远距离无线核相仪的研究与应用

夏竹青 石 忻

（1.武汉理工大学自动化学院 2.国网黄石供电公司）

远距离无线核相仪的研究与应用

夏竹青1石 忻2

（1.武汉理工大学自动化学院 2.国网黄石供电公司）

远距离无线核相仪是目前电网运维中常用的一种核相设备，其操作简单、便于理解，能够保证核相的准确性，提高供电的可靠率，本文主要针对远距离无线核相仪的设计原理进行了说明阐述。

远距离核相；电网；卫星授时

0 引言

核相，即确认架空线路或配电线路的相序以及相位，是输、配电网的施工、检修和维护过程中一道必不可少的工序。随着对供电稳定性要求日渐提高，对核相的准确性及效率要求也在提高，核相技术也因此在不断地改变和进步。

早期的核相仪采用本地有线核相的方式进行核相，其缺点是装置多、容易受到干扰、当连接线破损时容易造成安全事故或导致设备损坏。

在市场实际需求的推动下，本地有线核相的方式很快便被本地无线核相的方式取代。由于采用无线通讯的方式进行主机与采集器的信息传输，所以避免了有线方式所带来的安全隐患，在装置上也做了精简，使其更便于携带。但本地无线核相的方式仍旧无法满足输、配电网的施工、检修和维护中过程中对核相的全部需求。在核相线路两端联络点距离较远时，不能够完成核相工作。

在现阶段，主要依赖于远距离无线核相的方式进行核相，通常情况下，远距离无线核相仪包含近距离无线核相仪的全部功能。本文针对远距离无线核相仪的技术原理及应用进行阐述。

1 远距离无线核相仪的原理

1.1 工频电压初相角信号采集原理

工频电压初相角信号采集主要通过过零检测法来实现。

通过公式T=1/f可计算出50Hz工频电的完成一个周期的时间为20ms。式中，T为周期，单位是s；f为频率，单位是Hz。

正弦波的瞬间值是一个角度的正弦数值，当一个圆的半径绕着这个圆的圆心按照恒定角速度旋转，半径和一个固定直径（如水平的直径）的夹角的正弦值就是这一刻正弦波的Y值，而这个时刻（时间）就是正弦波的X值。随着半径每转动，Y值都会重复周期出现,所以我可以理解，它的周期就是360°，因而推导出正弦交流电周期的角度是360°。

综上所述，可以通过两条线路中正弦电过零点的时间差计算出两条线路中正弦电的相位差。

1.2 远距离卫星授时核相原理

进行近距离核相时，可同步收集两条线路中过零点的时间，然后进行比较，因信号采集时间误差较小，所以无需使用卫星授时。

但在进行远距离核相时，需要使用两台接收机在两端联络点进行对比，使用一般的时钟电路，由于时间误差会越来越大，难以保证两台接收机的时间完全一致，而1ms的误差，则会导致18°的相位误差。因此，为保证相位采集信号时间的一致性，因此采用卫星授时的方式实时校准两台接收机的时间，而卫星授时技术的误差通常在50μs以下，不会对核相造成影响。

卫星授时核相具体原理如下：两台接收机分别在两端联络点进行核相，通常情况下，采集器每间隔5s向接收机发送一次相位信号，相位信号是通过过零检测法获取的，然后在两端联络点的工作人员通过对讲机通知对方，自己这一端接收机显示的相位，相位差≤30°时，可判定联络点两端线路为同相。

2 设备分系统

2.1 远距离卫星授时核相系统

1）远距离卫星授时核相系统，包括甲端设备和乙端设备两部分，两端设备包括卫星授时主机，采集器和移动通信电话。甲端设备和乙端设备分处两地，它们之间的相位信息的传递充分利用了电话网络资源：各设备之间采用无线传输技术，大大提高了系统使用的安全性与灵活性，保证了传输的可靠性，提高了测量精度。

2）远距离卫星授时核相系统是由甲端设备和乙端设备组成，实现分处两地的电力线相位差的测量，采用了全球定位系统GPS的授时技术，系统需要至少三颗GPS卫星的支持为两地提供统一的时间基准（最大误差≤100μs）。

3）甲乙两端设备分别由卫星授时主机，采集器，移动通信电话组成。

4）采集器：采用数字技术对工频电压交流信号初相角过零信号采集，对信号进行处理、校正、整形后取上升沿信号送到无线发射模块发射。

5）卫星授时接收主机：接收主机通过无线接收模块将采集器发射的上升沿信号输出信号进行滤波、整形、数据处理后，与卫星授时秒脉冲上升沿比较时间差换算成度数，双方通过手机进行度数校对。如果甲乙两端是同相，那么两端的工频相位信号上升沿与秒脉冲的上升沿时间差也相同，通过比较甲乙双方的度数差值定性出“同相”；如果甲乙两端不同相，那么两端的工频相位信号上升沿与秒脉冲的上升沿时间差也不相同，通过比较甲乙双方的度数差值定性出“不同相”，顺相序和逆相序。远距离核相工作方框图如图1所示。

2.2 常规核相系统

图1 远距离核相工作方框图

1）无线高压数字核相仪采用数字技术，利用交流信号初相角、过零检测原理，用最新无线蓝牙技术应用于交流电信号传输。蓝牙中高速跳频技术有着抗干扰强、功耗低、成本低等优点。

2）采集和处理信号过程：用高内阻、低偏流、抗干扰、抗静电的电子器件，对高压交流信号的初相角进行采集，通过滤波电路，将干扰信号滤掉，然后，对信号进行处理、校正、整形后送到无线发射模块输入端。

3）无线信号的接收和显示：接收主机将两路无线模块的输出信号接收以后，进行数字滤波、整形，利用过零检测回路对信号进行判别，经过高速相位比较回路的多次校核，将相位信号传输到显示回路。显示器对结果进行定性（汉字显示“同相”和“不同相”）和定量（数字显示“角度值”）显示。

常规核相工作方框图如图2～图3所示。

2.3 环网柜卫星授时远距离核相

1）环网柜二次核相是合环工作长久以来的难题，因为环网柜带电显示器感应点L1、L2、L3是厂家设计用来显示设备是否带电的，而不是为了进行核相而设计的，所以二次接线并不能保证和一次接线的A、B、C完全对应(理论上，L1、L2、L3分别与A、B、C完全对应，才是正确的核相结果)。因此，二次核相并不能保证结果准确无误。

图2 信号采集器方框图（X采集器和Y采集器方框图一样）

图3 接收主机方框图

为解决这一难题，可以利用通过电缆连接的热备用进线柜与出线柜的开关倒换，来完成环网柜的二次核相工作。具体核相方案如下。

2）远距离核相方案。核相方案步骤一，不同电源核相方案流程如图4所示。

当各开关处于原始状态时，进行远距离核相，将X采集器接触在1号柜（运行进线柜）的感应点L1＇、L2＇、L3＇上，Y采集器接触在5号柜（出线柜）的感应点L1、L2、L3上。

核相方案步骤二，同电源核相方案流程如图5所示。

首先将5号柜（出线柜）开关断开，然后将2号柜开关闭合，再进行近距离核相，将X采集器接触在1号柜的感应点L1＇、L2＇、L3＇上，Y采集器接触在5号柜的感应点L1、L2、L3上。

图4 不同电源核相方案流程图

图5 同电源核相方案流程图

3 结束语

远距离无线核相仪是目前电网运维中常用的一种核相设备，其操作简单、便于理解，能够保证核相的准确性，提高了供电的可靠率，减少了停电时间和不必要的经济损失。然而，随着科技的发展，对供电稳定性的要求也在不断地提高，远距离无线核相仪也逐渐无法满足日常运维的需求。在未来，应该将核相技术、大数据技术、自动化技术相结合，完成真正的核相、转供电的智能化及自动化。

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2016-10-11）