專利名稱：一種利用工頻干擾源帶電測(cè)量互感線路零序阻抗參數(shù)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)輸電線路參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種帶電測(cè)量互感線路零序阻抗參數(shù)的方法及裝置。

背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的發(fā)展，發(fā)電廠(變電站)出線增多，互感線路越來(lái)越多。
含互感線路的零序阻抗會(huì)影響到線路故障狀態(tài)，特別是影響零序電流的大小，對(duì)零序電流保護(hù)的影響極大；由于互感線路的零序阻抗受到很多因素的影響，線路走向、零序電流流經(jīng)區(qū)域的接地電阻率等；理論計(jì)算值無(wú)法滿足繼電保護(hù)整定值計(jì)算的精度要求，如采用計(jì)算值作為整定計(jì)算的依據(jù)，會(huì)使保護(hù)在系統(tǒng)故障時(shí)產(chǎn)生拒動(dòng)或誤動(dòng)，這直接威脅到系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行；因此，在中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，《220kV-500kV電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行規(guī)程(DL/T559-94，1995-05-01實(shí)施)》中關(guān)于繼電保護(hù)整定的規(guī)定指出架空線路和電纜的零序阻抗、其它對(duì)繼電保護(hù)影響較大的參數(shù)應(yīng)使用實(shí)測(cè)值。
傳統(tǒng)的確定輸電線路零序參數(shù)的方法有公式計(jì)算法和停電測(cè)量法；由于計(jì)算公式中涉及到大地電阻率等不確切參數(shù)，因此公式計(jì)算結(jié)果是不準(zhǔn)確的。
用停電測(cè)量法測(cè)量互感線路零序阻抗參數(shù)的方法要求被測(cè)線路停電；而要對(duì)互感線路完全停電進(jìn)行測(cè)量經(jīng)常是不可能的；另外，按傳統(tǒng)的停電方式測(cè)量，在較廣的地域，其設(shè)備量、工作量大到無(wú)法承受，測(cè)量的同時(shí)性也不可能保證；因此，尋求一種互感線路零序阻抗參數(shù)帶電測(cè)量方法，開發(fā)相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)，是電力系統(tǒng)運(yùn)行部門所急需的，不僅具有重要的理論價(jià)值，而且具有很大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有停電測(cè)量法測(cè)量互感線路零序阻抗參數(shù)的不足，提出了一種利用工頻干擾源帶電測(cè)量互感線路零序阻抗參數(shù)的方法，并根據(jù)該方法研制了基于GPS的互感線路零序阻抗參數(shù)帶電測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)互感線路帶電運(yùn)行時(shí)零序阻抗參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種互感線路零序阻抗參數(shù)帶電測(cè)量方法，包括以下步驟 (一)通過(guò)下述帶電測(cè)量時(shí)互感線路的運(yùn)行方式來(lái)得到供帶電測(cè)量用的零序電壓和零序電流 依次將互感線路組中的某一線路停電，測(cè)量停電線路上由于其它運(yùn)行線路與該停電線路之間的互感而造成的工頻干擾電壓或稱為零序感應(yīng)電壓，方法是將停電線路的一端三相短接接地，另一端三相短接后進(jìn)行工頻感應(yīng)電壓測(cè)量；同時(shí)測(cè)量其它運(yùn)行線路上的零序電流和運(yùn)行線路兩端的零序電壓； (二)利用GPS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)互感線路的電壓信號(hào)和電流信號(hào)的同步采樣，獲取互感線路的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù) 利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的授時(shí)功能獲得誤差小于1μs的時(shí)間基準(zhǔn)，在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)時(shí)間同步下，同時(shí)采集互感線路中停電線路上的零序感應(yīng)電壓瞬時(shí)值和運(yùn)行線路上的零序電流瞬時(shí)值以及各運(yùn)行線路兩端的零序電壓瞬時(shí)值，并以文件的方式存入采集裝置中； (三)在測(cè)量完成后，利用調(diào)制解調(diào)器或以太網(wǎng)絡(luò)將各測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯總到中心計(jì)算機(jī)中； (四)中心計(jì)算機(jī)在得到各線路上的零序電流瞬時(shí)值和各線路兩端的零序電壓瞬時(shí)值采樣數(shù)據(jù)后，通過(guò)計(jì)算得到互感線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值、零序電流向量值和零序電壓壓降向量值；采用下述代數(shù)方程法、微分方程法或積分方程法來(lái)計(jì)算互感線路的零序阻抗參數(shù) (1)、代數(shù)方程法 列寫出n條互感線路的代數(shù)方程組如下 (1-1)式中，n為互感線路組中互感線路的條數(shù)，Zii為第i條線路的零序自阻抗，i＝1，2，…，n；Zij為第i條線路與第j條線路之間的零序互阻抗，i，j＝1，2，…，n，i≠j；

為第i條線路的零序電流向量值，

和

分別為第i條線路的首末兩端的零序電壓向量值，為第i條線路的上的零序電壓壓降向量值；ki為系數(shù)，當(dāng)線路i停電，測(cè)量其感應(yīng)電壓時(shí)，ki＝0，否則，ki＝1，i＝1，2，…，n； 對(duì)步驟(二)采集的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓瞬時(shí)值，通過(guò)計(jì)算得到互感線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值，再采用傅立葉濾波算法來(lái)得到相應(yīng)的零序電流向量值和零序電壓壓降向量值 依次將n條互感線路中的某一線路停電，測(cè)量停電線路上的零序感應(yīng)電壓瞬時(shí)值，同時(shí)測(cè)量其它運(yùn)行線路上的零序電流瞬時(shí)值和運(yùn)行線路兩端的零序電壓瞬時(shí)值，并經(jīng)過(guò)計(jì)算得到零序電流向量值和零序電壓壓降向量值；因此得到n個(gè)代數(shù)方程組； 根據(jù)第一條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第一個(gè)代數(shù)方程組如下 (1-2)式中，各零序電流向量和零序電壓壓降向量的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)； 方程組(1-2)有n個(gè)方程和n個(gè)未知數(shù)Z11，Z12，…，Z1n，方程組有唯一解如下 根據(jù)第二條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第二個(gè)代數(shù)方程組如下 (1-3)式中，各零序電流向量和零序電壓壓降向量的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)； 方程組(1-3)有n個(gè)方程和n個(gè)未知數(shù)Z12，Z22，…，Z2n，方程組有唯一解如下 同樣地，對(duì)第n條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第n個(gè)代數(shù)方程組如下 (1-4)式中，各零序電流向量和零序電壓壓降向量的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)； 方程組(1-4)有n個(gè)方程和n個(gè)未知數(shù)Z1n，Z2n，…，Znn，方程組有唯一解如下 (2)微分方程法 列寫出n條互感線路的微分方程組如下 (2-1)式中，n為互感線路組中互感線路的條數(shù)，Rii為第i條線路的零序自電阻，Lii為第i條線路的零序自電感，i＝1，2，…，n；Rij為第i條線路與第j條線路之間的零序互電阻，Lij為第i條線路與第j條線路之間的零序互電感，i，j＝1，2，…，n，i≠j；ii為第i條線路的零序電流瞬時(shí)值，ui′和ui″分別第i條線路首末兩端的零序電壓瞬時(shí)值；ui＝ui′-ui″為第i條線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值；ki為系數(shù)，當(dāng)線路i停電，測(cè)量其感應(yīng)電壓時(shí)，ki＝0，否則，ki＝1，i＝1，2，…，n； 用[ii(k+1)-ii(k-1)]/(2Ts)代替微分方程組中的導(dǎo)數(shù)項(xiàng)dii/dt；ii(k-1)和ii(k)為相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻零序電流瞬時(shí)值，ui(k-1)和ui(k)為相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻零序電壓壓降瞬時(shí)值，i＝1，2，…，n，k為采樣點(diǎn)，TS為采樣周期；n為互感線路的線路條數(shù)，以下同； 將微分方程組(2-1)寫成離散形式 依次將n條互感線路中的某一線路停電，測(cè)量停電線路上的零序感應(yīng)電壓瞬時(shí)值，同時(shí)測(cè)量其它運(yùn)行線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到n個(gè)微分方程組； 根據(jù)第一條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第一個(gè)微分方程組如下 (2-3)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)； 任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+1對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+1、k+2對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣得到2n個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(2-3)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R11，L11，R12，L12，…，R1n，L1n，方程組有唯一解如下 對(duì)第二條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第二個(gè)微分方程組如下 (2-4)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)； 任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+1對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+1、k+2對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣得到2n個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(2-4)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R12，L12，R22，L22，…，R2n，L2n，方程組有唯一解如下 同樣地，對(duì)第n條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第n個(gè)微分方程組如下 (2-5)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)； 任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+l對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+l、k+2對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣得到2門個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(2-5)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R1n，L1n，R2n，L2n，…，Rnn，Lnn，方程組有唯一解如下 (3)積分方程法 將微分方程組(2-1)左右兩邊積分得積分方程組(3-1) (3-1)式中，Rii為第i條線路的零序自電阻，Lii為第i條線路的零序自電感，i＝1，2，…，n；Rij為第i條線路與第j條線路之間的零序互電阻，Lij為第i條線路與第j條線路之間的零序互電感，i，j＝1，2，…，n，i≠j；ii為第i條線路的零序電流瞬時(shí)值，ui′和ui″分別第i條線路首末兩端的零序電壓瞬時(shí)值；ui＝ui′-ui″為第i條線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值；ki為系數(shù)，當(dāng)線路i停電，測(cè)量其感應(yīng)電壓時(shí)，ki＝0，否則，ki＝1，i＝1，2，…，n；t1，t2為積分上下限，且TS＝t2-t1，TS為采樣周期，n為互感線路的條數(shù)。
用[ui(k)+ui(k-1)]Ts/2和[ii(k)+ii(k-1)]Ts/2分別代替積分方程組中的積分項(xiàng)∫t1t2uidt和∫t1t2iidt；ii(k-1)和ii(k)為相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻零序電流瞬時(shí)值，ui(k-1)和ui(k)為相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻零序電壓壓降瞬時(shí)值，i＝1，2，…，n； 將積分方程組(3-1)寫成離散形式 依次將n條互感線路中的某一線路停電，測(cè)量停電線路上的零序感應(yīng)電壓瞬時(shí)值，同時(shí)測(cè)量其它運(yùn)行線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到n個(gè)積分方程組； 根據(jù)第一條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第一個(gè)積分方程組如下 (3-2)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)； 任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+1對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+1、k+2對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣得到2n個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(3-2)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R11，L11，R12，L12，…，R1n，L1n，方程組有唯一解如下 根據(jù)第二條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第二個(gè)積分方程組如下 (3-3)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)； 任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+1對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+1、K+2對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣得到2n個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(3-3)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R12，L12，R22，L22，…，R2n，L2n，方程組有唯一解如下 同樣地，根據(jù)第n條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第n個(gè)積分方程組如下 (3-4)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)； 任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+1對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+1、k+2對(duì)應(yīng)的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣得到2n個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(3-4)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R1n，L1n，R2n，L2n，…，Rnn，Lnn，方程組有唯一解如下 本發(fā)明還提供一種利用工頻干擾源帶電測(cè)量互感線路零序阻抗參數(shù)的裝置由GPS天線與OEM板、信號(hào)輸入接線端子、信號(hào)變送器、嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡、開出量卡、繼電器組、繼電器輸出接口、嵌入式PC卡、電源卡、電源信號(hào)總線底板，液晶顯示器、硬盤、鍵盤、鼠標(biāo)和機(jī)箱構(gòu)成；輸電線路電壓互感器的電壓信號(hào)和電流互感器的電流信號(hào)分別經(jīng)信號(hào)輸入接線端子、信號(hào)變送器接入到嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡，GPS天線與OEM板的輸出PPS信號(hào)與嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡的DSP中斷輸入聯(lián)接；GPS天線與OEM板的輸出GPS串行時(shí)間信號(hào)輸入到嵌入式PC卡上的串行口中；DSP同步數(shù)據(jù)采集卡的采集的數(shù)據(jù)經(jīng)雙口RAM與嵌入式PC卡聯(lián)接；硬盤與嵌入式PC卡聯(lián)接，用于存放采樣數(shù)據(jù)；鍵盤和鼠標(biāo)與嵌入式PC卡聯(lián)接，用于輸入文字、字符和數(shù)字等信息；嵌入式PC卡發(fā)出的線路跳閘和合閘命令經(jīng)開出量卡、繼電器組中的一個(gè)繼電器輸出接口與輸電線路的斷路器聯(lián)接；嵌入式PC卡與開出量卡和繼電器組中的其余繼電器連接；用于切換信號(hào)變送器輸入信號(hào)的檔位大??；電源卡為裝置提供工作電源；電源信號(hào)總線底板為嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡、開出量卡、嵌入式PC卡提供電源和信號(hào)的連接通道；液晶顯示器與嵌入式PC卡的視頻信號(hào)接口連接，用于顯示圖形文字等輸出內(nèi)容；硬盤中的數(shù)據(jù)由嵌入式PC卡經(jīng)以太網(wǎng)或調(diào)制解調(diào)器與計(jì)算機(jī)聯(lián)接送至中心計(jì)算機(jī)中供互感線路零序參數(shù)帶電測(cè)量計(jì)算軟件使用；機(jī)箱起固定各測(cè)量部件和屏蔽外界干擾的作用。
本發(fā)明方法的特點(diǎn)是 (1).本發(fā)明方法只需要依次將帶電運(yùn)行的互感線路組中的某一線路停電，而不需要在停電線路上再外加零序電源，即不需要對(duì)被測(cè)互感線路注入零序電流； (2).本發(fā)明方法可同時(shí)測(cè)量出互感線路的零序自阻抗和零序互阻抗。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果 1.傳統(tǒng)的測(cè)量方法，只能在互感線路完全停電時(shí)才能進(jìn)行測(cè)量，而本發(fā)明方法可在互感線路帶電運(yùn)行的情況下，測(cè)量互感線路的零序阻抗參數(shù)，從而減少了停電損失，提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益； 2.本測(cè)量利用GPS技術(shù)解決了異地信號(hào)測(cè)量的同時(shí)性問(wèn)題； 3.本發(fā)明方法可同時(shí)測(cè)量出互感線路的零序自阻抗和零序互阻抗； 4.采用最小二乘方法，解決了測(cè)量中出現(xiàn)的超定方程問(wèn)題； 5.本發(fā)明方法采用傅立葉濾波算法，提高了測(cè)量精度； 6.本發(fā)明裝置采用嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)精巧，并同時(shí)具有虛擬儀器的功能； 7.本發(fā)明裝置輸入信號(hào)的檔位是用軟件來(lái)進(jìn)行自動(dòng)切換，使用更為方便。



圖1是用向量符號(hào)表示的互感線路示意圖； 圖2是用標(biāo)量符號(hào)表示的互感線路示意圖； 圖3是本發(fā)明帶電測(cè)量裝置組成原理圖； 圖4是帶電測(cè)量過(guò)程原理圖。

具體實(shí)施例方式 1.零序電壓向量和零序電流向量的獲取與計(jì)算 如附圖1所示，Zii為第i條線路的零序自阻抗，i＝1，2，…，n；Zij為第i條線路與第j條線路之間的零序互阻抗，i，j＝1，2，…，n，i≠j；

為第i條線路的零序電流向量值，

和

分別為第i條線路的首末兩端的零序電壓向量值；

為第i條線路上的零序電壓壓降向量值； 各線路和支路兩端的零序電壓瞬時(shí)值可以通過(guò)先采集每條線路端點(diǎn)處的三相電壓瞬時(shí)值，再將采集的三相電壓瞬時(shí)值相加后除以3得到；也可直接采集各線路二次側(cè)母線或線路電壓互感器(PT)的開口三角的零序電壓瞬時(shí)值(3U0)來(lái)得到； 零序電流瞬時(shí)值可以通過(guò)先采集每條線路上的三相電流瞬時(shí)值，再將采集的三相電流瞬時(shí)值相加后除以3得到；也可直接采集各線路二次側(cè)零序回路(計(jì)量或保護(hù)回路)中的零序電流瞬時(shí)值(3I0)來(lái)得到； 對(duì)同步采集裝置采集的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓瞬時(shí)值，采用傅立葉濾波算法來(lái)得到相應(yīng)的零序電流向量值

和零序電壓向量值
2.零序電壓瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值的獲取 如附圖2所示，Rii為第i條線路的零序自電阻，Lii為第i條線路的零序自電感，i＝1，2，…，n；Rij為第i條線路與第j條線路之間的零序互電阻，Lij為第i條線路與第j條線路之間的零序互電感，i，j＝1，2，…，n，i≠j；ii為第i條線路的零序電流瞬時(shí)值，ui′和ui″分別第i條線路首末兩端的零序電壓瞬時(shí)值，ui＝ui′-ui″為第i條線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值；ω＝2πf，f＝50Hz； 零序電壓瞬時(shí)值u1′，u2′，…un′，u1″，u2″，…，un″，可以通過(guò)采集每條線路端點(diǎn)處的三相電壓瞬時(shí)值，再將三相電壓瞬時(shí)值相加后除以3得到；也可直接采集各線路二次側(cè)母線或線路電壓互感器(PT)開口三角的零序電壓瞬時(shí)值(3U0)來(lái)得到； 零序電流瞬時(shí)值i1，i2，…in可以通過(guò)先采集每條線路上的三相電流瞬時(shí)值，再將三相電流瞬時(shí)值相加后除以3得到；也可直接采集各線路二次側(cè)零序回路(計(jì)量或保護(hù)回路)中的零序電流瞬時(shí)值(3I0)來(lái)得到。
3.帶電測(cè)量系統(tǒng)的組成 如附圖3所示(圖3中TV表示電壓互感器，TA表示電流互感器)，本發(fā)明所提出的測(cè)量裝置由GPS天線與OEM板、信號(hào)輸入接線端子、信號(hào)變送器、嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡、開出量卡、繼電器組，繼電器輸出接口、嵌入式PC卡、電源卡、電源信號(hào)總線底板、液晶顯示器、硬盤、鍵盤、鼠標(biāo)和機(jī)箱構(gòu)成；輸電線路電壓互感器的電壓信號(hào)和電流互感器的電流信號(hào)分別經(jīng)信號(hào)輸入接線端子、信號(hào)變送器接入到嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡，GPS天線與OEM板的輸出PPS信號(hào)與嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡的DSP中斷輸入聯(lián)接；GPS天線與OEM板的輸出GPS串行時(shí)間信號(hào)輸入到嵌入式PC卡上的串行口中；DSP同步數(shù)據(jù)采集卡的采集的數(shù)據(jù)經(jīng)雙口RAM與嵌入式PC卡聯(lián)接；硬盤與嵌入式PC卡聯(lián)接，用于存放采樣數(shù)據(jù)；鍵盤和鼠標(biāo)與嵌入式PC卡聯(lián)接，用于輸入文字、字符和數(shù)字等信息；嵌入式PC卡發(fā)出的線路跳閘和合閘命令經(jīng)繼電器輸出接口與輸電線路的斷路器聯(lián)接；嵌入式PC卡與開出量卡和繼電器組連接，用于切換信號(hào)變送器輸入信號(hào)的檔位大小；電源卡為裝置提供工作電源；電源信號(hào)總線底板為嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡、開出量卡、嵌入式PC卡提供電源和信號(hào)的連接通道；液晶顯示器與嵌入式PC卡的視頻信號(hào)接口連接，用于顯示圖形文字等輸出內(nèi)容；硬盤中的數(shù)據(jù)由嵌入式PC卡經(jīng)以太網(wǎng)或調(diào)制解調(diào)器與計(jì)算機(jī)聯(lián)接送至中心計(jì)算機(jī)中供互感線路零序參數(shù)帶電測(cè)量計(jì)算軟件使用；機(jī)箱取固定各測(cè)量部件和屏蔽外界干擾的作用； 測(cè)量信號(hào)的采集與獲取過(guò)程如下 1.測(cè)量信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離變換與模擬濾波環(huán)節(jié)后，經(jīng)A/D變換后，由嵌入式DSP數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行處理； 2.測(cè)量的統(tǒng)一啟動(dòng)時(shí)間(整定時(shí)間)由各測(cè)量點(diǎn)的工作人員利用互感測(cè)量計(jì)算軟件送入嵌入式PC卡中，當(dāng)嵌入式PC卡接收到的GPS時(shí)間(導(dǎo)航信息)與整定時(shí)間一致時(shí)，同時(shí)各測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量系統(tǒng)在整定時(shí)間到來(lái)的情況下開始進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采樣，同時(shí)采集2秒鐘的數(shù)據(jù)； 3.嵌入式PC卡每秒中從串口讀取GPS的時(shí)間信息，在GPS接收機(jī)發(fā)出的PPS信號(hào)的同步下控制A/D轉(zhuǎn)換，并將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)打上GPS時(shí)標(biāo)，存入嵌入式DSP卡上的雙口RAM中； 4.嵌入式PC卡從雙口RAM讀取采樣數(shù)據(jù)存入硬盤中，并以采樣時(shí)的時(shí)間、線路的編號(hào)等特征參數(shù)作為本次測(cè)量的文件名； 5.當(dāng)所有測(cè)量完成后，各測(cè)量點(diǎn)將所采集的數(shù)據(jù)通過(guò)INTERNET網(wǎng)或者M(jìn)ODEM送到指定的中心計(jì)算機(jī)中，由中心計(jì)算機(jī)匯總所有的采樣數(shù)據(jù)后進(jìn)行參數(shù)的計(jì)算，并打印計(jì)算結(jié)果； 4.帶電測(cè)量過(guò)程說(shuō)明 下面結(jié)合實(shí)施例(附圖4)對(duì)本發(fā)明和測(cè)量裝置作進(jìn)一步說(shuō)明 設(shè)有兩條互感線路，互感線路一停電，測(cè)量其工頻感應(yīng)電壓，互感線路二處于帶電運(yùn)行狀態(tài)；帶電測(cè)量步驟如下 1.首先各測(cè)量站(如A、B、C、D站)按附圖4所示測(cè)量接線圖接好測(cè)量裝置；對(duì)運(yùn)行線路二，將母線TV開口三角的3U0和線路TA零序回路的3I0分別接入同步采集裝置的電壓和電流通道中；對(duì)停電線路一，將線路上的零序感應(yīng)電壓信號(hào)經(jīng)外接電壓互感器后接入同步采集裝置的電壓通道中；將各通道的檔位用繼電器調(diào)整到合適的檔位； 2.當(dāng)GPS接受機(jī)接受到4顆以上衛(wèi)星信息時(shí)，表明GPS時(shí)間已同步；各站點(diǎn)在A站的指示下用軟件設(shè)置各自測(cè)量裝置統(tǒng)一的同步采樣啟動(dòng)時(shí)間(整定時(shí)間)； 3.當(dāng)整定時(shí)間到來(lái)時(shí)，各測(cè)點(diǎn)的同步采集裝置同時(shí)采集線路2秒(100周波)的數(shù)據(jù)，并打上GPS時(shí)標(biāo)； 4.在數(shù)據(jù)采集完成后，各裝置(A、B、C、D)上的嵌入式PC卡將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)雙口RAM傳送到硬盤上，以GPS時(shí)間為文件名保存；同時(shí)將各線路CT、母線PT的變比、通道號(hào)及檔位等信息存入相應(yīng)的文件中； 5.按改變測(cè)量(運(yùn)行)方式，重復(fù)步驟1～4； 6.在所有測(cè)量完成后，通過(guò)MODEM或者INTERNET網(wǎng)絡(luò)將B站、C站、D站的數(shù)據(jù)送到A站，A站在匯總所有的測(cè)量數(shù)據(jù)后，用互感計(jì)算軟件包計(jì)算出互感線路的零序阻抗參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種利用工頻干擾源帶電測(cè)量互感線路零序阻抗參數(shù)的方法，包括以下步驟
(一)通過(guò)下述帶電測(cè)量時(shí)互感線路的運(yùn)行方式來(lái)得到供帶電測(cè)量計(jì)算用的零序電壓和零序電流
分別將互感線路組中的一條線路停電，并將停電線路的一端三相短接接地，另一端三相短接后進(jìn)行工頻感應(yīng)電壓也稱為零序感應(yīng)電壓的測(cè)量；同時(shí)測(cè)量其它運(yùn)行線路上的零序電壓和零序電流；
(二)利用GPS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)互感線路上的電壓信號(hào)和電流信號(hào)的同步采樣，獲取互感線路的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓瞬時(shí)值數(shù)據(jù)
利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的授時(shí)功能獲得誤差小于1μs的時(shí)間基準(zhǔn)，在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)時(shí)間同步下，同時(shí)采集互感線路中停電線路上的零序感應(yīng)電壓瞬時(shí)值和運(yùn)行線路上的零序電流瞬時(shí)值以及各運(yùn)行線路兩端的零序電壓瞬時(shí)值，并以文件的方式存入采集裝置中；
(三)利用調(diào)制解調(diào)器或以太網(wǎng)絡(luò)將各測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯總到中心計(jì)算機(jī)中；
(四)中心計(jì)算機(jī)在得到各線路上的零序電流瞬時(shí)值和各線路兩端的零序電壓瞬時(shí)值采樣數(shù)據(jù)后，通過(guò)計(jì)算得到互感線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值、零序電流向量值和零序電壓壓降向量值；采用下述代數(shù)方程法、微分方程法或積分方程法來(lái)計(jì)算互感線路的零序阻抗參數(shù)
(1)、代數(shù)方程法
列寫出n條互感線路的代數(shù)方程組如下
(A1)式中，n為互感線路組中互感線路的條數(shù)；Zii為第i條線路的零序自阻抗，i＝1，2，…，n；Zij為第i條線路與第j條線路之間的零序互阻抗，i，j＝1，2，…，n，i≠j；
為第i條線路的零序電流向量值，
和
分別為第i條線路的首末兩端的零序電壓向量值，為第i條線路上的零序電壓壓降向量值；ki為系數(shù)，當(dāng)線路i停電，測(cè)量其感應(yīng)電壓時(shí)，ki＝0，否則，ki＝1，i＝1，2，…，n；
對(duì)步驟(二)采集的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓瞬時(shí)值，通過(guò)計(jì)算得到互感線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值，再采用傅立葉濾波算法來(lái)得到相應(yīng)的零序電流向量值和零序電壓壓降向量值；
依次將n條互感線路中的某一線路停電，測(cè)量停電線路上的零序感應(yīng)電壓瞬時(shí)值，同時(shí)測(cè)量其它運(yùn)行線路上的零序電流瞬時(shí)值和運(yùn)行線路兩端的零序電壓瞬時(shí)值，并經(jīng)過(guò)計(jì)算得到各線路上的零序電流向量值和零序電壓壓降向量值；因此得到n個(gè)代數(shù)方程組；
對(duì)第一條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第一個(gè)代數(shù)方程組如下
(A2)式中，各零序電流向量和零序電壓壓降向量的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)；
方程組(A2)有n個(gè)方程和n個(gè)未知數(shù)Z11，Z12，…，Z1n，方程組(A2)有唯一解如下
對(duì)第二條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第二個(gè)代數(shù)方程組如下
(A3)式中，各零序電流向量和零序電壓壓降向量的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)；
方程組(A3)有n個(gè)方程和n個(gè)未知數(shù)Z12，Z22，…，Z2n，方程組(A3)有唯一解如下
同樣地，對(duì)第n條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第n個(gè)代數(shù)方程組如下
(A4)式中，各零序電流向量和零序電壓壓降向量的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)；
方程組(A4)有n個(gè)方程和n個(gè)未知數(shù)Z1n，Z2n，…，Znn，方程組(A4)有唯一解如下
(2)微分方程法
列寫出n條互感線路的微分方程組如下
(B1)式中，n為互感線路組中互感線路的條數(shù)；Rii為第i條線路的零序自電阻，Lii為第i條線路的零序自電感，i＝1，2，…，n；Rij為第i條線路與第j條線路之間的零序互電阻，Lij為第i條線路與第j條線路之間的零序互電感，i，j＝1，2，…，n，i≠j；ii為第i條線路的零序電流瞬時(shí)值，ui′和ui″分別第i條線路首末兩端的零序電壓瞬時(shí)值；ui＝ui′-ui″為第i條線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值；ki為系數(shù)，當(dāng)線路i停電，測(cè)量其感應(yīng)電壓時(shí)，ki＝0，否則，ki＝1，i＝1，2，…，n；
用[ii(k+1)-ii(k-1)]/(2Ts)代替微分方程組中的導(dǎo)數(shù)項(xiàng)dii/dt；ii(k-1)和ii(k)為相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻零序電流瞬時(shí)值，ui(k-1)和ui(k)為相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻零序電壓壓降瞬時(shí)值，i＝1，2，…，n；k為采樣點(diǎn)，TS為采樣周期；n為互感線路的線路條數(shù)，以下同；
將微分方程組(B1)寫成離散形式
依次將n條互感線路中的某一線路停電，測(cè)量停電線路上的零序感應(yīng)電壓瞬時(shí)值，同時(shí)測(cè)量其它運(yùn)行線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到n個(gè)微分方程組；
對(duì)第一條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第一個(gè)微分方程組如下
(B3)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)；
任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+1對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+1、k+2對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣得到2n個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(B3)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R11，L11，R12，L12，…，R1n，L1n，方程組有唯一解如下
對(duì)第二條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第二個(gè)微分方程組如下
(B4)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)；
任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+1對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+1、k+2對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣得到2n個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(B4)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R12，L12，R22，L22，…，R2n，L2n，方程組有唯一解如下
同樣地，對(duì)第n條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第n個(gè)微分方程組如下
(B5)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)；
任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+1對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+1、k+2對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣得到2n個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(B5)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R1n，L1n，R2n，L2n，…，Rnn，Lnn，方程組有唯一解如下
(3)積分方程法
將微分方程組(B1)左右兩邊積分得積分方程組(C1)
(C1)式中，Rii為第i條線路的零序自電阻，Lii為第i條線路的零序自電感，i＝1，2，…，n；Rij為第i條線路與第j條線路之間的零序互電阻，Lij為第i條線路與第j條線路之間的零序互電感，i，j＝1，2，…，n，i≠j；ii為第i條線路的零序電流瞬時(shí)值，ui′和ui″分別第i條線路首末兩端的零序電壓瞬時(shí)值；ui＝ui′-ui″為第i條線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值；ki為系數(shù)，當(dāng)線路i停電，測(cè)量其感應(yīng)電壓時(shí)，ki＝0，否則，ki＝1，i＝1，2，…，n；t1，t2為積分上下限，且TS＝t2-t1，TS為采樣周期；
用[ui(k)+ui(k-1)Ts/2和[ii(k)+ii(k-1)]Ts/2分別代替積分方程組中的積分項(xiàng)∫t1t2uidt和∫t1t2iidt；ii(k-1)和ii(k)為相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻零序電流的瞬時(shí)值，ui(k-1)和ui(k)為相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻零序電壓壓降的瞬時(shí)值，i＝1，2，…，n；
將積分方程組(C1)寫成離散形式
依次將n條互感線路中的一條線路停電，測(cè)量停電線路上的零序感應(yīng)電壓瞬時(shí)值，同時(shí)測(cè)量其它運(yùn)行線路上的零序電壓壓降瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到n個(gè)積分方程組；
對(duì)第一條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第一個(gè)積分方程組如下
(C2)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)；
任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+1對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+1、k+2對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣得到2n個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(C2)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R11，L11，R12，L12，…，R1n，L1n，方程組有唯一解如下
對(duì)第二條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第二個(gè)積分方程組如下
(C3)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)；
任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+1對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+1、k+2對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣得到2n個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(C3)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R12，L12，R22，L22，…，R2n，L2n，方程組有唯一解如下
同樣地，對(duì)第n條線路上的n次獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)，得到第n個(gè)積分方程組如下
(C4)式中，各零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值的上標(biāo)為獨(dú)立測(cè)量次數(shù)，下標(biāo)為互感線路編號(hào)；
任取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k-1、k、k+1對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，得到n個(gè)獨(dú)立方程；另取3個(gè)相鄰的采樣點(diǎn)k、k+1、k+2對(duì)應(yīng)的零序電流瞬時(shí)值和零序電壓壓降瞬時(shí)值，再得到n個(gè)獨(dú)立方程；這樣到2n個(gè)獨(dú)立的方程；方程組(C4)有2n個(gè)方程和2n個(gè)未知數(shù)R1n，L1n，R2n，L2n，…，Rnn，Lnn，方程組有唯一解如下
2.一種利用工頻干擾源帶電測(cè)量互感線路零序阻抗參數(shù)的裝置，其特征在于由GPS天線與OEM板、信號(hào)輸入接線端子、信號(hào)變送器、嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡、開出量卡、繼電器組，繼電器輸出接口、嵌入式PC卡、電源卡、電源信號(hào)總線底板、液晶顯示器、硬盤、鍵盤、鼠標(biāo)和機(jī)箱構(gòu)成；輸電線路電壓互感器的電壓信號(hào)和電流互感器的電流信號(hào)分別經(jīng)信號(hào)輸入接線端子、信號(hào)變送器接入到嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡，GPS天線與OEM板的輸出PPS信號(hào)與嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡的DSP中斷輸入聯(lián)接；GPS天線與OEM板的輸出GPS串行時(shí)間信號(hào)輸入到嵌入式PC卡上的串行口中；DSP同步數(shù)據(jù)采集卡的采集的數(shù)據(jù)經(jīng)雙口RAM與嵌入式PC卡聯(lián)接；硬盤與嵌入式PC卡聯(lián)接；鍵盤和鼠標(biāo)與嵌入式PC卡聯(lián)接；嵌入式PC卡發(fā)出的線路跳閘和合閘命令經(jīng)開出量卡、繼電器組中的一個(gè)繼電器輸出接口與輸電線路的斷路器聯(lián)接；嵌入式PC卡與開出量卡和繼電器組中的其余繼電器連接；電源卡為裝置提供工作電源；電源信號(hào)總線底板為嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡、開出量卡、嵌入式PC卡提供電源和信號(hào)的連接通道；液晶顯示器與嵌入式PC卡的視頻信號(hào)接口連接。
全文摘要
一種利用工頻干擾源帶電測(cè)量互感線路零序阻抗參數(shù)的方法，依次將互感線路組中的某一線路停電，并將停電線路的一端三相短接接地，另一端三相短接后測(cè)量其感應(yīng)電壓；同時(shí)測(cè)量其它運(yùn)行線路上的零序電壓壓降和零序電流；利用GPS技術(shù)，對(duì)互感線路上的零序電壓、零序電流信號(hào)進(jìn)行同步采樣，獲得互感線路上的零序電壓和零序電流數(shù)據(jù)；將各測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯總到中心計(jì)算機(jī)；再利用最小二乘法求解代數(shù)方程組、微分方程組或者積分方程組，得到互感線路的零序阻抗參數(shù)；本發(fā)明裝置由GPS天線與OEM板、信號(hào)輸入接線端子、信號(hào)變送器、嵌入式DSP同步數(shù)據(jù)采集卡、開出量卡、繼電器組、繼電器輸出接口、嵌入式PC卡、電源卡等構(gòu)成。
文檔編號(hào)G01R27/08GK101149407SQ20071005374
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者胡志堅(jiān) 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)