架空输电线路的感应电压分析与测量

何良兴　于校彬　文庄顺

摘 要：随着当前特高压输电技术不断向前发展，逐渐将成为主流电力传输主要方式之一。但从目前的技术手段来看，采用地线绝缘运行方式时，存在地线上感应电压过高从而影响绝缘电阻测量精度的问题，因此该文针对架空输电线路的感应电压，探究了感应电压的分析与测量以及如何能够降低感应电压的方法。内容主要包括介绍输电线路感应电压的计算方法，并接电容的配置方法等，同时提出了同塔架设线路感应电压电流的抑制措施，极大程度上降低了地线的感应电压，并给出了包括调制开关、电路设计的完整直流调制电路框架，最后对架空线路覆冰状态建立模糊隶属函数进行准确度评估，以预防危险事故的发生。

关键词：特高压 感应电压 架空输电线路

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（a）-0035-03

随着特高压输电技术的不断发展，特高压输电技术将逐渐成为我国电力传输主要方式之一。发电厂生产的电能，是通过高压送电线路输送到用电中心的变电所，经过变电所降压，再送给用户。送电线路分为电缆线路和架空线路两种，电缆线路一般是将导线敷设于地下，造价较高；架空线路是用杆塔把导线悬挂在空中，易于发现故障和检修，所以，远距离送电一般都采用架空输电线路。由于特高压技术具有节约线路走廊、经济性价比较高、损耗小等优势，同塔双回、多回线路等在特高压输电中得到越来越多的应用[1-4]。但在实际使用过程中往往会遇到感应电压过大严重影响测量绝缘电阻精度的现象[5]，不利于特高压技术的推广和应用，而《1 000 kV交流架空输电线路设计暂行技术规定》中明确规定在采用地线绝缘运行方式时，需要限制地线上的感应电压和电流，同时选用合适放电间隙，以保证地线安全运行。因此，必须要做好架空输电线路的感应电压分析与测量，并设法采取合理的措施以降低感应电压值[6]。该文根据《1 000 kV交流架空输电线路设计暂行技术规定》的相关技术规范要求，设计了架空输电线路的感应电压分析与测量的方法，并对其进行准确度评估。

1 架空输电线路绝缘状态模型

被测量线路对地的感应电压与它对所相应地容量成反比，与带电线路电容量成正比，可以通过在被测试线路与地之间并接电容将感应电压降低。如图1所示，被测线路的感应电压是带电线路相电压在停电线路与大地间电容量Ce和停电线路与带电线路间电容量C12之间分压得到。

依据上述公式，可估算降低感应电压所需并接的电容大小。

同时该文采用电力系统中性点接地消弧线圈电感电流补偿线路电容电流的基本原理方法，设计了一种能够抵消或抑制输电线路测试端交流感应电压的装置。通过电容、电阻分压式电压互感器将线路的感应高电压降为低电压，并进行了相位的修正。

2 电压电流信号的测量

由于架空线路受自然界的影响，如在地球自转过程中与空气摩擦，将有可能产生一定量的电荷并积攒形成感应电压；此外，架空线间通电运行，错综复杂交织形成电场，也有可能会形成一定的感应电压。根据上述情况的特点，需要准确测量直流电压和直流电流才能计算出真实有效的绝缘阻抗，因此，如何设计相应的电路成为该文的研究重点。

2.1 直流调制电路设计

电压测量由分压电阻分压，取微弱的电压信号，需要滤除电网干扰的杂散的感应电压信号包括交流信号，电流为取样电阻上分压，取电压信号做处理，滤除感应电压产生的电流信号和交流信号。

微弱信号在进行数字相敏检测之前，要先采集待测数据，但是微弱信号由于消息强度低，既小又弱，很难被设备接收。因此，必须先将待测信号本省的幅度调制放大，才能做A/D转换，随后再采用数字信号处理的方法进行后续的处理。考虑到调制器的各种非理想因素以及调制电路响应时间和测量时序，该文采用前端的调制放大实现微弱信号的检测，放大实现框图如图2所示。

2.1.1 模拟调制开关

根据设计需求，该文中选用的是ADI公司生产的 ADG711四通道模拟集成开关，芯片采用1.8～5.5 V的单电源供电，功耗小于0.01 W，具有低接通电阻、低失真、高速切换、低泄漏、低功率等诸多优点。

2.1.2 调制电路设计

通过ADG711产生的调制电路如图3所示，主要由输入电压V1经过衰减为微小的直流电压信号，微小的直流信号经过调制开关的换流在电阻RL上产生方向相反的电压，进而在负载电阻RL上形成方波信号，该信号再经过差分放大器就可以得到放大的交流方波信号。

2.2 信号放大设计

该文采用多级放大电路来实现信号的放大处理，为防止放大电路产生新的噪声使信号淹没在噪声中，需选用噪声系数小的放大器。考虑到AD620的高精度很高、功耗很低、输入失调电压仅为50 μV、输入偏执电流最大值为1 nA、而且其输入失调漂移也很低、输入电压噪声仅为9 nV/1 kHz等特性，因此该文选择采用两片AD620芯片对斩波后的交流信号进行两级放大处理。

3 架空线路覆冰状态评估

大气覆冰对输电线路的危害有过荷载、绝缘子冰闪、覆冰导线舞动等。覆冰状况的不一样，输电线路的绝缘程度也就不一樣。该文将泄漏电流最大值Im分4个子集：Z（近零）、PS（正小）、PM（正中）和PB（正大）；将采样周期内幅值>10 mA的泄漏电流脉冲频次N分为3个模糊子集：PS（正小）、PM（正中）和PB（正大），其模糊隶属函数如图4所示。

该文综合考虑覆冰、污秽情况，将外绝缘评估结果设为安全（S）、注意（P）、危险（D）和报警（A），分别表示外绝缘状态良好、需要注意发展态势、闪络前预警和闪络故障报警，如表1所示。

对覆冰线路状态的评估，根据表1所述规则，在各种不同状况的情况条件下测量输电线路的绝缘水平，有助于更加确切地了解覆冰状态下不同的绝缘水平所对应的安全情况，从而预防事故的发生。

4 分析与总结

该文针对特高压输电过程采用地线绝缘运行方式时地线上感应电压过高影响绝缘电阻测量精度的问题，提出了一种架空输电线路的感应电压分析与测量、降低感应电压的完整方法。包括对输电线路感应电压计算方法、并接电容的配置方法的介绍，同时也提出一种同塔架设线路感应电压电流的抑制措施，极大程度上降低了地线的感应电压，给出了包括调制开关、电路设计的直流调制电路框架，最后对架空线路覆冰状态建立模糊隶属函数以进行准确评估，预防事故的发生。

参考文献

[1] 易华，文武，阮江军，等.安八500kV输电线路架空地线降耗融冰接线方式的研究[J].广东电力，2013，26（3）：26-31.

[2] 李世龙，何雨微，刘亚坤，等.500 kV线路下方低压配电线路感应电压问题研究[J].电力系统，2016，35（16）：24-33.

[3] 陶冶.同塔双回线路感应电压电流仿真算法的比较[J].江苏电机工程，2015，34（5）：59-61.

[4] 毛先胤，彭向阳，张峰，等.交流输电线路架空地线感应电压控制策略研究[J].广东电力，2013，26（5）：45-51.

[5] 李宝聚，周浩.淮南皖南浙北沪西1000kV交流同塔双回线路架空地线感应电压和感应电流仿真分析[J].电力系统保护与控制，2011，39（10）：86-89.

[6] 薛辰东，杨晓洪，崔鼎新，等.1000kV交流输电线路架空地线感应电压测试分析[J].高电压技术，2009，35（8）：1802-1806.