以得到相同數(shù)值，即二者在數(shù)值上相等。電路中電流流經(jīng)正、負(fù)阻抗時(shí)，將在電路中形成一定大小的磁場，而且電流流經(jīng)正、負(fù)阻抗所產(chǎn)生的磁場將直接相互抵消。這里給出正負(fù)序阻抗的計(jì)算公式：-412-4312210ln(/)210ln(2/)CcCcZZRjsrZZRjsrωω==+×==+×上式中，Z1即是正序阻抗，其單位是?/km;Z2即是負(fù)序阻抗，其單位是?/km;rC表示電纜導(dǎo)體的電阻，其單位是?/;kms表示線路電纜相間中心距離，其單位是m;rc表示電纜導(dǎo)體的幾何平均半徑，其單位是m。零序電流在流經(jīng)線路時(shí)，三相系統(tǒng)零序電流之和不能等于零，必須要有一定的數(shù)值，而且三相系統(tǒng)零序電流方向要保持一致。因此，由零序電流在線路周圍所產(chǎn)生的磁場，磁力線將相互疊加，從而增強(qiáng)線路周圍磁場。實(shí)際上，三相電力電纜線路的零序阻抗就是三相線路的并聯(lián)阻抗值，這里給出電力電纜線路零序阻抗的計(jì)算公式：-4003(/3210ln(/))Cgd=ZR+R+×jωDr其中，3290(())tcABACBCr=rsss上式中，Rg表示大地電阻，其數(shù)值為0.0493?/km;Dd表示等效回路深度，其數(shù)值為1000m;r0是三相線路的等效幾何平均半徑，其單位是m。

基于上述分析，我們根據(jù)DSP技術(shù)理論設(shè)計(jì)了一種現(xiàn)場快速測定線路Z1與Z0的新技術(shù)，并根據(jù)該技術(shù)介紹一下智能型電纜參數(shù)測試系統(tǒng)的工作原理。該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成：一部分是外圍測試電源電路，它由3個(gè)獨(dú)立220V降壓變壓器組成，為了滿足現(xiàn)場實(shí)際使用過程中的需要，提高儀器的適用性，該電路還給系統(tǒng)提供了不同的電壓輸出抽頭;另外一部分就是本體系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作過程可以簡單描述為：利用電壓、電流互感器對(duì)待測電力電纜中的電壓以及流經(jīng)的電流進(jìn)行取樣，并將所獲得的電流取樣值經(jīng)高精度電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，然后再經(jīng)差動(dòng)放大電路后輸送至AD轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行量化處理。系統(tǒng)采用的是6通道模擬輸入前端處理器，這樣就可以保證在對(duì)三相電壓、電流信號(hào)同時(shí)采樣時(shí)，信號(hào)的采樣速率及采樣精確度能夠大幅度提高。

2基于計(jì)算機(jī)的電力線路參數(shù)測量系統(tǒng)

電力線路工頻參數(shù)的測定是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，不論是理論計(jì)算還是實(shí)際測量，均難以準(zhǔn)確的計(jì)及各種影響因素，導(dǎo)致結(jié)果上存在一定的誤差。采用傳統(tǒng)儀表式測量方法，結(jié)構(gòu)上、技術(shù)上均存在著很多的不足之處，譬如表計(jì)多，現(xiàn)場測量接線復(fù)雜，適用性較差;人工讀取及記錄測量結(jié)果，難免存在一定的誤差;各種電信號(hào)存在的諧波分量以及工頻干擾極大的影響著測量精確度等等。所以，基于計(jì)算機(jī)的測量系統(tǒng)將是未來電力線路參數(shù)測試的發(fā)展方向，該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要有：

2.1數(shù)字濾波技術(shù)

數(shù)字濾波技術(shù)就是用軟件來對(duì)采集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行電磁兼容消除干擾處理，通過該技術(shù)可以將“夾雜”在數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)“剔除”，從而反映出真實(shí)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)?；谶@種技術(shù)的濾波器，精度更高、穩(wěn)定性更好，而且更為靈活。FIR(有限長單位脈沖響應(yīng))濾波器采用的就是數(shù)字濾波技術(shù)，它能夠在幅度特性任意設(shè)定的情況下，對(duì)線路的相位信息進(jìn)行精確測量，完全不用去考慮系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.2抗工頻干擾的增量測量法

現(xiàn)場測定線路參數(shù)時(shí)，不可能將其他線路停止運(yùn)行，而且只要是運(yùn)行中的線路勢必會(huì)通過磁場的作用，在待測線路上形成數(shù)值正比于運(yùn)行線路電流以及線路間互感值的感應(yīng)電動(dòng)勢，這種情況就相當(dāng)于在待測線路上縱向串聯(lián)一個(gè)電動(dòng)勢Eg。在理想情況下(待測線路參數(shù)完全對(duì)稱且完全換位)，可以將該電動(dòng)勢看作是一個(gè)零序電壓。實(shí)際線路參數(shù)測定過程中，需要對(duì)零序參數(shù)進(jìn)行測量時(shí)，一定要在工頻干擾電壓消除的前提下進(jìn)行。這里給出一種削弱工頻干擾的方法--增量法：根據(jù)上圖可以得出，nngU=zI+E000上式中，Eg表示整個(gè)系統(tǒng)中其他運(yùn)行中的線路對(duì)待測線路所形成的等效零序感應(yīng)電壓，該電壓值對(duì)于待測線路而言屬于干擾信號(hào)。對(duì)上式進(jìn)行增量運(yùn)算，可得：n00n0g?U=z?I+?E其中，干擾電壓Eg只與系統(tǒng)中其他運(yùn)行線路的潮流大小以及方向有關(guān)，如果測量時(shí)間非常短，那么就可以簡單的認(rèn)為該電壓的大小及相位均保持不變，也就是說g?E的值等于0。所以，000=nnUzI上式即抗工頻干擾增量測量法的基本理論。

3電力系統(tǒng)接地電阻測量方法

電力線路接地裝置是整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的保障，對(duì)接地電阻數(shù)值進(jìn)行測量是校核接地裝置是否達(dá)標(biāo)，是否符合規(guī)程要求的一個(gè)必要措施。三極法是一種傳統(tǒng)的接地電阻測量方法，這種方法最大的優(yōu)勢就在于測量精確度高。雖然國家電力行業(yè)制定了一系列的特性參數(shù)測量標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際應(yīng)用過程中還是出現(xiàn)了很多問題。鉗表法是經(jīng)傳統(tǒng)接地電阻測量方法改進(jìn)得到的一種桿塔接地電阻測量方法，這種方法之所以能夠得到廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)槠湓谶M(jìn)行實(shí)際測量時(shí)不再需要進(jìn)行電流極、電壓極引線的設(shè)置，同時(shí)也不再需要另外設(shè)置電源，整個(gè)測量過程只需要將鉗表夾在線路桿塔接地線或者接地體上，就可以完成接地電阻的測量。

3.1三極法測量接地電阻

以半球形接地極為例，規(guī)定電流極C、電壓極P，并在接地體G與電流極C之間注入電流I。該接地體的半徑設(shè)置為a，根據(jù)疊加原理就可以得到：在接地極G處注入電流I后，就會(huì)在接地極G與電壓極P之間形成一定的電位差V’：''''-22GPIIVaDρρππ=電流極C流經(jīng)電流I后，使得接地極G與電壓極P之間形成電位差V’’：''''''''-22PCIIVaDρρππ=+故得到接地極G與電壓極P之間的電壓V等于：1111''''''''''''(--)2GPGCPCIVVVaDDDρπ=+=+從而，接地電阻R等于：1111(--)2GPGCPCVRIaDDDρπ==+此時(shí)就可以計(jì)算出半球形接地電極實(shí)際的接地電阻R0的數(shù)值：02Raρπ=兩個(gè)阻值的比值為：0(1--)GPGCPCRaaaRDDD=+計(jì)算可得，實(shí)驗(yàn)測量誤差00(R-R)/R為：00-GPGCPCRRaaaRDDD=+?

3.2鉗表法測量接地電阻

這種方法之所以能夠得到廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)槠湓谶M(jìn)行實(shí)際測量時(shí)不再需要進(jìn)行電流極、電壓極引線的設(shè)置，同時(shí)也不再需要另外設(shè)置電源，整個(gè)測量過程只需要將鉗表夾在線路桿塔接地線或者接地體上，就可以完成接地電阻的測量，最大程度的降低的系統(tǒng)布線難度。實(shí)際上每一個(gè)桿塔相互之間均是通過避雷線來共同構(gòu)成并聯(lián)回路的，每一個(gè)桿塔可以看作是整個(gè)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)支路。并聯(lián)電路理論告訴我們，并聯(lián)電阻的總阻值并不是每一個(gè)電阻值的相加，如果架設(shè)桿塔接地電阻值為Rj，那么整個(gè)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的總阻值就是所有接地電阻的并聯(lián)值，即R0=R1//R2//R3//...//Rn。在實(shí)際電網(wǎng)中，一個(gè)電力線路的桿塔數(shù)量通常情況下均比較多，也就是上式中的n值較大，因此就可以近似的得到R0遠(yuǎn)小于jR。在使用鉗表法進(jìn)行接地電阻的測量時(shí)，通常使用的測量頻率是50Hz。之所以使用這個(gè)頻率進(jìn)行測量，主要是為了避開工頻干擾，以得到更為精確的測量值。鉗表結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)線圈電路，其中一個(gè)稱之為電流線圈，主要作用是給測量提供電源E，類似于變壓器的作用。在桿塔數(shù)量較多的情況下，R0遠(yuǎn)小于jR，所以可以得到R近似等于jR，此時(shí)鉗表上所顯示出來的數(shù)值即使桿塔接地電阻jR的值。

4接地電阻測試儀的重要性

接地電阻測試儀是用來檢測儀器間對(duì)地接地電阻數(shù)據(jù)的，在實(shí)際電氣安全檢查以及大型接地工程現(xiàn)場隨處可見。通常情況下，接地電阻需要與耐壓測試儀等儀器儀器使用，以完成現(xiàn)場綜合測試任務(wù)。雙鉗多功能接地電阻測試儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于儀器對(duì)地接地電阻測量，使用這種儀器進(jìn)行電力線路桿塔接地電阻測量非常方便，而且所得到的測量結(jié)果準(zhǔn)確度較高。但是使用該儀器進(jìn)行架空地線高壓線路測量時(shí)，只允許從待測桿塔存在一條接地引下線。假設(shè)各個(gè)塔腳之間電網(wǎng)出現(xiàn)斷開情況，那么就需要將其余各腳的接地引下線拆開，使用臨時(shí)線進(jìn)行測量。

作者：高寶森      單位：山西省電力公司信息通信公司