专利名称：一种利用工频干扰源带电测量输电线路零序导纳的方法
技术领域：
本发明属于电力系统输电线路参数测量技术领域，特别是涉及互感线路组中新建线路 和停电线路的零序导纳带电测量的方法；
背景技术：
随着电力系统规模的发展，发电厂(变电站)出线增多，互感线路越来越多。
由于互感线路的零序导纳受到很多因素的影响，线路走向、零序电流流经区域的接地 电阻率等；理论计算值无法满足继电保护整定值计算的精度要求，如采用计算值作为整定 计算的依据，会使保护在系统故障时产生拒动或误动，这直接威胁到系统的安全与稳定运 行；因此，在中华人民共和国电力行业标准中，《220kV-500kV电网继电保护运行规程 (DL/TS59-94， 1995-05-01实施)》中关于继电保护整定的规定指出架空线路和电缆的零 序阻抗、其它对继电保护影响较大的参数应使用实测值。
传统的确定输电线路零序参数的方法有公式计算法和停电测量法；由于计算公式中涉 及到大地电阻率等不确切参数，因此公式计算结果是不准确的。
当一条新建输电线路投入运行前，需要测量新建线路的零序导纳等参数，此线路与其 它已建线路之间存在互感；用传统的停电测量法测量互感线路零序导纳的方法要求被测线 路全部停电，否则在互感很大时，其测量误差很大；而要对互感线路完全停电进行测量经 常是不可能的；因此，寻求一种新的互感线路零序导纳带电测量方法，是电力系统运行部 门所急需的，不仅具有重要的理论价值，而且具有很大的经济效益与社会效益。
发明内容
本发明的目的在于克服传统停电测量法测量互感线路组中新建互感线路零序导纳时 需要将所有互感线路停电的缺点，提出了一种新的互感线路组中的新建线路和某条停电线 路的零序导纳带电测量方法，实现了 7V条互感线路组中的条线路带电运行时或至少 有一条线路带电运行时，对新建线路或停电线路零序导纳的准确测量。
为实现本发明的目的，本发明提供的技术方案是 一种利用工频干扰源带电测量互感 线路零序导纳测量方法，包括以下步骤
(一)利用互感线路之间的零序互感，此互感称为干扰源，作为测量用的零序电源，化 害为利，获取输电线路上的零序干扰电流和零序干扰电压数据
在测量输电线路零序导纳时对于互感线路组中的未投运的新建线路或某一条停电线 路，将线路上的零序干扰电压和零序干扰电流经过外接的电压互感器和电流互感器后，接 入到测量装置的电压通道和电流通道中。
在测量输电线路的零序导纳时，按下述测量顺序和步骤进行
1. 先测量输电线路的零序干扰电压，再测量线路的零序干扰电流
首先将输电线路末端三相短接不接地，首端三相短接不接地，同时测量输电线路首端 的零序干扰电压和零序干扰电流，测量时间为1秒，此时实际上测量的有用信号只有零序 干扰电压，计算时采用此数据，测量的零序干扰电流是无效的，计算时不采用此数据；再 合上输电线路上首端外接的带辅助合闹和分闸线圈的空气开关，将输电线路首端三相短接 接地，继续同时测量输电线路首端的零序干扰电压和零序干扰电流，测量时间也为l秒， 此时实际上测量的有用信号只有零序干扰电流，计算时采用此数据，测量的零序干扰电压 是无效的，计算时不采用此数据；当2秒钟的测量过程完成后，将采集到的2秒钟的零序 干扰电压数据和2秒钟的零序干扰电流数据以文件的方式存入存储器中。
连续测量输电线路上的零序干扰电流以及零序干扰电压，整个测量过程数据采集时间 为2秒，在零序干扰电压和零序干扰电流2秒钟的数据中，各自真正有效的数据均只有l 秒数据。
2. 或者先测量输电线路的零序干扰电流，再测量输电线路的零序干扰电压 首先将输电线路末端三相短接不接地，首端三相短接接地，同时测量停电线路首端的
零序干扰电压和零序干扰电流，测量时间为l秒，此时实际上测量的有用信号只有零序干 扰电流，计算时采用此数据，测量的零序干扰压电是无效的，计算时不采用此数据；再断 开输电线路上首端外接的带辅助合闸和分闸线圈的空气开关，将输电线路首端三相短接不 接地，继续同时测量输电线路首端的零序干扰电压和零序干扰电流，测量时间也为1秒， 此时实际上测量的有用信号只有零序干扰电压，计算时采用此数据，测量的零序干扰电流 是无效的，计算时不采用此数据；当2秒钟的测量过程完成后，将采集到的2秒钟的零序 干扰电压数据和2秒钟的零序干扰电流数据以文件的方式存入存储器中。
连续测量输电线路上的零序干扰电流以及零序干扰电压，整个测量过程数据采集时间 为2秒，在零序干扰电压和零序干扰电流2秒钟的数据中，各自真正有效的数据均只有l
秒数据。
(二)在得到输电线路上的零序干扰电流和零序干扰电压采样数据后，采用下述代数方 程法、微分方程法或积分方程法来计算被测线路的零序导纳-
(1)、代数方程法 零序导纳计算公式
x [cos(& -《,+180) + _/ sin(《-《,+180)] (1)
上式中，y为输电线路的零序导纳，单位为西门子；/为输电线路的零序基波干扰电
流相量，单位为安培，^为输电线路上的零序基波干扰电压相量，单位为伏特;
为
序导纳的模值，《为零序基波干扰电流相角，单位为度，《,为零序基波干扰电压相角，
单位为度；相位角中的"180"是由于零序干扰电压和零序干扰电流的测量不是同时进行 的，计算出的零序导纳相位角与线路实际的零序导纳相位角相差180度，故在计算出的相 位角基础上加上180度；
对采集的零序干扰电流和零序干扰电压数据，采用傅立叶滤波算法，来得到零序基波
干扰电流相量/和零序基波干扰电压相量G,为消除暂态过程对测量结果的影响，对干扰
电流相量/和干扰电压相量t>计算所用数据，取零序干扰电流信号和零序干扰电压信号暂
态过程之后的稳态过程中所对应的采样数据来进行计算；为提高计算精度，先计算每个所 取信号周波对应的结果，再取这些周波计算结果的平均值作为零序导纳的最终计算结果。
(2)微分方程法
忽略线路的零序电导，列写出输电线路零序电容的微分方程如下
Z = C， (2)
(2)式中，C为输电线路的零序电容，"为输电线路上的零序干扰电压采样值；/为 输电线路上的零序干扰电流采样值；对零序干扰电流和零序干扰电压计算所用数据，取各 自真正有用的1秒的采样数据中，零序电流信号和零序电压信号暂态过程后的稳态过程中 所对应的采样数据来进行计算。
用+1) - -1)1/(27;)代替微分方程组中的导数项宇；+1)和 -1)分别为采
样时刻A +1和A -1时零序干扰电压的采样值，为采样时刻A:时零序干扰电流的采样值，
A为采样时刻，？i为采样周期。
将徼分方程(2)写成离散形式
任取3个相邻的采样时刻A-1、 A、 A+l对应的零序干扰电压采样值和零序干扰电流采 样值，得到4独立方程。
1. 先测量零序干扰电压，再测量零序干扰电流，则有以下离散形式
4 2r、
这里N为零序干扰电流和零序干扰电压的采样率。为提高测量精度， 一般要求采样率为 80点/周波以上；这里的采样时刻A是零序电流信号和零序电压信号稳态过程中的采样数 据所对应的采样时刻，以下同。
(3)式中出现的^相当于卯°的相位差，是由于零序干扰电压和零序干扰电流的测 4
量不是同时进行的，为了将两者的测量数据对应起来，故对零序干扰电压采样时刻加上 零序干扰电流和零序干扰电压均只取各自有用的稳态采样数据。
4
方程式(3)的解如下
<formula>formula see original document page 8</formula>
设取M(1SM〈50)个周波的稳态采样数据进行计算，且采样率为W点/周波，则采
样数据点共有MXiV个，在这些采样数据中，采样时刻yt的取值范围为<formula>formula see original document page 8</formula>
在A的取值范围内，取任一个釆样时刻yt对应的一组采样数据，代入(4)式后，计算出
零序电容G，再取零序电容<^的平均值<formula>formula see original document page 8</formula>则被测线路的零序
4
电纳为<formula>formula see original document page 8</formula> 。
零序电导很小，可以忽略不计，因此零序电纳在数值上近似等于零序导纳。即零序导 纳值为2;r^。
2. 或者先测量零序干扰电流，再测量零序干扰电压，则有以下离散形式<formula>formula see original document page 9</formula>(5)
这里N为零序干扰电流和零序干扰电压的采样率。为提高测量精度， 一般要求采样率为 80点/周以上；
(5)式中出现的^相当于90。的相位差，是由于零序干扰电压和零序干扰电流的测 4
量不是同时进行的，为了将两者的测量数据对应起来，故对零序干扰电压采样时刻加上 零序干扰电流和零序干扰电压均只取各自有用的稳态采样数据；
4
方程式(5)的解如下
<formula>formula see original document page 9</formula>在所采集的有用的1秒钟的零序干扰电压数据和1秒钟的零序干扰电流数据中，取零 序干扰电流信号和零序干扰电压信号暂态过程后的稳态过程中所对应的采样数据进行计 算；
设取M (1《M<50)个周波的稳态采样数据进行计算，且采样率为N点/周波，则采 样数据点共有MXN个，在这些采样数据中，釆样时刻A的取值范围为
1SA<A/XW-^-1;在A的取值范围内，取任一个采样时刻A对应的一组采样数据，代 4
入(6)式后，计算出零序电容c,，再取零序电容q的平均值^^—i;4
4
则被測线路的零序电纳为B = 2<， / = 50他。
零序电导很小，可以忽略不计，因此零序电纳在数值上近似等于零序导纳。即零序导 纳值为2;r力。
(3)积分方程法 将微分方程(2)左右两边积分得积分方程(7):
<formula>formula see original document page 9</formula> (7)
用[《先)+ /("1)]7;/2分别代替积分方程组中的积分项和f W ; /("1)和/W为电
流信号的稳态过程内相邻两个采样时刻零序干扰电流的采样值，M(A-l)和"(A)为电压信号
的稳态过程内相邻两个采样时刻零序干扰电压的采样值，)t为采样时刻，7;为采样周期， 且7^=^-对零序干扰电流和零序干扰电压计算所用数据，取各自真正有用的i秒的 采样数据中，零序电流信号和零序电压信号暂态过程后的稳态过程中所对应的采样数据来
进行计算；
将积分方程(7)写成离散形式
任取3个相邻的采样时刻A-1、 it、 A+l对应的零序干扰电压采样值和零序干扰电流釆 样值，得到一个独立方程；
1.先测量零序干扰电压，再测量零序干扰电流，则有以下离散形式
/(A + —) + /(A — 1 + 一) 4 4
r、/2 = C[w(A:)-(8)
这里N为零序干扰电流和零序干扰电压的采样率。为提高测量精度， 一般要求采样率为 80点/周波以上；
(8)式中出现的^相当于卯。的相位差，是由于零序干扰电压和零序干扰电流的测 4
量不是同时进行的，为了将两者的测量数据对应起来，故对零序干扰电流采样时刻加上
^ ;零序干扰电流和零序干扰电压均只取各自有用的稳态时刻的采样数据； 4
方程式(8)的解如下
<formula>formula see original document page 10</formula>
(9)
设取M(1SM〈50)个周波的稳态采样数据进行计算，且采样率为iV点/周波，则采
样数据点共有MX;V个，在这些采样数据中，采样时刻it的取值范围为2S/t〈MxiV-4;
4
在先的取值范围内，取任一个采样时刻A对应的一组采样数据，代入(9)式后，计算出零
序电容ck,再取零序电容ck的平均值<formula>formula see original document page 10</formula>;,则被输电线路的零序电
4
纳为S = 2;j^，f = 50HZ;
零序电导很小，可以忽略不计，因此零序电纳在数值上近似等于零序导纳。
2.或者先测量零序干扰电流，再测量零序干扰电压，则有以下离散形式:
<formula>formula see original document page 11</formula>
(10)
这里N为零序干扰电流和零序干扰电压的采样率。为提高测量精度， 一般要求釆样率为 80点/周以上；
(10)式中出现的！相当于卯°的相位差，是由于零序干扰电压和零序干扰电流的 4
测量不是同时进行的，为了将两者的测量数据对应起来，故对零序干扰电压采样时刻加上
N/4 ;零序干扰电流和零序干扰电压均只取各自有用的稳态时刻的采样数据； 4
方程式(10)的解如下
<formula>formula see original document page 11</formula>
在所采集的有用的1秒钟的零序干扰电压数据和1秒钟的零序干扰电流数据中，取零
序电流信号和零序电压信号暂态过程后的稳态过程中所对应的采样数据进行计算；
设取M(1SM〈50)个周波的稳态采样数据进行计算，且采样率为iV点/周波，则采
样数据点共有MXiV个，在这些采样数据中，釆样时刻A的取值范围为2^"MxW-;;
4
在ifc的取值范围内，取任一个采样时刻A对应的一组釆样数据，代入(11)式后，计算出
MxW-—
零序电容c;，再取零序电容c,的平均值f=-^r一x 2^G;则输电线路的零序
4
电纳为<formula>formula see original document page 11</formula>
零序电导很小，可以忽略不计，因此零序电纳在数值上近似等于零序导纳。
本发明方法的特点是
无霈对输电线路再外加零序电源，而是直接利用互感线路之间的零序互感造成的工频 干扰作为测量用的零序电源，化害为利。
本发明具有以下优点和积极效果
1.传统的测量方法，只能在互感线路组中的所有线路完全停电时才能进行测量，而
本发明方法可在N条互感线路组中的N-l条线路带电运行或至少有一条线路处于带电运行 状态的情况下，来测量互感线路组中的新建线路或停电线路的零序导纳，而不需要将互感 线路组中的所有线路停电，从而减少了停电损失，提高了经济效益和社会效益 2.本发明方法可带电测量互感线路组中新建线路与停电线路的零序导纳；
图1测量零序导纳时，先测量零序干扰电压再测量零序干扰电流时的数据格式示意
图2测量零序导纳时，先测量零序干扰电流再测量零序干扰电压时的数据格式示意图。
具体的实施方式
(1) 先测量输电线路的零序干扰电压，再测量输电线路的零序干扰电流的情形 首先将输电线路末端三相短接但不接地，首端三相短接不接地，从0秒时刻开始，
测量停电线路首端的零序干扰电压，测量时间为1秒；再合上输电线路上首端外接的带辅 助合闸和分闸回路的空气开关，将输电线路首端三相短接接地，测量输电线路首端的零序 干扰电流，测量时间也为l秒测量过程完成后，将采集到的零序干扰电压数据和零序干 扰电流数据以文件的方式存入存储器中；数据保存格式如附图1所示，从图l可以看出， 虽然零序干扰电压和零序干扰电流的数据采集时间均有2秒，但各自真正有用的数据均只 有l秒，在计算零序导纳时，只取各自l秒有用数据中，零序电流信号和零序电压信号暂 态过程后的稳态过程中所对应的采样数据来进行计算。
采用微分法或积分法进行计算时，对稳态过程中采集的M ( 1《M < 50 )个周波的零 序干扰电流采样值和零序干扰电压采样值代入公式(4)或(9)中进行计算，并取平均值 作为零序导纳的最终测量结果。
采用代数法进行计算时，对稳态过程中采集的M (1《M<50)个周波的零序干扰电 流采样值和零序干扰电压采样值，采用傅立叶滤波算法得到每个周波的零序基波干扰电压
幅值f)和相角A，以及零序基波干扰电流幅值/和相角《，再代入公式(1)中，计算得
到该周波的稳态测量数据对应的零序导纳，再取这M个周波的平均值作为线路零序导纳 最终的测量结果。
(2) 先测量输电线路的零序干扰电流，再测量输电线路的零序干扰电压的情形
首先将输电线路末端三相短接不接地，首端三相短接接地，从0秒时刻开始，测量 停电线路首端的零序干扰电流，测量时间为l秒；再断开输电线路上首端外接的带辅助合 闸和分闸回路的空气开关，将输电线路首端三相短接不接地，测量输电线路首端的零序干
扰电压，测量时间也为l秒；当测量过程完成后，将采集到的零序干扰电流数据和零序干 扰电压数据以文件的方式存入存储器中；数据保存格式如附图2所示，从图2可以看出， 虽然零序干扰电压和零序干扰电流的数据采集时间均有2秒，但各自真正有用的数据均只 有l秒，在计算零序导纳时，只取各自l秒有用数据中，零序电流信号和零序电压信号暂 态过程后的稳态过程中所对应的采样数据来进行计算。
采用微分法或积分法进行计算时，对稳态过程中采集的M(1SM〈50)个周波的零 序干扰电流采样值和零序干扰电压采样值代入公式(6)或(11)中进行计算，并取平均 值作为零序导纳的最终测量结果。
采用代数法进行计算时，对稳态过程中采集的M(1SM<50)个周波的零序干扰电 流釆样值和零序干扰电压采样值，采用傅立叶滤波算法来得到每个周波的零序基波干扰电压幅值C)和相角《，，以及零序基波干扰电流幅值/和相角《，再代入公式(1)中，计算得到该周波的稳态测量数据对应的零序导纳，再取这M个周波的平均值作为零序导纳最 终的测量结果。
权利要求
1.一种利用工频干扰源带电测量输电线路零序导纳的方法，包括以下步骤(一)利用互感线路之间的零序互感，作为测量用的零序电源，按下述(1)或(2)获取输电线路上的零序干扰电流数据和零序干扰电压数据(1)先测量输电线路的零序干扰电压，再测量输电线路的零序干扰电流首先将输电线路末端三相短接但不接地，首端三相短接不接地，测量输电线路首端的零序干扰电压，测量时间为1秒；再合上输电线路上首端外接的带辅助合闸和分闸线圈的空气开关，将输电线路首端三相短接接地，测量输电线路首端的零序干扰电流，测量时间也为1秒；测量过程完成后，将采集到的零序干扰电压数据和零序干扰电流数据以文件的方式存入存储器中；(2)先测量输电线路的零序干扰电流，再测量输电线路的零序干扰电压首先将输电线路末端三相短接不接地，首端三相短接接地，测量输电线路首端的零序干扰电流，测量时间为1秒；再断开输电线路上首端外接的带辅助合闸和分闸线圈的空气开关，将输电线路首端三相短接不接地，测量输电线路首端的零序干扰电压，测量时间也为1秒；当测量过程完成后，将采集到的零序干扰电流数据和零序干扰电压数据以文件的方式存入存储器中；(二)在得到输电线路上的零序干扰电流数据和零序干扰电压数据后，采用下述代数方程法、微分方程法或积分方程法来计算被测线路的零序导纳(1)、代数方程法零序导纳计算公式 上式中，Y为输电线路的零序导纳； 为输电线路上的零序基波干扰电流相量， 为输电线路上的零序基波干扰电压相量； 为零序导纳的模值，θI，为零序基波干扰电流相角，θU为零序基波干扰电压相角；(2)微分方程法 a.对于先测量零序干扰电压，再测量零序干扰电流的情形零序电容的计算公式为(B1)中，N为零序干扰电流和零序干扰电压的采样率；k为采样时刻，TS为采样周期； 在所采集的1秒钟的零序干扰电压数据和1秒钟的零序干扰电流数据中，取零序电流信号和零序电压信号暂态过程后的稳态过程中所对应的采样数据进行计算； 设取M(1≤M<50)个周波的稳态采样数据进行计算，且采样率为N点/周波，则采样数据点共有M×N个，在这些采样数据中，采样时刻k的取值范围为 在k的取值范围内，取任一个采样时刻k对应的一组采样数据，代入(B1)式后，计算出零序电容Ck，再取零序电容Ck的平均值 ；则输电线路的零序导纳为2πfC，f＝50Hz；b.对于先测量零序干扰电流，再测量零序干扰电压的情形零序电容的计算公式为(B2)中，N为零序干扰电流和零序干扰电压的采样率；k为采样时刻，TS为采样周期； 在所采集的1秒钟的零序干扰电压数据和1秒钟的零序干扰电流数据中，取零序电流信号和零序电压信号暂态过程后的稳态过程中所对应的采样数据进行计算； 设取M(1≤M<50)个周波的稳态采样数据进行计算，且采样率为N点/周波，则采样数据点共有M×N个， 在这些采样数据中，采样时刻k的取值范围为 ；在k的取值范围内，取任一个采样时刻k对应的一组采样数据，代入(B2)式后，计算出零序电容Ck，再取零序电容Ck的平均值 ；则输电线路的零序导纳为2πfC，f＝50Hz。(3)积分方程法a.对于先测量零序干扰电压，再测量零序干扰电流的情形零序电容的计算公式为(C1)中，N为零序干扰电流和零序干扰电压的采样率；k为采样时刻，TS为采样周期； 在所采集的1秒钟的零序干扰电压数据和1秒钟的零序干扰电流数据中，取零序电流信号和零序电压信号暂态过程后的稳态过程中所对应的采样数据进行计算； 设取M(1≤M<50)个周波的稳态采样数据进行计算，且采样率为N点/周波，则采样数据点共有M×N个，在这些采样数据中，采样时刻k的取值范围为 在k的取值范围内，取任一个采样时刻k对应的一组采样数据，代入(C1)式后，计算出零序电容Ck，再取零序电容Ck的平均值 ；则输电线路的零序导纳为2πfC，f＝50Hz；b.对于先测量零序干扰电流，再测量零序干扰电压的情形零序电容的计算公式为(C2)中，N为零序干扰电流和零序干扰电压的采样率；k为采样时刻，TS为采样周期； 在所采集的1秒钟的零序干扰电压数据和1秒钟的零序干扰电流数据中，取零序电流信号和零序电压信号暂态过程后的稳态过程中所对应的采样数据进行计算； 设取M(1≤M<50)个周波的稳态采样数据进行计算，且采样率为N点/周波，则采样数据点共有M×N个，在这些采样数据中，采样时刻k的取值范围为 在k的取值范围内，取任一个采样时刻k对应的一组采样数据，代入(C2)式后，计算出零序电容Ck，再取零序电容Ck的平均值 ；则输电线路的零序导纳为2πfC，f＝50Hz。
全文摘要
一种利用工频干扰源带电测量输电线路零序导纳的方法，对于互感线路组中的未投运的新建线路或某一条停电线路，在测量其零序导纳时，不需要对新建线路或停电线路再外加测量用的零序电源，而是直接利用互感线路之间的零序互感造成的工频干扰，作为测量用的零序电源；先测量新建线路或停电线路上的零序干扰电压，再测量新建线路或停电线路上的零序干扰电流；或者先测量零序干扰电流，再测量零序干扰电压；在得到新建线路或停电线路上的零序干扰电压和零序干扰电流数据后，再利用代数方程法、微分方程法或者积分方程法，来计算得到新建线路或停电线路的零序导纳。
文档编号G01R27/02GK101363880SQ200810048680
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月1日 优先权日2008年8月1日
发明者张承学, 胡志坚 申请人:武汉大学