输电线路参数带电测量系统用户手册.docx
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输电线路参数带电测量系统用户手册
输电线路参数带电测量系统
用
户
手
册
武汉华新仪电力科技有限公司
目录
第一章概述2
一带电测量系统组成2
二带电测量装置的接线与操作3
三带电测量装置的操作3
1带电测量装置的配置3
2带电测量装置的操作4
四带电测量装置的测量范围4
五线路参数带电测量系统软件部分4
第二章带电测量系统的特点7
第三章输电线路零序互感参数测量8
一线路互感参数测量方案的确定8
二任意条互感线路的接线方式及软件设置8
三零序互感测量数据采集17
四零序互感测量数据处理及计算结果23
第四章其它线路参数的测量29
一线路正序导纳的测量29
1线路正序导纳测量方案的确定29
2正序导纳测量线路的接线方式及软件操作29
二线路正序阻抗的测量37
1线路正序阻抗测量方案的确定37
2正序阻抗测量线路的接线方式及软件操作37
三线路零序导纳的测量40
1线路零序导纳测量方案的确定40
2零序导纳测量线路的接线方式及软件操作41
四线路零序阻抗的测量45
1线路零序阻抗测量方案的确定45
2零序阻抗测量线路的接线方式及软件操作45
第五章带电测量方法的理论依据47
第一章概述
本系统是武汉华新仪电力科技有限公司研制成功的新一代输电线路参数带电测试系统,可用于各种电压等级的输电线路参数的带电测量,克服了传统测量方法须停电进行测量的缺点。
采用GPS作为同步时钟信号,测量电源既可采用外加电源,也可采用负荷电流作为测量源,还可利用干扰源作为测量源,保证了带电测量具有很高的精度。
同第二代带电测量系统相比,本测量系统在带电测量理论和带电测量装置上都做了重大的创新与改进。
本系统增加了新的带电测量方法--微分法、积分法和干扰法。
另外测量系统不再采用旋钮调档的方法,而采用在程序操作界面里设置档位。
用户只需按照要求将信号接入仪器中即可,测量软件自动对测量信号进行处理,并计算出结果。
一带电测量系统组成
输电线路参数带电测量系统由n站点分系统组成。
n个站点的测量系统的配置是相同的,根据测试时的具体情况决定采用几个分系统。
现以一个分系统的接线图为例,其构成如图1所示。
图1带电测量系统组成示意图
二带电测量装置的接线与操作
图2面板布置与实物图
1、如图2所示,线路电压、电流信号经PT、CT后分别接入面板中的电压、电流接线柱。
值得注意的是,装置开始缺省设置是电压档位为400V,电流档位为5A,故接入的电压、电流不应超过它的缺省值。
面板中的接线柱编号和程序中的线路编号一一对应;
2、将GPS天线放在视野开阔的位置,专用电缆(50欧同轴电缆)同装置中的GPS天线专用插孔连接;
3、现场需提供220V交流电源及多用插座,通过专用电缆接入装置。
三带电测量装置的操作
1带电测量装置的配置
硬件部分由GPS接收模块、DSP数据采集卡、开关量输出卡、上位机、彩色液晶显示屏、电源、信号变送器等各部分组成。
2带电测量装置的操作
(1)、装置上电,接通电源开关,电源指示灯亮。
(2)、将GPS天线接入GPS插座。
(3)、将断路器合闸(或跳闸)信号接入继电器出口接线柱。
(4)、在接入交流信号时,要按信号的同名端接入(从红色接线柱进入,从黑色接线柱出来)。
(5)、开始线路参数测量的其它操作。
四带电测量装置的测量范围
本装置的测量范围为:
交流电压:
大档:
0~400V;小档:
0~5V
交流电流:
大档:
0~5A;小档:
0~0.5A
本测量系统上电后,缺省的输入量程均为大档位。
可通过软件的设置来切换量程。
注意:
如果输入超过上述范围,需采取措施,如外接PT或CT后才能接入装置。
五线路参数带电测量系统软件部分
输电线路参数带电测量系统软件部分采用VC++6.0开发,程序界面在TPT-SYSⅠ型线路参数带电测试系统的基础上做了重大的改进,力求操作方便,简单易用。
在程序界面的开发上,一切都从使用者的角度出发,使该测量装置的使用者测量时操作最简单。
输电线路参数带电测量系统软件主要功能有:
参数测量、数据查询、图形显示、数据删除。
其中参数测量包括:
正序阻抗测量、正序导纳测量、零序自阻抗测量、零序导纳测量及零序互感测量等功能。
其中基于增量法的零序互感测量软件的总体框图如图3所示。
图3零序互感测试软件的总体框图
图4测量系统软件下拉式菜单结构图
程序界面是测量系统与用户人机交互的部分,用于输入待测量系统站点数、线路数、接线方式、测量信号与变送器的连接方式、线路运行方式、变送器各路档位、变送器各路各档标值、变压器变比等参数。
可以看到,对于每次测量都需要进行大量的参数设置,如何安排好程序的使用界面,使其美观大方,使用简单是本装置开发过程中着重考虑的一个方面。
本测量系统软件部分主界面采用基于MFC标准风格的多文档界面,设置有线路参数测量等几个主要功能菜单。
其下拉式菜单主要结构如图4所示。
测量系统软件的界面如图5所示。
图5测量系统软件界面
第二章
带电测量系统的特点
武汉华新仪电力科技有限公司研制的基于GPS和嵌入式技术的输电线路参数带电测量系统具有以下特点:
1.采用基于GPS的异地信号同步采样技术,异地信号的同步采样误差小于100纳秒;
2.采用VC++软件编程,实现可视化操作界面;
3.采用嵌入式工控机,仪器面板为8英寸彩色液晶显示屏(含触摸功能);
4.数据采集采用32位高速处理器DSP,数据传输采用以太网和USB接口;
5.采集八路电流、六路电压,每路设两档可调,档位调节采用继电器方式调节。
大档量程为:
0-400V(交流),0-5A(交流);小档量程为:
0-5V(交流),0-0.5A(交流);
6.线路参数带电测试系统集成化、一体化。
能实时查看采集的电流、电压波形;测量参数配置采用表格输入,输入方便,修改容易;
7.测量系统可测量输电线路的正序阻抗、零序阻抗、正序电容、零序电容、零序互感、零序互电容、波阻抗等各种工频参数;
8.适用于各种电压等级(10kV-1000kV)、任意回互感线路参数的带电测量,还能适应于T接线和含T接线互感线路等复杂输电线路参数的带电测量。
9.在干扰很大的情况下,直接利用我们提出的“干扰法”进行测量,利用“干扰法”测量输电线路的零序阻抗和零序电容的方法已申请发明专利并获得授权。
干扰法的思想是利用干扰源作为测量电源,不再对测量线路施加任何测试电源,从而化害为利。
10.本系统即可在输电线路带电运行时测量线路的各种工频参数,也可在输电线路部分或全部停电时进行测量。
第三章输电线路零序互感参数测量
一线路互感参数测量方案的确定
根据线路互感参数测量的理论,可利用增量法、微分法、积分法和干扰法进行线路互感的测量。
对于n回线路,应用增量法、微分法、积分法和阻抗法测量线路间互感参数时应该至少进行n次独立运行方式的线路测量。
用户可以根据实际情况合理选择测量方案。
所谓n次独立运行方式是指:
线路的运行方式的组合为n次,比如有要测3条回路,第1条回路停电,其余2条正常运行为一种独立运行方式。
然后第2条线路停运,第1条和第3条线路正常运行又为一种独立运行方式。
以此类推。
正常运行时,由于线路的零序电流较小,为了提高测量精度,应该在在线路中获得一个较大的零序电流,可以用以下几种方法:
1、在某条线路上通过继电保护的动作产生单相跳闸,1秒后再重合闸,形成一个零序电流增量,从而在所有回路中感应出相应的零序电流和零序电流增量。
2、测量时,利用装置继电器空接点动作,在已停电的某条线路上施加一个大的零序电流增量,从而在所有回路中感应出相应的零序电流和零序电流增量。
在带电测量中,常采用的是在一条停电线路上施加一个零序大电流的方式。
二任意条互感线路的接线方式及软件设置
一条线路停电,其它线路正常运行,采用在停电的线路上加入一个大零序电流的接线示意图如图12所示。
图12实际测量系统接线图
所谓在一回线路上加上零序电源,即是在该回线路上的三相均加上同相位、同幅值的零序电源。
图中L1为停电线路,L2、L3为正常运行线路。
加入的零序电流应在100A左右,保证能可靠测量到其它线路上感应出的零序电流、零序电压增量。
K1是接触器,通过GPS同步装置来控制电源的加入时间和各站测点的同步测量。
这样就可形成一种独立的运行方式下的一组独立方程。
现在以三个站点﹑三条线路为例,说明使用本装置测量线路互感参数的操作过程。
假设互感线路的一次接线示意图如图13所示。
图13共有三个站点,即有三个测点,分别记为武汉、荆州、襄樊。
在武汉站的测点中,武襄线记为此测点中的(3)号线,武荆线中有一条记为武汉站测点中的
(1)号线,另一条记为
(2)号线。
线路编号可由测量人员自己规定。
现在武荆线中的
(1)号线停运。
武汉站的
(2)、(3)号线正常运行。
在
(1)号线中加入零序大电流。
图13待测互感线路示意图
在这三个测点各有一台测量装置,现以武汉站的装置操作为例:
第一步:
开机前的接线
三条线路的电压、电流信号经PT、CT后分别接于上图
(1)面板中的电压、电流区的1、2、3号接线柱。
继电器的出口开关接入一台断路器(或者是一台交流接触器),通过断路器来控制外加零序电源在一号线上的加载和断开。
开始时为断开状态,即零序电源和一号线为断开状态。
将GPS天线的插头插于面板中的GPS信号专用插孔。
第二步:
启动程序,进入程序主界面。
如图14和图15所示。
图14测量软件在WINDOWS中的图标
图15软件主界面
第三步:
点击“线路参数计算”―->“零序互感”―->“增量法”―->“参数设置”,如图16所示。
图16参数设置
第四步:
根据已经制定的测量方案,在程序中进行有关设置,如图17所示。
图17参数设置第一步
这里有两个选项:
“利用原有设置”和“重新设置”。
假如此次测量是上次的重复,即线路的运行方式和接线方式均和上次一样,就可选择“利用原有设置”项。
这里选择“重新设置”。
若用户只需要改变其中某些项的设置,只需选中这些项目前面的方框。
没选中的选项保持原来的设置不变。
单击“确定”进入图18所示界面。
图18参数设置第二步
此次测量站点总共有武汉、荆州、襄樊三个。
因为线路为三回线,故需要三次以上独立测量次数点击“下一步”,进入图19所示界面。
图19参数设置第三步
在这里,要事先约定,在整个的这次测量中,所有的测量站点设置武汉站都规定代号为A站,荆州站规定代号为B站,襄樊站规定代号为C站,并且在这次整个的测量过程中,这种对应关系不得改变。
根据上图(4)的线路示意图,在武汉站有三条线路,在荆州有两条线路,襄樊有一条线路。
上图(8)“测量线路可由下面那几站的线路相加得到”的选择原则是:
每回线路有且只有一侧的测量站点被选中。
比如这里我们可以选择“A站”或者“B站和C站”。
但不可以选择“A站和B站”或在“B站”和“C站”中只选择一个。
点击“下一步”,进入图20所示界面。
图20参数设置第四步
这里武汉站的第一条线路和荆州站的第一条线路是同一条线路,故选择A站武汉第一条线路与B站荆州第一条线路相对应。
同理,A站武汉第二条线路与B站荆州第二条线路相对应,A站武汉第三条线路与C站襄樊第一条线路相对应。
点击“确定”进入如图21所示界面。
图21参数设置第五步—电流档设置
这里界面中的“第一路”、“第二路”是指面板中电流档中的第一,第二个接线柱。
现在将第一回线路的电流信号接入电流档的第一个接线柱,第二回线路接入电流档的第二个接线柱,第三回线路接入电流档的第三个接线柱。
这台装置放于武汉站,故每一路的左边均选择“武汉站”如图15所示。
点击“下一步”,进入图22所示界面。
图22参数设置第五步—电压档设置
仿照上面电流档的方法,进行电压档的设置。
点击“确定”进入下面界面,如图23所示。
图23线路运行方式设置
这里的选择原则是,假如该回线路的电压信号是从PT的开口三角取得(即为一相零序电压的三倍),则认为该线路为运行,若不是从PT的开口三角取得,则认为该线路加压。
对于测量时的实际情况,在该回线上加零序电源的应选为加压,对于正常带电运行的线路,应选为运行。
但对于另外测量线路中停电的线路,由于一般要另外加变比较小的PT、CT,且一般不是从它的开口三角取得信号,故在测量中一般把这样的线路设置为加压线路。
这里第一条线路停运并且在测量时接入零序电源,故选择“加压”,剩余两条均为正常运行,故选择“运行”。
单击“确定”,进入下面界面,如图24所示。
图24变比设定
这里的变比是指线路电压、电流和经过PT、CT后电压、电流的比值。
一般就是PT、CT的数值。
这里电流档输入100,电压档输入50。
单击“确定”,回到程序的主界面。
三零序互感测量数据采集
至此完成了正式测量前的软件设置,再检查一遍线路接线,无误后开始进行测量。
点击“线路参数计算”――>“零序互感”――>“增量法”――>“开始测量”。
如图25所示。
图25开始测量界面
图26电压、电流档位选择
这里选择的条件是按照接入装置的电压、电流的最大值,接入装置的电压、电流的数值不应超过选择的档位。
这里均选择使用最大档。
单击“下一步”,进入测量界面,如图27所示。
图27测量界面
至此,完成了所有的采集数据的准备工作。
在这个界面上可以看到以下内容:
①在这个界面的左边部分,显示已经启动GPS装置,开始从卫星接收时间。
由于电压、电流的实时值是与时间有关的量,而线路压降是线路两端电压的差值,所以线路两端的电压必须是同时测得的值。
可以通过接收卫星时间,给所有测点测得的数据打上“时标”,从而取得线路的压降。
可以看到“当前GPS信号”显示出当前的日期、时间以及所在经、纬度等相关内容。
若是GPS天线接收不到信号,也会在这里给出提示。
GPS信号跟天气,地理位置等有关系。
②在这个界面的中间部分是“启动时间设定”,即每次测量需要和每个测点约定从哪一个时刻开始测量。
将约定好的时间输入之后,点击下方的“启动时间确认”按钮,则测量开始。
根据程序,装置在启动时间设定后0.5秒合上断路器,而采集数据是从启动时间设定的前0.5秒开始,再采集1.5秒的数据,即总共采集2秒数据,如图28所示。
图28主测量界面
③在数据采集完后,点击“数据保存”按钮,则程序控制断路器跳开。
如果想要观测刚才测量线路的数据,可以点击图28中的“显示波形”按钮,如图29所示。
然后点击界面右边控制按钮中的“打开文件”按钮,如图30所示。
由于每一次测量所得的数据文件都自动存于“E:
\Savedata\零序互感显示波形数据”文件中,子文件名均为该次的测量时间(例如”A站北京站2010年6月30日11时22分12秒测量侧数据“)。
所以选择想查看的那次测量的数据文件(例如“A站北京站2010年6月30日11时22分12秒测量侧数据“),再单击“显示波形”按钮,则在左边的波形图中即可显示,如图31所示。
可以看到,在25个周波处,波形很不规则,是因为线路是在此时加入零序电源,各路开关在此时动作。
一般来说,一次比较好的测量,在30个周波后的波形应该是比较平滑的正弦波。
图31所示界面中每次可以同时显示3路电压和3路电流,用户可以在此选择显示哪几路电压、电流波形。
如果要进行互感计算,点击图28中的“确定”按钮完成零序互感测量环节。
图29波形显示界面
图30保存的数据文件
图31波形图
至此,完成了一次完整的数据采集,其步骤可以小结为:
如果当前GPS信号有效,在“启动时间设定”栏中填写好约定的时间――>点击“启动时间确认”按钮――>自动测量(采集完112000个数据)后――>点击“数据保存”按钮――>点击“显示波形”按钮。
为了增加测量的有效性,用户可以在同一种运行方式下进行多次测量。
这时装置的接线和设置都不需要改变,只需在图27的界面中改变“启动时间设定”一栏中的时间,即可进行同一种运行方式下的多次测量。
但必须注意,各个站点的启动时间设置必须是一样的(即事先约定好的)。
在改变运行方式后,仿照上述的接线、设置和数据采集的步骤,用户进行下一次的测量。
四零序互感测量数据处理及计算结果
经过一次完整的数据采集操作,得到了计算所需的原始数据,现在对测得的数据进行处理,并最终得到所要求的线路的互感参数。
在测量时所采集到的数据为线路电压、电流的瞬时值,而程序中有的地方需要用到该电压、电流的幅值和相角,所以数据处理的第一步就是计算幅值和相角。
1)幅值相角计算,如图32所示。
图32幅值相角的计算
这几种方法的计算精度基本相同,在程序中把这几种方法都予以列上。
假设,这里选择“傅立叶算法”,界面将弹出一个对话框,如图33所示。
图33选择计算用的相关数据文件
处理后得到的结果依然存于这个文件夹中,可以看到在这个数据文件夹里多了一个名为“A站武汉站2010年7月5日15时5分35秒测量侧数据相量.dat”的数据文件,如图34所示。
图34文件夹中的相关文件1
2)对本次测量的其它站点所得到的数据做同样处理。
例如,武汉站和上海站之间有3条线路,在做类似处理后,在武汉站和上海站的装置的“E:
\Savedata\零序互感测量数据\A站武汉站2010年7月5日15时5分35秒测量侧数据”文件夹和“E:
\Savedata\零序互感测量数据\B站上海站2010年7月5日15时5分35秒测量侧数据”文件夹中,有这样四个文件“A站武汉站2010年7月5日15时5分35秒测量侧数据.dat”,“A站武汉站2010年7月5日15时5分35秒测量侧数据相量.dat”;“B站上海站2010年7月5日15时5分35秒测量侧数据.dat”,“B站上海站2010年7月5日15时5分35秒测量侧数据相量.dat”。
将两台装置中的以上四个文件拷贝到同一台装置中,放的地方为这台装置的同名文件夹中。
比如例子中,将上海站装置中的“B站上海站2010年7月5日15时5分35秒测量侧数据.dat”,“B站上海站2010年7月5日15时5分35秒测量侧数据相量.dat”两个文件拷贝到武汉站装置中的“E:
\Savedata\零序互感测量数据\A站武汉站2010年7月5日15时5分35秒测量侧数据”文件夹中,如图35所示。
图35文件夹中的相关文件2
3)数据计算并得出最终结果
经过这样的处理后,再经过简单的操作就可以得出互感计算结果了,如图36所示。
图36增量法计算
本软件为互感计算设计了四种方法。
对于可满足独立测量次数要求的,可以选择任意一种方法。
针对上面的例子,选择“增量法”,弹出一个对话框,如图37所示。
图37选择计算用数据文件
必须将这几次测量的文件都选中,比如有三种独立运行方式,总共测量了三次(或四次),即其中一种运行方式测量了一次(或两次)。
我们就将这三个(或四个)文件选中,通过右边的按钮移入下面的方框中。
如果将某个文件错误选中并移入了下面的方框中,同样可以在下面方框中选中该文件,通过右边的按钮删除该选中文件。
为了方便用户在大量的测量数据中寻找你所需要的数据,在对话框中设置了文件过滤功能。
通过输入某一时间段的数据,将其它时间的数据文件过滤掉。
单击右边“确定”按钮,就得到了所要求的互感线路参数,如图38所示。
在图38中,对角线上的为线路的自感,非对角线上的数据为横坐标上的线路和纵坐标上线路的互感。
至此,完成了的线路参数互感测试,图38中的数据文件自动保存在“E:
\Savedata\零序互感测量数据\零序互感计算结果”文件夹中,以进行计算时的电脑时间为名称进行命名,例如”2010年7月5日16时3分40秒计算自感互感.xls“;用户也可以将图38中的数据文件保存于自己想要放的地方。
图38互感计算结果
第四章其它线路参数的测量
一线路正序导纳的测量
1线路正序导纳测量方案的确定
正序导纳采用三表法测量,其测量电路如图39所示。
图39正序导纳三表法测量电路
如上图所示,A、B、C三相接入装置的电流接线柱,线路的另外一端开路。
2正序导纳测量线路的接线方式及软件操作
给线路接上正序电源后,分别经PT、CT将电压和电流信号接入测量装置的电压和电流接线柱。
线路接好之后,进行软件的操作,进入主界面,如图40所示。
图40正序导纳测量主界面
点击“参数设置”,进入图41所示画面。
图41正序导纳参数设置第一步
假如此次测量是上一次的重复,则选择“利用原有设置”,否则选择“重新/更改设置”。
在选择好设置的选项后,点击“确定”,进入图42所示画面。
图42正序导纳参数设置第二步
将电流的A、B、C三相分别接入电流接线柱的第一、第二和第三路,电压的A、B、C三项也分别接入电压接线柱的第一、第二和第三路。
点击“确定”,进入下一步,如图43所示。
图43正序导纳测量参数设置第三步
变送器的标值是装置内部读出的电压、电流信号的数值和实际电压、电流数值的一个比值。
在最后的结果中,要通过这个比例将计算出来的互感参数转换成线路的实际数值。
由于线路的标值已通过试验测定,一般情况下选择“确定”即可。
如果出现变送器、数据采集板、元器件等损坏的情况,在修复后需要对变送器重新进行标定,选择“修改”对标值重新设置,然后再单击“确定”进入下一步,如图44所示。
图44正序导纳测量参数设置第四步
这里的变比是指线路电压、电流和经过PT、CT后电压、电流的比值,也就是PT、CT的变比。
单击“确定”,回到程序的主界面。
线路接好且进行正确的设置之后即可开始测量,如图45所示,进入测量界面。
图45正序导纳测量主界面
选择适当的档位进行测量,如图46所示。
图46正序导纳测量档位设置
点击“下一步”,进入图47所示界面。
图47正序导纳测量界面
点击图“开始测量”按钮,在采集完112000个数据点后,点击“计算”按钮,即可在主测量框内看到此时线路的电压、电流的有效值,并计算出此线路的正序导纳,如图48下部分所示。
点击“数据保存”按钮,程序将会保留此时的电压和电流数据,以备后用。
点击“显示波形”按钮,则可以观测测试线路的电压和电流波形,如图48上部分所示。
点击“显示相量”按钮,则可以看到电压-电流相量图,如图49所示。
图48正序导纳测量计算结果
图49正序导纳测量相量图显示
二线路正序阻抗的测量
1线路正序阻抗测量方案的确定
正序阻抗仍然采用三表法测量,其测量电路如图50所示。
从图中可以看出,正序阻抗和正序电纳测量的接线非常相似,只不过正序电纳测量线路的另一端是开路的,而正序阻抗测量的另一端是短路的。
图50正序阻抗三表法测量电路
如上图所示,A、B、C三相均接入装置的电流接线柱,线路的另外一端短路。
2正序阻抗测量线路的接线方式及软件操作
给线路接上正序电源后,分别经PT、CT将电压和电流信号接入测量装置的电压和电流接线柱。
线路接好之后,进行程序的操作,进入主界面,第一步依然是根据线路接线进行设置,由于此处的设置和上述正序电纳参数设置的步骤完全一样,用户可以参考上述正序电纳的参数设置。
参数设置完成,且选择合适档位之后,进入正序阻抗的测量界面,如图51所示。
图51正序阻抗测量界面
给被测线路加上正序电源,点击图51中的“开始测量”按钮,在主测量框内,可以看到此时线路电压、电流的有效值。
点击“计算”
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