一種實(shí)用的新型高壓無(wú)線核相裝置的設(shè)計(jì)

董國(guó)威，汪　雷，宋　毅，宋根華

(國(guó)網(wǎng)宣城供電公司， 安徽 宣城 242000)

在準(zhǔn)周期信號(hào)中,相位是主要要素。信號(hào)處理和電子測(cè)量的主要內(nèi)容是對(duì)相位及相位差進(jìn)行測(cè)量。高壓線路與低壓線路之間需要進(jìn)行相位差檢測(cè)，如對(duì)三相電不平衡度進(jìn)行測(cè)量主要是對(duì)三相線路電壓相位差進(jìn)行測(cè)量，而對(duì)避雷器阻性電流進(jìn)行檢測(cè)主要是對(duì)總電流和電壓之間的相位差進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)新建變電站和發(fā)電站投產(chǎn)及并網(wǎng)之前，以及擴(kuò)建輸變電工程，對(duì)主設(shè)備進(jìn)行改造后，在工程竣工投運(yùn)時(shí)需要進(jìn)行核相試驗(yàn)，也就是業(yè)界通常所說(shuō)的定相。定相主要是核對(duì)相位和相序，需要對(duì)并網(wǎng)兩電網(wǎng)對(duì)應(yīng)相的相位差進(jìn)行測(cè)量[1]。我國(guó)在對(duì)高低壓線路進(jìn)行相位檢測(cè)時(shí)通常采用有線檢測(cè)方式，尤其是在高壓線路相位檢測(cè)中。但這種檢測(cè)方式通常需要將兩個(gè)裝置在兩根導(dǎo)線之前進(jìn)行同時(shí)接觸，而有線檢測(cè)過(guò)程中會(huì)帶有長(zhǎng)長(zhǎng)的拖線，使用不方便，在高壓檢測(cè)時(shí)也具有較大的危險(xiǎn)性。高壓無(wú)線核相裝置在西方發(fā)達(dá)國(guó)家早就得到了開發(fā)與使用，為了對(duì)我國(guó)現(xiàn)有高壓線路相位有線檢測(cè)方式的弊端加以改善，減少高壓線路相位檢測(cè)的危險(xiǎn)，本文設(shè)計(jì)一種實(shí)用的新型高壓無(wú)線核相裝置，對(duì)電力線路參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，為業(yè)界工作展開提供借鑒。

1　高壓無(wú)線核相裝置的總體結(jié)構(gòu)

高壓無(wú)線核相裝置主要是由接受裝置與發(fā)送裝置組成，兩個(gè)裝置之間的連接關(guān)系主要是由電極來(lái)實(shí)現(xiàn)，用導(dǎo)線進(jìn)行連接。電極不僅是接受裝置與發(fā)送裝置的發(fā)射天線，也是作為接收信號(hào)天線，在使用過(guò)程中通過(guò)絕緣操作桿將發(fā)送裝置掛在導(dǎo)線上，而絕緣操作桿將接收裝置頂在導(dǎo)線上[2]。當(dāng)發(fā)送裝置在工作狀態(tài)向接收裝置發(fā)射無(wú)線信號(hào)時(shí)，該信號(hào)具有相位特性，當(dāng)接收裝置和帶電被測(cè)導(dǎo)線產(chǎn)生接觸時(shí)，對(duì)發(fā)送裝置所發(fā)射的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行接受，并將自身所測(cè)量的相位信號(hào)和所接受的相位信號(hào)之間進(jìn)行比較，根據(jù)其相位差的不同，所產(chǎn)生的聲光信號(hào)也不同，從而判斷該聲光信號(hào)是同相還是異相。

2　高壓無(wú)線核相裝置設(shè)計(jì)

2.1　發(fā)送裝置

在高壓無(wú)線核相裝置設(shè)計(jì)中，發(fā)送裝置的主要組成包括窗口比較器、發(fā)送模塊、發(fā)送天線、信號(hào)采集處理電路、驅(qū)動(dòng)模塊、聲光信號(hào)電路、計(jì)數(shù)器、頻率可調(diào)方波發(fā)生器等。而發(fā)送天線也是信號(hào)采集處理電路的一部分。在相位測(cè)量時(shí)，按照電磁場(chǎng)理論，線路和電極之間耦合產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。將有相位關(guān)系的頻率作為工頻，并產(chǎn)生電磁信號(hào)，在電極電感線圈上電磁信號(hào)會(huì)感應(yīng)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，并根據(jù)諧振電路所具有的選頻特點(diǎn)，取出有相位關(guān)系的電網(wǎng)電壓信號(hào)，將其與相位為零并經(jīng)窗口比較器整形后的基準(zhǔn)方波信號(hào)加以比較，將比較所得的差值作為電網(wǎng)電壓信號(hào)初相角[3]。將初相角發(fā)送到發(fā)送模塊時(shí)，發(fā)送模塊對(duì)接收的相位信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，再將其發(fā)送給接收裝置。

在發(fā)送模塊設(shè)計(jì)中，采用DC-100 kHz的調(diào)制速度對(duì)幅移相控信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，工作頻率控制在400～450 MHz。頻率可調(diào)方波發(fā)生器產(chǎn)生基準(zhǔn)的方波信號(hào)，根據(jù)電網(wǎng)頻率將其頻率范圍確定為45～55 Hz之間。計(jì)數(shù)器在發(fā)射裝置啟動(dòng)后自檢計(jì)數(shù)，自檢結(jié)束后，發(fā)送裝置啟動(dòng)會(huì)將具有相位信息的調(diào)制信號(hào)發(fā)送給接收裝置。驅(qū)動(dòng)模塊則主要是在驅(qū)動(dòng)發(fā)光管和蜂鳴器中使用，也就是產(chǎn)業(yè)聲光信號(hào)。在信號(hào)自檢時(shí)，蜂鳴器會(huì)連續(xù)鳴叫，這時(shí)所有的發(fā)光管同時(shí)閃爍，而閃爍的次數(shù)則由計(jì)數(shù)器進(jìn)行統(tǒng)一控制[4]。在自檢結(jié)束之后蜂鳴器停止鳴叫，這時(shí)只有一只發(fā)光管燈亮，則說(shuō)明高壓線路有電流存在，發(fā)送裝置處于工作狀態(tài)中，正在對(duì)信號(hào)進(jìn)行發(fā)送。

2.2　接收裝置設(shè)計(jì)

接收裝置的主要組成部分包括窗口比較器、接收模塊、信號(hào)采集處理電路、接收天線、聲光信號(hào)電路、頻率可調(diào)方波發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)模塊等[5]。接收天線也是一種信號(hào)采集處理電路，在對(duì)相位進(jìn)行測(cè)量時(shí)，發(fā)射裝置將含有初相角的相位信號(hào)進(jìn)行調(diào)制發(fā)送給接收裝置。將初相角和接受模塊所接受的相位信號(hào)在窗口比較器進(jìn)行相位比較，比較所得的差值就是兩條線路測(cè)量相位差。但電網(wǎng)頻率在運(yùn)行過(guò)程中并不總是絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的，基準(zhǔn)頻率也不是和電網(wǎng)基準(zhǔn)頻率相一致，因此所測(cè)量相位差存在一定的偏差，在所測(cè)量線路相位差之間小于10°時(shí)為同相，當(dāng)線路相位差大于30°則為異相[6]。

接受模塊解調(diào)速度通常為433.90 MHz，工作頻率為450 MHz左右，接受信號(hào)靈敏度為-100 dBm，為確保使用效果達(dá)到最佳，接收天線長(zhǎng)度通常為15 cm左右。在接收試驗(yàn)中，如高壓線路電壓為10 kV，接受天線長(zhǎng)度為15 cm，接收裝置和測(cè)試導(dǎo)線之間的距離為5 cm，在設(shè)定的距離范圍內(nèi)信號(hào)可以正常接收。而當(dāng)高壓線路為30 kV時(shí)，接受天線長(zhǎng)度15 cm，接收裝置和測(cè)試導(dǎo)線之間距離在1～20 cm范圍內(nèi)信號(hào)都可以正常接收，但接收裝置和測(cè)試線路之間相接觸的部分則不能正常接收信號(hào)。當(dāng)接收天線長(zhǎng)度減少為6 cm時(shí)，與測(cè)試線路相接處部分的信號(hào)則可以正常接收，因此實(shí)際接收天線長(zhǎng)度通常取6 cm左右，使接收距離降低。

頻率可調(diào)方波發(fā)生器產(chǎn)生基準(zhǔn)的方波信號(hào)，根據(jù)電網(wǎng)頻率將其頻率范圍確定為45～55 Hz之間[7]。驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)發(fā)光管和蜂鳴器，在核相時(shí)如果為同相，則蜂鳴器會(huì)發(fā)生連續(xù)鳴叫，這時(shí)所有的發(fā)光管會(huì)同時(shí)閃爍。如果核相為異相，則蜂鳴器會(huì)停止鳴叫，這時(shí)只有一只發(fā)光管燈亮，說(shuō)明相位為異相，線路有電流流過(guò)。

3　結(jié)束語(yǔ)

高壓無(wú)線核相裝置是一種新型相位檢測(cè)方式，可以對(duì)10～35 kV的高壓線路進(jìn)行安全核相，且使用較為方便。在核相過(guò)程中接收裝置與發(fā)送裝置之間無(wú)需采用導(dǎo)線進(jìn)行連接，相位信息通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行傳送，和有線檢測(cè)方式相比較而言，這種核相方式更加簡(jiǎn)單、快捷，同時(shí)也減少了在對(duì)高壓線路核相時(shí)存在的危險(xiǎn)因素。發(fā)送裝置和接收裝置均使用堿性電池為信號(hào)的接收和發(fā)送提供電力支持。兩個(gè)裝置之間的距離一般根據(jù)用戶的需求來(lái)進(jìn)行明確，根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看距離通常為10 cm以上。而工作狀態(tài)的開啟和關(guān)閉無(wú)需再另設(shè)開關(guān)裝置。當(dāng)測(cè)試裝置和導(dǎo)線之間相接觸后，統(tǒng)一采用電磁信號(hào)來(lái)對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行控制。發(fā)送模塊和接收模塊都采用微功耗設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。與此同時(shí)，接收裝置和發(fā)送裝置也可以作為高壓線路驗(yàn)電器。

在設(shè)計(jì)高壓無(wú)線核相裝置的過(guò)程中主要采用放電管加去耦電容等措施，使電磁場(chǎng)干擾問(wèn)題以及無(wú)線數(shù)據(jù)通信問(wèn)題得到有效解決；同時(shí)采用窗口比較器和諧振電路使無(wú)線檢測(cè)相位采集問(wèn)題得以解決。無(wú)線核相裝置在業(yè)界值得進(jìn)一步研究和推廣，高壓線路電力參數(shù)測(cè)量與檢測(cè)采用無(wú)線檢測(cè)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)高壓線路檢測(cè)工作來(lái)說(shuō)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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