徐勇 管俊 楊子雷

摘要：針對傳統(tǒng)輸電線路參數(shù)測量方法測量精度低、風(fēng)險性高等問題，本研究基于物聯(lián)感知的線路參數(shù)測試系統(tǒng)。首先，研究分析了儀表法、數(shù)字法等傳統(tǒng)輸電線路參數(shù)測量方法的優(yōu)勢與不足;然后，提出構(gòu)建基于異頻測量與物聯(lián)感知的線路參數(shù)測試系統(tǒng)，并重點就異頻測量的物聯(lián)感知框架、標(biāo)識化安全驗證和一鍵化驗證實現(xiàn)等進(jìn)行分析;最后，通過搭建系統(tǒng)與實際測量進(jìn)行對比。結(jié)果表明，本研究提出的基于物聯(lián)感知的線路參數(shù)測試系統(tǒng)可高效、準(zhǔn)確測量正序阻抗、零序阻抗、正序電容、零序電容各參數(shù)，與實際測量結(jié)果相差較小，具有操作簡單、風(fēng)險性低等特點。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)感知;輸電線路;參數(shù)測量;異頻測量法

中圖分類號：TP274;TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）02-0154-05

隨著電力普及，電力系統(tǒng)變得更加龐大和復(fù)雜。輸電線路作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，精確的線路參數(shù)可保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。然而由于輸電線路包括正序阻抗、零序阻抗、直流電阻、正序電容、零序電容等參數(shù)眾多，且其測量過程和計算過程相對復(fù)雜，因此很難準(zhǔn)確進(jìn)行測量。輸電線路參數(shù)的不準(zhǔn)確會影響電力系統(tǒng)短路電流計算結(jié)果，進(jìn)而引起繼電保護誤動作，甚至引起整個電力系統(tǒng)破裂，最終導(dǎo)致電力系統(tǒng)不能可靠、安全運行。因此，準(zhǔn)確測量輸電線路參數(shù)，保證線路參數(shù)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性十分必要。目前，輸電線路參數(shù)測量方法主要包括兩類方法，①分別是通過計算公式得到，如劉安迪、李妍、謝偉等（2020）基于多源數(shù)據(jù)多時間斷面，通過異頻測量法對配電網(wǎng)線路參數(shù)進(jìn)行測量;②通過現(xiàn)場實際測量得到，如吳梓亮、李一泉、陳橋平等（2020）采用數(shù)字法，基于正序阻抗完成了輸電線路接地距離保護參數(shù)的測量與整定方嘲。雖然上述方法可測量得到輸電線路參數(shù)，但總體來說，其測量精度較低、操作難度較大、風(fēng)險性高?；诖?，本研究結(jié)合物聯(lián)感知與異頻測量方法，提出基于物聯(lián)感知的線路參數(shù)測試系統(tǒng)，用于測量輸電線路參數(shù)。

1傳統(tǒng)輸電線路參數(shù)的測量方法

1.1儀表法

儀表法是最早輸電線路參數(shù)測量的方法之一，通過在被測輸電線路上施加電源，采用電流表、頻率表等儀表，人工讀取儀表刻度值，然后經(jīng)過計算即可獲得輸電線路各參數(shù)值。實際輸電線路參數(shù)測量中，由于該方法接線復(fù)雜，人工讀數(shù)存在一定誤差和時延，且后期計算量較大，因此存在較大的誤差。此外，由于工頻電壓對輸電線路互感阻抗和零序線路參數(shù)的測量結(jié)果影響較大，故儀表法不適用于現(xiàn)代輸電線路參數(shù)測量。

1.2數(shù)字法

數(shù)字法是在儀表法基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的一種輸電線路測量方法，避免了人工讀數(shù)和計算的輸電線路參數(shù)，進(jìn)而提高了測量的準(zhǔn)確率。測量過程中，數(shù)字法通過單片機集成電路，獲取各儀表刻度值并進(jìn)行計算，進(jìn)而獲取輸電線路各參數(shù)。因此，相較于儀表法，數(shù)字法具有更高的測量精度。但由于數(shù)字法的電源同樣為高壓工頻電源，因此其互感阻抗和零序線路參數(shù)的測量精度仍達(dá)不到理想效果。

1.3在線測量法

在線測量法是近年來學(xué)者重點研究的一種輸電線路參數(shù)測量方法，通過測量輸電線路兩端電壓和電流相量，利用傳輸線方程直接求解輸電線路特性阻抗和傳播常數(shù)，最后通過上位機計算獲得輸電線路參數(shù)。在線測量法雖盡量避免了因儀表、人工運算等帶來的測量誤差，最大可能提高了測量精度，但受技術(shù)限制，該方法暫不適用于全方位的實際輸電線路參數(shù)測量。因此，目前的輸電線路參數(shù)測量方法還應(yīng)以實地測量為主。

2異頻測量基本原理

異頻測量是一種實地測量輸電線路參數(shù)方法。測量過程中，測量人員通過測試儀對輸電線路首端施加電源，并將輸電線路末端懸空或接地，然后利用測試儀采集測試過程中電氣量，通過計算即可得出相應(yīng)的輸電線路工頻參數(shù)。

采用異頻測量方法測量正序電容、零序電容時，線路末端三相開路，如圖3、4所示。正序電容計算方法如式（11），零序電容計算方法如式（12）、（13）。

異頻測量法測試輸電線路參數(shù)過程中，由于輸電線路末端需根據(jù)不同實驗項目進(jìn)行懸空或接地操作，增加了測試人員觸電風(fēng)險，加之整個測量線路跨度較長，操作難度大，故不適用于大范圍的輸電線路參數(shù)測量。為降低輸電線路參數(shù)測量風(fēng)險性和操作難度，本研究提出一種基于物聯(lián)感知的異頻輸電線路參數(shù)測量。

3物聯(lián)感知的異頻測量

3.1物聯(lián)感知異頻測量系統(tǒng)框架

基于物聯(lián)感知的輸電線路測試儀包括兩個部分，線路首端測試儀部分和線路末端接地裝置部分，如圖5所示。由于本研究測試儀是基于阿里云進(jìn)行開發(fā)，故系統(tǒng)通過阿里云上進(jìn)行動作指令和采樣數(shù)據(jù)及開關(guān)狀態(tài)的上傳。

基于物聯(lián)感知異頻測量系統(tǒng)中，云支持用戶可通過覆蓋的4G網(wǎng)絡(luò)，在任意地理位置利用終端獲取相關(guān)服務(wù)，解決了輸電線路首末兩端信息交互困難的問題。此外，通過4G網(wǎng)絡(luò)，還可實現(xiàn)測試儀和接地裝置與阿里云的直接交互。系統(tǒng)中，線路參數(shù)測量的應(yīng)用程序均部署于阿里云，授權(quán)用戶通過電腦客戶端或手機APP訪問應(yīng)用程序，即可實現(xiàn)測量輸電線路參數(shù)。應(yīng)用程序運行方式首先是根據(jù)當(dāng)前輸電線路參數(shù)測試項，下發(fā)相關(guān)指令到接地裝置，接地裝置在接收到指令后，執(zhí)行指令;然后應(yīng)用程序通過感知末端接地狀態(tài)，利用測試儀根據(jù)測試項施加激勵，進(jìn)行測量;最后，通過測試儀測量得到的所需電氣量進(jìn)行運算，獲得輸電線路參數(shù)。

考慮到輸電線路中均為千伏數(shù)量級的感應(yīng)電壓，故為降低末端線路采用人工方式進(jìn)行接地或懸空操作的風(fēng)險性，本研究利用切換開關(guān)替代人工進(jìn)行接地裝置的懸空或接地操作嘲。

3.2標(biāo)識化驗證

標(biāo)識化檢驗是為保障整個輸電線路參數(shù)測量過程安全性，通過對測試儀以及阿里云上應(yīng)用程序進(jìn)行驗證的一種方法。基于物聯(lián)感知的輸電線路參數(shù)測量標(biāo)識化驗證首先是建立測試儀接地裝置通信，如圖6所示;然后通過應(yīng)用程序下發(fā)命令詢問測試儀接地裝置標(biāo)識，如圖7所示;最后在進(jìn)行輸電線路參數(shù)測量時，對比測試儀接地裝置接收到的信息與阿里云平臺的通信幀中含有對應(yīng)標(biāo)識，如圖8所示。若應(yīng)用程序標(biāo)識和測試儀就地裝置標(biāo)識與本地存儲一致，則響應(yīng)該信息，反之則不響應(yīng)該信息。

3.3一鍵化測試

基于物聯(lián)感知的輸電線路參數(shù)測量中，由于進(jìn)行正序阻抗和零序阻抗等參數(shù)測量時，測量項目及其測量步驟相對固定，因此為簡化測量項目，研究將每個測量項目組成一個順序模塊，實現(xiàn)自動化的一鍵操作，具體流程如圖9所示。同時為方便管理，研究將測試項目順序模塊存儲于阿里云平臺，在完成一次配置驗證后，可在不同工程現(xiàn)場重復(fù)使用。測量過程中，每個步驟都需要經(jīng)過反復(fù)驗證與反饋，且必須保證通信中由返回報文，狀態(tài)和模擬量等與預(yù)期相同才可進(jìn)行下一步操作，否則中止測試。若測試中止，測試儀、就地裝置、阿里云端應(yīng)用程序三端報警，且測試儀停止輸出。

4測試結(jié)果及驗證

4.1系統(tǒng)功能性驗證

為檢驗基于物聯(lián)感知的輸電線路參數(shù)測試系統(tǒng)功能，研究通過檢驗人體靠近測量系統(tǒng)是否會引起系統(tǒng)報警進(jìn)行了驗證。如圖10、11所示，當(dāng)人體靠近該測量系統(tǒng)，系統(tǒng)會提示報警，感應(yīng)電壓測量及末端接地狀態(tài)同樣會進(jìn)行提示。由此說明，本研究提出的基于物聯(lián)感知的輸電線路參數(shù)測試系統(tǒng)風(fēng)險性低、安全系數(shù)高。

4.2系統(tǒng)實際應(yīng)用驗證

為檢驗基于物聯(lián)感知的異頻測量法在實際中的應(yīng)用，本研究通過Ds-2008型線路工頻參數(shù)異頻測試系統(tǒng)，對實際6條220kv輸電線路參數(shù)進(jìn)行測量。6條測試輸電線路概況及實驗條件如表2所示。

1）輸電線路正序阻抗測量項目。測量方法：將輸電線路末端三相短路，對線路首端施加變頻電源，采用40Hz和60Hz的輸出頻率點，然后加壓兩次，分別采集40Hz和60Hz的實驗數(shù)據(jù)，即可得到輸電線路的正序阻抗、正序電抗、正序電阻等參數(shù)值，如表3所示。

2）輸電線路零序阻抗測量項目。測量方法：將輸電線路末端三相短路接地，對三相短路的線路首端施加單相電壓，采用40Hz和60Hz輸出頻率點的變頻電源，然后加壓兩次，分別采集40Hz和60Hz的實驗數(shù)據(jù)，即可得到輸電線路的零序阻抗、零序電抗、零序電阻等參數(shù)值，如表4所示。

4.3系統(tǒng)測量結(jié)果對比

為驗證上述測量方案，本研究采用基于物聯(lián)感知的測試儀，利用13.312負(fù)載箱，3個0.414uF電容搭建模擬電纜，進(jìn)行了正序阻抗、直流電阻和正序電容測量。測量結(jié)果與實際結(jié)果對比如表6所示。由表可知，基于物聯(lián)感知的輸電線路參數(shù)測試系統(tǒng)可準(zhǔn)確測量直流電阻，其測量結(jié)果與實際值誤差僅為0.004%;正序阻抗和正序電容測量值與實際值誤差小于O.8%，在預(yù)計誤差范圍內(nèi)。由此說明，基于物聯(lián)感知的輸電線路參數(shù)測試系統(tǒng)可有效、準(zhǔn)確測量輸電線路各參數(shù)。

5結(jié)語

通過上述測試結(jié)果可知，本研究提出的基于物聯(lián)感知的輸電線路參數(shù)測試系統(tǒng)可高效、準(zhǔn)確測量線路參數(shù)，滿足線路參數(shù)測量精度要求，在整個測量過程中，該系統(tǒng)測量所需時間較短，極大提高了工作效率。此外，該系統(tǒng)可自動檢測到人體靠近，減少了檢測人員進(jìn)行線路參數(shù)測量時的觸電風(fēng)險，提高了作業(yè)的安全性。