一种非接触式远程相序识别的设备和方法
2019-07-12斯荣罗伟明范伟松
斯荣 罗伟明 范伟松
(深圳供电局有限公司宝安供电局、深圳宝安区6区宝农巷118号，广东 深圳 518100)
一、相序识别线状
目前，国内外大部分高电压系统都是直接核相和间接核相方法。直接核相一般适用于110kV及以下电压等级，在运行电压下，使用2根电阻值相同的高绝缘、高阻值的核相棒直接接触待核定的二相高压线，被测高压降压后引入核相装置，读取连接2个核相棒的微安表电流数值，根据广义交流电桥的原理，判断待测的2根高压线是否同相。这种方法的主要弊端是：与高压导线直接接触，核相装置间有连接导线，严重依赖材料的绝缘强度和制造工艺，雨天、潮湿、污秽、障碍物等复杂工况不能使用；需要4人以上才能完成操作，存在较大安全隐患。间接核相一般适用于220kV及以上电压等级，在现场不具备直接核相条件时，利用连接在两相高压导线上的同型号的电压互感器，通过电压互感器二次侧进行间接核定。这种方法的主要弊端是：需要多次调整系统一次接线，多次操作输变电设备，繁琐，容易出差错；电压互感器与系统电容可能发生铁磁谐振，引起过电压而损坏设备，造成人身与系统事故；需要多部门、多班组协作，工作流程长、效率低。
在利用非接触式方法来进行高电压系统的相位识别目前运用尚不完善，尤其将其运用于配电网，更未见明显报道。因此，该方法具有广泛的前景。
二、非接触式远程相序识别设备提出
非接触式电流测量装置，体积小、无短路危险、应用范围广，因此具有很好的发展前景。采用非接触式电流测量技术和远程相序识别技术，可以达到安全监测、在设备不停电情况下快速、自动检测，各组件之间所交换的数据通过不同形式的无线技术传输，避免接线错误带来的危险以及增加现场测量的自由度，能用来识别或检测电力网络任何点(设备、线路等)的相序相别。非接触式远程相序识别设备主要由网络模块、采样模块、相位显示模块、GPS模块、MCU组成。
网络模块包括Wifi、Zigbee、蜂窝网络(4G/3G/2G)、蓝牙、射频，用以实现无线传输技术将装置监测的电能参数和相位信息传输到云平台，实现设备的信息的在线监测。
采样模块包括电流互感器、罗氏线圈、电流霍尔等对电流进行采样，用以实现非接触式电流测量，将电流数据传输至MCU。
相位显示模块通过翻牌显示等方式实现相序显示。
GPS模块是集成了RF射频芯片、基带芯片和核心CPU，并加上相关外围电路而组成的一个集成电路。用于获取GPS卫星发射的时间来达到时间同步。
微控制单元(Microcontroller Unit;MCU)，作为协同单元及数据数据处理单元，用于获取采集模块采集到的数据、网络模块获取服务器的数据、从GPS模块获取时间，并将数据汇总处理，最后通过相位显示模块进行区分显示。
三、非接触式远程相序识别方法
在电网配电站设置唯一的A相基准点终端，从A相基准点终端通过GPS模块获取精准的授时t0作为参考时刻，并分析采样获得的电流数据，根据公式1计算出当前的相角α0，以及电网周期Ta，最后将电网周期Ta，参考时刻t0，及参考时刻下的相角α0上传至服务器；其他采集终端通过GPS模块获取精准的授时t1作为参考时刻，并分析采样获得的电流数据，计算出当前的相角α1，并获取服务器上的A相基准点终端的电网周期Ta，参考时刻t0，及参考时刻下的相角α0，并通过计算公式2确定本采集终端与A相基准点的相位差，来判断出本终端的相位，通过相位显示模块予以显示。
图1 远程相位鉴别
四、样机验证
根据所提出的非接触式远程相序识别设备和非接触式远程相序识别方法，我们制作了原理样机并进行了实地测试。
采样模块我们选用的开口式电流互感器，并通过电阻分压将小电流信号转换成小电压信号，运算放大将小电压信号转换为可被MCU采集到的电压信号，传输给AD芯片，单片机可以读取采样模块输出的电压值，计算出实际电流值。
GPS和GPRS模块我们选用的安信可的A9G模块，这个模块将GPS和GPRS模块封装到了同一个小模块，通过AT指令进行通信。
相位显示模块我们使用了RGB的全彩LED，通过不同颜色表示不同相位：A相黄色、B相绿色、C相红色、识别错误、未准确识别用蓝色表示。
单片机选用了STM32F103C8T6，用于采集电流信息、与服务器通讯、获取网络时间。
为了快速验证设备的可实施性，我们服务器借助了现有的机智云服务，在简单配置的情况下实现了数据的中转、网络存储。
我们的设备在深圳市宝安区某10KV供电线路上进行了实际测试，并且实际效果与期望完全一致，装配完成后LED颜色立刻转变为对应的颜色，换到其他相位也会立刻更新显示，该实地实验验证了本设备及方法的可实施性。
图2 样机深圳10KV线路实地测试
五、结语
本文中提出的非接触式远程相序识别设备和非接触式远程相序识别方法，通过样机制作和实地测试，验证了该设备和该方法的有效性、可实施性。本识别方法采用非接触相序识别技术，具有效率高、人工成本的、安全性高等诸多优点，必将取代传统直接、间接测量方法，为高压施工、抢修提供安全可靠的鉴别技术。
