基于户内环网柜智能核相方法研究

杨平礼 任明远 李春华 李强仁 陈振勇

摘 要：环网柜在配电网络体系中发挥着重要的作用。户内环网柜智能核相方法的应用，可以在提升户内环网柜智能化水平的基础上，为整体配网性能的优化提供保障。文章从智能化环网柜系统的整体结构设计与功能优势入手，对基于户内环网柜的智能核相方法进行了探究。

关键词：户内环网柜；智能核相方法；相位检测方法

中图分类号：TM72 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）28-0126-02

Abstract： Ring cabinets play an important role in the distribution network system. The application of intelligent phase checking method of indoor ring network cabinet can provide guarantee for the optimization of overall distribution network performance on the basis of raising the intelligent level of indoor ring network cabinet. Starting with the overall structural design and functional advantages of the intelligent ring network cabinet system， this paper probes into the intelligent phase checking method based on the indoor ring network cabinet.

Keywords： indoor ring network cabinet； intelligent phase checking method； phase detection method

環网柜在电力系统法术配电及电能消耗中发挥着开断、关合线路，监测运行电量数据的功能。它可以在利用网络机制实施自动化运作的基础上，为供电部门的远程智能化指挥管理提供保障，进而发挥出提升供电管理效率与供电管理质量的作用。随着配电网络系统整体负荷压力的增加，传统环网柜系统已经难以满足电网系统的实际需求，智能化环网柜系统在电网系统中的应用，已经成为了电力系统运行可靠性的保障因素。

1 智能化环网柜系统的整体结构设计与功能优势

1.1 智能化环网柜系统的整体结构设计

环网柜具有密封性能强、绝缘性能良好和后期保养简单的优势[1]。它可以为配电网系统的正常运行提供保障。一般情况下，智能化环网柜系统主要包含有以下内容：一是环网柜系统的控制模块；二是环网柜的电源自供操作系统；三是环网柜系统的臭氧绝缘监测设备；四是环网柜的无源闭锁装置。出于满足环网柜系统的智能化需求，设计人员需要在为环网柜的基础功能提供保障的基础上，对各个模块进行智能化创新。如在智能化环网柜系统的控制模块设计方面，相关人员需要为户内环网柜的遥信功能与远程网络通信功能等功能提供保障，精准化的遥信算法可以在消除智能控制模块中的遥信抖动与通信误动的基础上，对系统状态进行有效记录，遥控功能可以为环网柜智能化远程操作体系的正常运行提供保障。

1.2 智能化环网柜系统的功能优势

智能化环网柜系统的功能优势主要表现在以下方面：一是，技术指标方面；二是系统结构；三是环网柜系统的整体功能性。通过对环网柜系统的系统结构进行分析，智能化装置与集成化装置的应用，有助于配网系统开关站的集中式监控体系的构建，插箱式结构与紧凑结构的应用，也可以发挥出节约装置空间的作用。在环网柜系统整体功能性方面，智能化环网柜系统可以为配网系统开关站集中式监控体系的构建提供支持，也可以让系统闭锁方式得到优化，故而智能化户外环网柜在电力系统具有着较为广阔的应用前景。

2 户内环网柜的智能核相方式

2.1 户内环网柜核相方式存在的问题

高压柜内两路或多路电缆进线的相位核对，是电力系统相关操作人员在开关站开闭所、户内环网柜合环供电路时不可缺少的措施[2]。在核相工作开展过程中，相关人员会让两核向棒接触高压回路的导电体，并通过利用电压表测量两核相棒的二次电压的方式，确定两个高压回路的对应相位。这种核相方式是利用核相棒直接从高压回路提取信号的措施，在核相工作实施过程中，相关人员需要在解开高压开关柜柜锁的情况下开展核相作业，核相过程存在着违反操作规程的问题。核相期间出现的重大责任事故会严重影响人身安全和设备安全。在两个高压回路中接入具有相同支柱的绝缘子式传感器的措施也是一种较为常用的核相措施。支柱绝缘子式传感器可以将二次信号引至插座，相关人员可以将移动式核相器安装于插座之上，并借助核相器内包含的交流指示器开展核相操作。根据这一核相措施的实施情况，核相器中应用有高电阻值的电压表和氖灯。设备在核相工作开展过程中会表现出携带不便及易损坏的问题。除此以外，这一核相方式并不能在距离相对较远的户内环网柜核相工作开展过程中。根据户内环网柜核相方式的应用现状，户内环网柜智能核相方式的应用，是促进户内环网柜系统智能化水平提升的有效措施。

2.2 户内环网柜的智能核相方法

根据智能控制技术的发展现状，适用于户内环网柜核相工作的核相方法主要包含有以下内容：一是，过零点检测法；二是，Prony法；三是，相关分析法；四是，波形变换法；五是瞬时值法。以过零点检测法为例，这一核相方法与两个或多个同频信号过零点的时差之间具有一定的联系，在过零点检测法应用于户内环网柜核相领域以后，相关人员可以在计算两个或多个同频信号过零点的信号差的基础上，将时间差转变为相位差[3]。下图所示的内容为过零点检测法的应用效果图。

根据图中所反映的内容，S1和S2指代的内容为两种同频化的正弦信号；T1和T2可以被看作是两种正弦信号相邻的过零点时刻，ΔT可以被看作是T1与T2之间的时间差。根据上述内容，相关人员可以借助信号采样周期信号和时间差内的采样点数等参数，将时间差转化为相位差。在难以直接测取过零点的情况下，相关人员可以根据过零点附近的电压正负变换特点，确定与2个正负电压相邻的采样点，进而确定过零点的位置。Prony法是建立在谱分析技术基础之上的信号处理技术，它可以在提取信号特征量的基础上，对给定信号的频率、幅值和相位等内容进行分析。相关分析法在户内环网柜核相工作开展过程中，发挥出良好的噪声抑制能力[4]。离散傅里叶变换法是瞬时值法的代表因素。在离散傅里叶变换法应用于户内环网柜智能核相工作以后，相关人员可以在无需滤波的情况下，完成多个分量的计算。

2.3 户内相位检测方法的选择

通过对不同的相位测量方式进行分析，过零点检测法是易于实现的一种智能化核相方法；这种核相方法在实际应用过程中，可以表现出实时性强的特点，但是在被测信号出现一定波动的情况下，过零点检测法的检测结果会产生一定的误差[5]。Prony法可以在低频震荡分析领域发挥自身的作用，但是在实际应用过程中也会出现抗干扰能力差的问题。根据户内相位检测工作的实际情况，这种检测方式也可以在频率估计及谐波分析等领域得到应用。相关分析法虽然具有噪声抑制能力强的优势，但是它对硬件设备的要求相对较高，在核相工作实施过程中，也会表现出缺乏实时性的问题。离散傅里叶变换法是一种较为理想的户内相位检测方式，这一检测方式的滤波作用相对良好，其在实际应用过程中也可以表现出计算精准和计算速度快的优势。

2.4 电力核相系统的软硬件设计

根据智能控制的电力核相技术的发展现状，嵌入式硬件是户内环网柜智能核相工作中常用的一种核相系统。与之相关的嵌入式硬件多应用有32位主流架构。X86、ARM等微处理器是户内环网柜智能核相系统中常用的硬件类型。以ARM处理器为例，此类处理器在实际应用过程中具有体积小、功耗低和低成本等优势。它可以大量使用寄存器的基础上，促进指令执行速度的提升。指令长度的固定化也是此类处理器的主要特点。

在电力核相系统软硬件设计方面，智能化的电力核相系统主要由电力线、数据采集电路和嵌入式系统平台等多部分内容构成。数据采集电路和嵌入式平台电路可以被看作是系统之中的两大核心线路。数据采集电路可以发挥出采集电力线信号模拟量的作用。根据户内环网柜系统的实际特点，此类设备的核相以二次核相为主，故而电压互感器的电路设计与整形电路需要满足二次核相的实际需求。ADRAM存储系统和FLASH存储系统等系统也在嵌入使平台的核心电路之中发挥着一定的作用。

在系统软件平台设计方面，Linux系统是户内环网柜智能核相系统中的常用系统。与之相关的设备驱动程序需要满足设备初始化、数据传送（数据在内核与硬件之间的传送）和数据读取等功能。为提升智能核相系统的可操作性，系统设计者也可以将GoAhead服务器应用于系统的软件平台之中。B/S模式与Web服务之间的融合，可以为系统的电网远程实时监控功能提供一定的保障。在系统允许的情况下，设计者也可以通过谐波分析和功率分析等方式，增加监控信息。

3 結束语

户内环网柜传统核相工作具有一定的复杂性。基于智能控制的电力核相系统的应用，是提升户内环网柜智能化管理水平，提升核相工作安全性的可行措施。根据户内环网柜的实际特点，离散傅里叶转换法可以为核相结果的精度与准确度提供保障。嵌入式linux实时操作系统设计可以为系统的嵌入式特性提供保障。在户内环网柜智能核相方法应用于核相工作以后，相关人员也可以借助和核相系统，对电网系统进行实时监控。

参考文献：

[1]吴良云，韩云，陈友强.12kV固体绝缘环网柜的研究与发展现状[J].电气技术，2017（06）：8-12.

[2]庄世宁.环网柜状态监测与故障告警系统的设计与实现探讨[J].通讯世界，2015（21）：136-137.

[3]解蕾，姚建歆，李烽，等.基于超级电容的智能环网柜电源自供操作系统的设计[J].华东电力，2014，42（12）：2604-2606.

[4]崔雪宁.环网柜在配电系统中统一化的探讨[J].河南电力，2013（04）：34-36.

[5]刘建锋，王守德，王大伟，等.基于IEC61850标准的环网柜在线状态监测系统研究[J].电网与清洁能源，2016（12）：55-58.