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)的選取對于長距離或者高電壓電力電纜而言非常重要，尤其是在進行線路繼電保護計算時，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)的安全可靠運行。電力系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)是由三個對稱系統(tǒng)組成一個不對稱的三相系統(tǒng)，之所以采用這種設(shè)計是為了保證線路中任何一處在發(fā)生不對稱線路故障時，故障點處的電壓U、電流I即可分解為正、負(fù)、零序三組對稱分量系統(tǒng)，從而最大限度的減少故障對整個電力系統(tǒng)的損害，提高電網(wǎng)運行的可靠穩(wěn)定性。

電力電纜線路實際上是一個靜止磁耦合回路，所以對電力線路的正序阻抗、負(fù)序阻抗進行測量，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，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，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，從而增強線路周圍磁場。實際上，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個獨立220V降壓變壓器組成，為了滿足現(xiàn)場實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、電流互感器對待測電力電纜中的電壓以及流經(jīng)的電流進行取樣，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，然后再經(jīng)差動放大電路后輸送至AD轉(zhuǎn)換器，并進行量化處理。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三相電壓、電流信號同時采樣時，信號的采樣速率及采樣精確度能夠大幅度提高。

2基于計算機的電力線路參數(shù)測量系統(tǒng)

電力線路工頻參數(shù)的測定是一個非常復(fù)雜的過程，不論是理論計算還是實際測量，均難以準(zhǔn)確的計及各種影響因素，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，基于計算機的測量系統(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)就是用軟件來對采集到的信息數(shù)據(jù)進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“剔除”，從而反映出真實的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。基于這種技術(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，對線路的相位信息進行精確測量，完全不用去考慮系統(tǒng)運行的穩(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，不可能將其他線路停止運行，而且只要是運行中的線路勢必會通過磁場的作用，在待測線路上形成數(shù)值正比于運行線路電流以及線路間互感值的感應(yīng)電動勢，這種情況就相當(dāng)于在待測線路上縱向串聯(lián)一個電動勢Eg。在理想情況下(待測線路參數(shù)完全對稱且完全換位)，可以將該電動勢看作是一個零序電壓。實際線路參數(shù)測定過程中，需要對零序參數(shù)進行測量時，一定要在工頻干擾電壓消除的前提下進行。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表示整個系統(tǒng)中其他運行中的線路對待測線路所形成的等效零序感應(yīng)電壓，該電壓值對于待測線路而言屬于干擾信號。對上式進行增量運算，可得：n00n0g?U=z?I+?E其中，干擾電壓Eg只與系統(tǒng)中其他運行線路的潮流大小以及方向有關(guān)，如果測量時間非常短，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電力系統(tǒng)安全運行的保障，對接地電阻數(shù)值進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，主要是因為其在進行實際測量時不再需要進行電流極、電壓極引線的設(shè)置，同時也不再需要另外設(shè)置電源，整個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==+此時就可以計算出半球形接地電極實際的接地電阻R0的數(shù)值：02Raρπ=兩個阻值的比值為：0(1--)GPGCPCRaaaRDDD=+計算可得，實驗測量誤差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，主要是因為其在進行實際測量時不再需要進行電流極、電壓極引線的設(shè)置，同時也不再需要另外設(shè)置電源，整個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。實際上每一個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，每一個桿塔可以看作是整個并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的一個支路。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電阻值的相加，如果架設(shè)桿塔接地電阻值為Rj，那么整個并聯(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。在實際電網(wǎng)中，一個電力線路的桿塔數(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。在使用鉗表法進行接地電阻的測量時，通常使用的測量頻率是50Hz。之所以使用這個頻率進行測量，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)中有兩個線圈電路，其中一個稱之為電流線圈，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地接地電阻數(shù)據(jù)的，在實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)用于儀器對地接地電阻測量，使用這種儀器進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。但是使用該儀器進行架空地線高壓線路測量時，只允許從待測桿塔存在一條接地引下線。假設(shè)各個塔腳之間電網(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，使用臨時線進行測量。

作者：高寶森      單位：山西省電力公司信息通信公司