夏竹青 石 忻

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

遠(yuǎn)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(dòng)化學(xué)院 2.國網(wǎng)黃石供電公司）

遠(yuǎn)距離無線核相儀是目前電網(wǎng)運(yùn)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(duì)遠(yuǎn)距離無線核相儀的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了說明闡述。

遠(yuǎn)距離核相；電網(wǎng)；衛(wèi)星授時(shí)

0 引言

核相，即確認(rèn)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(hù)過程中一道必不可少的工序。隨著對(duì)供電穩(wěn)定性要求日漸提高，對(duì)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(jìn)步。

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

在市場實(shí)際需求的推動(dòng)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(jìn)行主機(jī)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(hù)中過程中對(duì)核相的全部需求。在核相線路兩端聯(lián)絡(luò)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)時(shí)，不能夠完成核相工作。

在現(xiàn)階段，主要依賴于遠(yuǎn)距離無線核相的方式進(jìn)行核相，通常情況下，遠(yuǎn)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(duì)遠(yuǎn)距離無線核相儀的技術(shù)原理及應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1 遠(yuǎn)距離無線核相儀的原理

1.1 工頻電壓初相角信號(hào)采集原理

工頻電壓初相角信號(hào)采集主要通過過零檢測法來實(shí)現(xiàn)。

通過公式T=1/f可計(jì)算出50Hz工頻電的完成一個(gè)周期的時(shí)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(gè)角度的正弦數(shù)值，當(dāng)一個(gè)圓的半徑繞著這個(gè)圓的圓心按照恒定角速度旋轉(zhuǎn)，半徑和一個(gè)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(gè)時(shí)刻（時(shí)間）就是正弦波的X值。隨著半徑每轉(zhuǎn)動(dòng)，Y值都會(huì)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(diǎn)的時(shí)間差計(jì)算出兩條線路中正弦電的相位差。

1.2 遠(yuǎn)距離衛(wèi)星授時(shí)核相原理

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

但在進(jìn)行遠(yuǎn)距離核相時(shí)，需要使用兩臺(tái)接收機(jī)在兩端聯(lián)絡(luò)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，使用一般的時(shí)鐘電路，由于時(shí)間誤差會(huì)越來越大，難以保證兩臺(tái)接收機(jī)的時(shí)間完全一致，而1ms的誤差，則會(huì)導(dǎo)致18°的相位誤差。因此，為保證相位采集信號(hào)時(shí)間的一致性，因此采用衛(wèi)星授時(shí)的方式實(shí)時(shí)校準(zhǔn)兩臺(tái)接收機(jī)的時(shí)間，而衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)的誤差通常在50μs以下，不會(huì)對(duì)核相造成影響。

衛(wèi)星授時(shí)核相具體原理如下：兩臺(tái)接收機(jī)分別在兩端聯(lián)絡(luò)點(diǎn)進(jìn)行核相，通常情況下，采集器每間隔5s向接收機(jī)發(fā)送一次相位信號(hào)，相位信號(hào)是通過過零檢測法獲取的，然后在兩端聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的工作人員通過對(duì)講機(jī)通知對(duì)方，自己這一端接收機(jī)顯示的相位，相位差≤30°時(shí)，可判定聯(lián)絡(luò)點(diǎn)兩端線路為同相。

2 設(shè)備分系統(tǒng)

2.1 遠(yuǎn)距離衛(wèi)星授時(shí)核相系統(tǒng)

1）遠(yuǎn)距離衛(wèi)星授時(shí)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(shí)主機(jī)，采集器和移動(dòng)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)目煽啃裕岣吡藴y量精度。

2）遠(yuǎn)距離衛(wèi)星授時(shí)核相系統(tǒng)是由甲端設(shè)備和乙端設(shè)備組成，實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)主機(jī)，采集器，移動(dòng)通信電話組成。

4）采集器：采用數(shù)字技術(shù)對(duì)工頻電壓交流信號(hào)初相角過零信號(hào)采集，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、校正、整形后取上升沿信號(hào)送到無線發(fā)射模塊發(fā)射。

5）衛(wèi)星授時(shí)接收主機(jī)：接收主機(jī)通過無線接收模塊將采集器發(fā)射的上升沿信號(hào)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波、整形、數(shù)據(jù)處理后，與衛(wèi)星授時(shí)秒脈沖上升沿比較時(shí)間差換算成度數(shù)，雙方通過手機(jī)進(jìn)行度數(shù)校對(duì)。如果甲乙兩端是同相，那么兩端的工頻相位信號(hào)上升沿與秒脈沖的上升沿時(shí)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(hào)上升沿與秒脈沖的上升沿時(shí)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(yuǎn)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(yuǎn)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(hào)初相角、過零檢測原理，用最新無線藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于交流電信號(hào)傳輸。藍(lán)牙中高速跳頻技術(shù)有著抗干擾強(qiáng)、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2）采集和處理信號(hào)過程：用高內(nèi)阻、低偏流、抗干擾、抗靜電的電子器件，對(duì)高壓交流信號(hào)的初相角進(jìn)行采集，通過濾波電路，將干擾信號(hào)濾掉，然后，對(duì)信號(hào)進(jìn)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(hào)的接收和顯示：接收主機(jī)將兩路無線模塊的輸出信號(hào)接收以后，進(jìn)行數(shù)字濾波、整形，利用過零檢測回路對(duì)信號(hào)進(jìn)行判別，經(jīng)過高速相位比較回路的多次校核，將相位信號(hào)傳輸?shù)斤@示回路。顯示器對(duì)結(jié)果進(jìn)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(shí)遠(yuǎn)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?yàn)榄h(huán)網(wǎng)柜帶電顯示器感應(yīng)點(diǎn)L1、L2、L3是廠家設(shè)計(jì)用來顯示設(shè)備是否帶電的，而不是為了進(jìn)行核相而設(shè)計(jì)的，所以二次接線并不能保證和一次接線的A、B、C完全對(duì)應(yīng)(理論上，L1、L2、L3分別與A、B、C完全對(duì)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(hào)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(jī)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(jìn)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(yuǎn)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(shí)，進(jìn)行遠(yuǎn)距離核相，將X采集器接觸在1號(hào)柜（運(yùn)行進(jìn)線柜）的感應(yīng)點(diǎn)L1＇、L2＇、L3＇上，Y采集器接觸在5號(hào)柜（出線柜）的感應(yīng)點(diǎn)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(hào)柜（出線柜）開關(guān)斷開，然后將2號(hào)柜開關(guān)閉合，再進(jìn)行近距離核相，將X采集器接觸在1號(hào)柜的感應(yīng)點(diǎn)L1＇、L2＇、L3＇上，Y采集器接觸在5號(hào)柜的感應(yīng)點(diǎn)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(yuǎn)距離無線核相儀是目前電網(wǎng)運(yùn)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(shí)間和不必要的經(jīng)濟(jì)損失。然而，隨著科技的發(fā)展，對(duì)供電穩(wěn)定性的要求也在不斷地提高，遠(yuǎn)距離無線核相儀也逐漸無法滿足日常運(yùn)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(dòng)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(dòng)化。

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2016-10-11）