遠距離無線核相儀的研究與應(yīng)用

夏竹青 石 忻

（1.武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院 2.國網(wǎng)黃石供電公司）

遠距離無線核相儀的研究與應(yīng)用

夏竹青1石 忻2

（1.武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院 2.國網(wǎng)黃石供電公司）

遠距離無線核相儀是目前電網(wǎng)運維中常用的一種核相設(shè)備，其操作簡單、便于理解，能夠保證核相的準(zhǔn)確性，提高供電的可靠率，本文主要針對遠距離無線核相儀的設(shè)計原理進行了說明闡述。

遠距離核相；電網(wǎng)；衛(wèi)星授時

0 引言

核相，即確認架空線路或配電線路的相序以及相位，是輸、配電網(wǎng)的施工、檢修和維護過程中一道必不可少的工序。隨著對供電穩(wěn)定性要求日漸提高，對核相的準(zhǔn)確性及效率要求也在提高，核相技術(shù)也因此在不斷地改變和進步。

早期的核相儀采用本地有線核相的方式進行核相，其缺點是裝置多、容易受到干擾、當(dāng)連接線破損時容易造成安全事故或?qū)е略O(shè)備損壞。

在市場實際需求的推動下，本地有線核相的方式很快便被本地?zé)o線核相的方式取代。由于采用無線通訊的方式進行主機與采集器的信息傳輸，所以避免了有線方式所帶來的安全隱患，在裝置上也做了精簡，使其更便于攜帶。但本地?zé)o線核相的方式仍舊無法滿足輸、配電網(wǎng)的施工、檢修和維護中過程中對核相的全部需求。在核相線路兩端聯(lián)絡(luò)點距離較遠時，不能夠完成核相工作。

在現(xiàn)階段，主要依賴于遠距離無線核相的方式進行核相，通常情況下，遠距離無線核相儀包含近距離無線核相儀的全部功能。本文針對遠距離無線核相儀的技術(shù)原理及應(yīng)用進行闡述。

1 遠距離無線核相儀的原理

1.1 工頻電壓初相角信號采集原理

工頻電壓初相角信號采集主要通過過零檢測法來實現(xiàn)。

通過公式T=1/f可計算出50Hz工頻電的完成一個周期的時間為20ms。式中，T為周期，單位是s；f為頻率，單位是Hz。

正弦波的瞬間值是一個角度的正弦數(shù)值，當(dāng)一個圓的半徑繞著這個圓的圓心按照恒定角速度旋轉(zhuǎn)，半徑和一個固定直徑（如水平的直徑）的夾角的正弦值就是這一刻正弦波的Y值，而這個時刻（時間）就是正弦波的X值。隨著半徑每轉(zhuǎn)動，Y值都會重復(fù)周期出現(xiàn),所以我可以理解，它的周期就是360°，因而推導(dǎo)出正弦交流電周期的角度是360°。

綜上所述，可以通過兩條線路中正弦電過零點的時間差計算出兩條線路中正弦電的相位差。

1.2 遠距離衛(wèi)星授時核相原理

進行近距離核相時，可同步收集兩條線路中過零點的時間，然后進行比較，因信號采集時間誤差較小，所以無需使用衛(wèi)星授時。

但在進行遠距離核相時，需要使用兩臺接收機在兩端聯(lián)絡(luò)點進行對比，使用一般的時鐘電路，由于時間誤差會越來越大，難以保證兩臺接收機的時間完全一致，而1ms的誤差，則會導(dǎo)致18°的相位誤差。因此，為保證相位采集信號時間的一致性，因此采用衛(wèi)星授時的方式實時校準(zhǔn)兩臺接收機的時間，而衛(wèi)星授時技術(shù)的誤差通常在50μs以下，不會對核相造成影響。

衛(wèi)星授時核相具體原理如下：兩臺接收機分別在兩端聯(lián)絡(luò)點進行核相，通常情況下，采集器每間隔5s向接收機發(fā)送一次相位信號，相位信號是通過過零檢測法獲取的，然后在兩端聯(lián)絡(luò)點的工作人員通過對講機通知對方，自己這一端接收機顯示的相位，相位差≤30°時，可判定聯(lián)絡(luò)點兩端線路為同相。

2 設(shè)備分系統(tǒng)

2.1 遠距離衛(wèi)星授時核相系統(tǒng)

1）遠距離衛(wèi)星授時核相系統(tǒng)，包括甲端設(shè)備和乙端設(shè)備兩部分，兩端設(shè)備包括衛(wèi)星授時主機，采集器和移動通信電話。甲端設(shè)備和乙端設(shè)備分處兩地，它們之間的相位信息的傳遞充分利用了電話網(wǎng)絡(luò)資源：各設(shè)備之間采用無線傳輸技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)使用的安全性與靈活性，保證了傳輸?shù)目煽啃?，提高了測量精度。

2）遠距離衛(wèi)星授時核相系統(tǒng)是由甲端設(shè)備和乙端設(shè)備組成，實現(xiàn)分處兩地的電力線相位差的測量，采用了全球定位系統(tǒng)GPS的授時技術(shù)，系統(tǒng)需要至少三顆GPS衛(wèi)星的支持為兩地提供統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)（最大誤差≤100μs）。

3）甲乙兩端設(shè)備分別由衛(wèi)星授時主機，采集器，移動通信電話組成。

4）采集器：采用數(shù)字技術(shù)對工頻電壓交流信號初相角過零信號采集，對信號進行處理、校正、整形后取上升沿信號送到無線發(fā)射模塊發(fā)射。

5）衛(wèi)星授時接收主機：接收主機通過無線接收模塊將采集器發(fā)射的上升沿信號輸出信號進行濾波、整形、數(shù)據(jù)處理后，與衛(wèi)星授時秒脈沖上升沿比較時間差換算成度數(shù)，雙方通過手機進行度數(shù)校對。如果甲乙兩端是同相，那么兩端的工頻相位信號上升沿與秒脈沖的上升沿時間差也相同，通過比較甲乙雙方的度數(shù)差值定性出“同相”；如果甲乙兩端不同相，那么兩端的工頻相位信號上升沿與秒脈沖的上升沿時間差也不相同，通過比較甲乙雙方的度數(shù)差值定性出“不同相”，順相序和逆相序。遠距離核相工作方框圖如圖1所示。

2.2 常規(guī)核相系統(tǒng)

圖1 遠距離核相工作方框圖

1）無線高壓數(shù)字核相儀采用數(shù)字技術(shù)，利用交流信號初相角、過零檢測原理，用最新無線藍牙技術(shù)應(yīng)用于交流電信號傳輸。藍牙中高速跳頻技術(shù)有著抗干擾強、功耗低、成本低等優(yōu)點。

2）采集和處理信號過程：用高內(nèi)阻、低偏流、抗干擾、抗靜電的電子器件，對高壓交流信號的初相角進行采集，通過濾波電路，將干擾信號濾掉，然后，對信號進行處理、校正、整形后送到無線發(fā)射模塊輸入端。

3）無線信號的接收和顯示：接收主機將兩路無線模塊的輸出信號接收以后，進行數(shù)字濾波、整形，利用過零檢測回路對信號進行判別，經(jīng)過高速相位比較回路的多次校核，將相位信號傳輸?shù)斤@示回路。顯示器對結(jié)果進行定性（漢字顯示“同相”和“不同相”）和定量（數(shù)字顯示“角度值”）顯示。

常規(guī)核相工作方框圖如圖2～圖3所示。

2.3 環(huán)網(wǎng)柜衛(wèi)星授時遠距離核相

1）環(huán)網(wǎng)柜二次核相是合環(huán)工作長久以來的難題，因為環(huán)網(wǎng)柜帶電顯示器感應(yīng)點L1、L2、L3是廠家設(shè)計用來顯示設(shè)備是否帶電的，而不是為了進行核相而設(shè)計的，所以二次接線并不能保證和一次接線的A、B、C完全對應(yīng)(理論上，L1、L2、L3分別與A、B、C完全對應(yīng)，才是正確的核相結(jié)果)。因此，二次核相并不能保證結(jié)果準(zhǔn)確無誤。

圖2 信號采集器方框圖（X采集器和Y采集器方框圖一樣）

圖3 接收主機方框圖

為解決這一難題，可以利用通過電纜連接的熱備用進線柜與出線柜的開關(guān)倒換，來完成環(huán)網(wǎng)柜的二次核相工作。具體核相方案如下。

2）遠距離核相方案。核相方案步驟一，不同電源核相方案流程如圖4所示。

當(dāng)各開關(guān)處于原始狀態(tài)時，進行遠距離核相，將X采集器接觸在1號柜（運行進線柜）的感應(yīng)點L1＇、L2＇、L3＇上，Y采集器接觸在5號柜（出線柜）的感應(yīng)點L1、L2、L3上。

核相方案步驟二，同電源核相方案流程如圖5所示。

首先將5號柜（出線柜）開關(guān)斷開，然后將2號柜開關(guān)閉合，再進行近距離核相，將X采集器接觸在1號柜的感應(yīng)點L1＇、L2＇、L3＇上，Y采集器接觸在5號柜的感應(yīng)點L1、L2、L3上。

圖4 不同電源核相方案流程圖

圖5 同電源核相方案流程圖

3 結(jié)束語

遠距離無線核相儀是目前電網(wǎng)運維中常用的一種核相設(shè)備，其操作簡單、便于理解，能夠保證核相的準(zhǔn)確性，提高了供電的可靠率，減少了停電時間和不必要的經(jīng)濟損失。然而，隨著科技的發(fā)展，對供電穩(wěn)定性的要求也在不斷地提高，遠距離無線核相儀也逐漸無法滿足日常運維的需求。在未來，應(yīng)該將核相技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、自動化技術(shù)相結(jié)合，完成真正的核相、轉(zhuǎn)供電的智能化及自動化。

[1]United States Department of Energy Office of Electric Transmission and Distribution.“GRID 2030” A NATIONAL VISION FOR ELECTRICITY'S SECOND 100YEARS[R].USA:United States Department of Energy Office of Electric Transmission and Distribution,2003.

[2]張濤.智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究,2014(9).

[3]馬志進.配電網(wǎng)統(tǒng)一相色標(biāo)識系統(tǒng)[J].農(nóng)村電氣化,2014(8)：38-40.

[4]溫麗娜,吳忠,藍道林,等.云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的研究[J].電工文摘,2015(5):50-52.

[5]都文蔚.廣義核相技術(shù)研究與其在浦東電網(wǎng)運行工作中的應(yīng)用[J].電氣工程,2013(2).

2016-10-11）