低压配电线路阻抗在线测量技术研究

发表时间：2020-07-27T03:35:37.279Z 来源：《河南电力》2020年3期 作者： 王群洋 贾云茜

[导读] 按照图1所示的接线图，如果在用户i的所有路径分支点上，都使用一个智能电能表（Meteri）测量出该节点供应其各分支节点上的电流，除用户i分支外，图1就等效为图2的典型计算模型。（国网天津市电力公司城西供电分公司 天津 300110）

摘要：低压配电线路在运行中破损、裂化，或者负荷超过其最大承载容量，会直接影响企业和广大居民的供电质量和用电安全。在城乡结合部的群租房、各类出租或经营场所，私拉乱接或违约用电情况严重，安全事故频发。简单快速地获取线路阻抗参数，对线路老化预判、风险预估具有重要作用。随着智能配电网的发展，故障甄别、风险预判等对线路参数获取的实时性、准确性提出了更高的要求，低压配电线路阻抗参数是低压配电领域亟需解决的重要问题。本文对低压配电线路阻抗在线测量技术进行研究。 关键词：低压配电；线路阻抗；测量技术

一、系统结构及测量原理 1．1低压配电网络典型计算模型 典型的低压配电网接线图如图1所示。

低压配电网是多分支的树状网络，其物理拓扑结构相对复杂，为便于分析和建模，在计算某一个具体用户i（i=1，2，…，n）的全路径线路阻抗时，按该用户的单相配电线路分别建模，将低压配电网到该用户的单相路径作为全路径看待，此时该相线路上的其他用户就成为各分支点（分支1～4）及其分支下的多级分支用户，如图1所示。按照图1所示的接线图，如果在用户i的所有路径分支点上，都使用一个智能电能表（Meteri）测量出该节点供应其各分支节点上的电流，除用户i分支外，图1就等效为图2的典型计算模型。

设每个分支节点上其他用户电流Meteri（i=1，…，n）等于该节点下所有分支负荷电流的矢量和，由于台区下居民用户无功较小，因此可以用智能电能表电流有效值之和来替代矢量和，作为该分支测量电能表Meteri的电流。图2中，AC表示低压配电变压器低压侧，Me-ter1～Metern表示安装在低压配电线路各分支点的测量电能表，Load1～Loadn表示各分支点对应的等效低压用户负载。Ｒs为低压配电变压器低压侧等效电源电阻；Ｒd为配网线路侧电阻（包括Ｒd1，Ｒd2，…，Ｒdn）；Ｒcs为配网用户侧电阻（包括Ｒcs1，Ｒcs2，…，Ｒcsn）；Vs为低压配电变压器低压侧电源电压；IL为低压配电变压器低压侧输出电流；Vi为用户侧供电电压（包括V1，V2，…，Vn）；Ui为用户侧用电电压（包括U1，U2，…，Un）；Ii为用户侧负荷电流（包括I1，I2，…，In）。其中，用户侧负荷电流Ii和用户侧用电电压Ui可以通过分支点的测量电表获得，低压配电变压器低压侧输出电流IL可以通过采集各分支点用户侧的累加负荷电流获得，而低压配电变压器可等效成恒压源，Vs可看作是定值。在采集大量的样本数据后，通过各分段线路电压降计算，求解获得线路阻抗值。 1.2低压配电网线路阻抗测量原理

以图2所示低压配电网单相线路简化阻抗计算模型为依据，进行线路阻抗数学模型设计。根据戴维南定理可知，用户i的供电电压Vi等于低压配电变压器低

式（5）中Ui和Ii可由电能表的采样样本获得。因此，可将式（5）看作是一个多元线性方程，对低压配电网单相线路其他分支的进户线阻抗Ｒcsi和线路阻抗Ｒ'd进行求解。 二、系统硬件设计

低压配电网线路阻抗在线测量依托现有的用电信息采集系统，以自动采集的千家万户各节点的海量电压电流数据为基础，依靠主站大数据优势，通过分段求解的方法来计算对应线路的回路阻抗系统主要由安装在用户节点处的智能电能表和采集终端及主站平台组成，节点采集终端通过ＲS－485总线或高速电力线载波（HPLC）方式与智能电能表相连，实现区域内测量节点的电压电流信息同步采集，再通过光纤、以太网或4G方式将同步采集的信息上传至远方主站平台。节点采集终端主要由主处理器芯片、上下行通信接口电路、时钟芯片及存储芯片构成。在主处理器控制下，首先通过时钟芯片获得同步时钟节拍，保证区域内不同节点采集终端时钟同步；然后通过下行通信接口，获取同一时刻的智能电能表电压电流等基础电力信息，并记录于存储芯片；最后通过上行通信接口，在规定时刻将数据传送至主站平台。由远方主站平台上运行的线路阻抗在线测量应用软件，对海量测量数据依据相应算法进行分段计算，最终获得可信的线路阻抗值。 三、系统软件设计 1、实际测量算法

对单个用户来说，同一网络中其他用户负荷发生较大变化时，测量值也会发生较大变化，测量出的回路电阻也会存在较大偏差。但当测量样本达到一定数量时，测量值会趋近于一个期望值，因此这种偏差影响可通过对大量采样样本取其平均变化速率的方式来减少或避免。仍然以用户i为例，假定提取H组（H＞100）样本。用户用电电压值为Ui、同一时刻的用户负荷电流值为Ii，同一网络同一时刻其他用户负荷电流值为In－1，可获取配电线路运行状态的表达式，如下：

式中：R为M次测量结果的均值；Ｒd

为第d次计算出的线路阻抗值。假定系统已经有前序M次测量结果，则根据式（8）～（11）可以获得当前置信区间。第（M+1）次测量结果如果在置信区间之内，则作为有效测量值，并加入有效样本池，重新计算测量结果均值和置信区间；如果在置信区间之外，则可将其看做无效测量值，直接放弃。这样，系统利用大数据的优势，通过不断地过滤不可信数据，随着时间的不断推移，线路回路阻抗计算的准确度将逐步提高。 2、计算步骤

算法的软件计算流程如下：

1）根据网络拓扑结构对线路进行分段，对关键测量节点进行编号。

2）根据线路分段情况，建立各关键测量点的阻抗计算数学模型，各关键测量节点的采集终端按1min周期采集智能电表数据。 3）从全区域海量测量数据中提取H组测量样本，取均值，建立数学模型。

4）根据全区域测量节点数据，从测量数据中连续提取N次H组测量样本，建立N组多元一次方程组。 5）求解该超定方程组，获得该测量节点的线路全线阻抗值。

6）检验该计算结果是否符合可信样本池的T分布，如果符合，则获得该测量节点的线路全段阻抗可信测量值，并可将其放进可信样本池。反之，则放弃本次计算结果，准备下次测量流程。 四、实验结果与分析

采用实际测量算法对一条实际线路段进行在线阻抗测量，线路等效物理拓扑结构如图4所示，线路型号为YV－50。其中，实际线路段为台区变压器的某一单相出线，对所辖区域内用户进行编号，对用户1～用户10进行阻抗测量，并与实际值进行对比分析。

假定系统每分钟进行一次全线路段所有用户电能表测量点数据采集，每天可获得1440个样本数据，分别从中提取H个样本（H可以是100或1000）进行阻抗计算，结果见表1。

从表1可以看出，当提取样本数量为100时，线路阻抗测量误差在4．09%～6．13%，当提取样本数量为1000时，线路阻抗测量误差在2．5%之内，测量精度明显提高。因此可见，当提取样本数量进一步增加时，线路阻抗测量结果的精度也将随之提高。由此说明，本文的方法具有较高的测量精度。 结束语

本文针对低压配电网实际运行线路现状，利用现场已经安装的大量智能电能表采集测量数据，实现线路阻抗在线测量，测量结果充分验证了本文测量算法的有效性和可行性。在实际应用中，测量算法精度受到智能电表采样数据精度的影响。智能电表采样数据精度高，则线路阻抗测量误差小；智能电表采样数据精度低，则线路阻抗测量误差大。在大数据的支持下，本文所提方法实现了对低压配电线路阻抗的精确测量，有较高的推广应用价值。 参考文献：

［1］罗世刚，王林信，张勇红，等．基于GPＲS的低压电力线载波阻抗自动测试系统［J］．农村电气化，2018，373（6）：41－43． ［2］郭强．试验电源对变压器低电压短路阻抗试验的影响［J］．电工电气，2017（12）：56－58．

作者简介：王群洋（1992.8-），男，汉族，河南驻马店，大学本科，助理工程师，研究方向：配电线路及自动化。