二次定相装置的研制

刘慧 沈钟浩 刘思聪 高月梅 郭威

摘 要：随着经济的快速发展，用电需求迅速上升，对供电可靠性和稳定性要求越来越高。作为继电保护的一项常规工作，电压定相工作也越来越重要。本文介绍了一种二次定相装置的研制过程，使用该装置可实现二次电压定相工作由1人单独操作，大大减少了试验线插拔次数，提高了工作效率，同时保障人身、电网和设备安全，具有较高的推广使用价值。

关键词：二次定相;相位检测;电压定相

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）01-0124-03

Development of Secondary Phasing Device

LIU Hui SHEN Zhonghao LIU Sicong GAO Yuemei GUO Wei

（State Gird Zhengzhou Electric Power Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： With the rapid development of the economy， the demand for electricity is rising rapidly， and the requirements for power supply reliability and stability are getting higher and higher. As a routine work of relay protection， voltage phasing work is also becoming more and more important. This paper introduced the development process of a secondary phase fixing device. Using this device， the secondary voltage phase fixing can be operated by one person alone， which greatly reduces the number of test line insertions， improves the work efficiency， and guarantees the safety of people， power grid and equipment. It has high popularization and application value.

Keywords： secondary voltage phasing;phase detection;voltage phase determination

定相，是指在電力系统中新建、改建的线路或变压器在投运前，核对三相标志与运行系统是否一致。按照《继电保护和电网安全运行规程》（DL/T 995—2016），在变压器（或电压互感器）新安装或大修后，变压器（或电压互感器）变动过内、外部接线或接线组别后，电源线路（或电缆）接线变动或走向发生变化后，与合环或并列有关的二次回路检修时改动过，都必须进行三相电路定相试验，核实合环或并列的两个电源系统（或变压器、电压互感器）的相序是否一致、正确。如果出现非同相运行，将会导致相间短路事故，不仅损坏电气设备，甚至会危害电网系统的安全稳定运行[1]。

1 现状分析

二次定相工作是检查两段母线（两个电源系统）之间电压相位、相序是否一致，目前采用的方法是：在变电站内电压并列屏端子排处，通过万用表测量不同母线二次回路间的电压，并由工作人员分析测量结果，判别定相是否正确。在实际工作中，需要测量并判定以下各组电压。

①检验定相所测的三相电压是否对称，每个电压互感器均应三相电压平衡，即[Ua1n1=Ub1n1=Uc1n1]、[Ua2n2=Ub2n2=Uc2n2]。

②按接线组别分别测量两个电压互感器二次侧端子间的各电压，首先对应测量[a1-a2]、[b1-b2]、[c1-c2]之间的电压，[Ua1a2=Ub1b2=Uc1c2≈0]。

③测量[a1-b2]、[a1-c2]、[b1-a2]、[b1-c2]、[c1-a2]、[c1-b2]之间的电压，若均为线电压，即说明两个电压互感器接线组别相同，相位接线正确。

二次定相工作示意图如图1所示。

目前，二次定相工作存在试验线插拔次数多、需人工计算并判别相序错误类型等问题[2]。因此，急需研制一种二次定相测量装置，无需多次插拔试验线操作即可一次性读取，并可智能判别错误相序，实现二次定相。

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼image13_1_1.png>[母线一][母线二][A1][A2][B2][B1][C1][C2][N2][N1][母线一][母线二][A1][A2][B2][B1][C1][C2][N2][N1][母线一][母线二][A1][A2][B2][B1][C1][C2][N2][N1][测量单侧相对地电压应满足Ua1n1=Ub1n1=Uc1n1

Ua2n2=Ub2n2=Uc2n2][测量两侧相同相间电压应满足Ua1n1=Ub1n1=Uc1c1≈0][测量两侧不同相间电压应均为线电压]

图1 二次定相工作示意图

2 便携式二次定相装置方案及装置本体设计

由于传统二次定相存在较多问题，本文提出了便携式二次定相装置方案，方案示意图如图2所示。

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼image14.png>[并列屏端子排][A1 B1 C1 N1 A2 B2C2 N2][第一组][第二组][端于排接头][测试线

线体][测试线][装置接头][二次定相装置][定相结果显示]

图2 便携式方案示意图

二次定相装置由便携式装置本体和测试线组成，定相操作时，需将装置测试线接至电压并列屏端子排，测试线通过装置接头与装置本体进行连接，除能一次性输出定相结果外，还能智能判别相序错误类型。

装置本体主要由数据采集模块、控制模块及相位、相序核定算法组成[3]。

数据采集模块由低通滤波、采样保持电路和A/D转换组成。低通滤波能滤去电压输入信号中的高频部分，防止出现频率混叠现象，保证采样的准确性;采样保持电路可在对模拟信号进行A/D转换时，保持模拟信号在一定的转换时间内基本不变，从而保证转换精度;A/D转换是通过一定的电路将模拟量转变为数字量，模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度等非电信号。为了使效果最佳，精度最高，选取各部分型号分别为有源低通滤波LMH6703MF、采样保持LF398、A/D转换器TLC0831。

作为定相装置的核心运算控制模块，MP控制模块具有数据运算、逻辑处理和信息存储能力，并且要求配置满足容量需求的RAM和Flash Memory，能快速处理由A/D转换得到的电压数字量，并实现程序和数据的分别存储，故选用运算速度较快、功耗较低、运算精度较高、价格适中的c665xDSP+ARM作为MP控制模块[4]。

装置核心系统除硬件支撑外，还需要一种快速、可靠的算法完成相位、相序核定运算。FFT是DFT（DFT是使用离散傅里叶算法进行频谱分析）的快速算法，根据奇、偶、虚、实等特性，对DFT算法进行改进，且运算速度更快，可满足对算法的要求。

3 控制策略

根据二次定相装置的功能需求，以硬件电路为平台，控制系统以Keil4.0为开发环境，使用C语言进行软件开发。根据二次定相装置运算策略的需要，系统软件主要包括开机自检子程序、显示子程序、故障判别等关键模块[5]。

程序整体流程如图3所示。

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼I26I2XOD5ORK`[Q42_（[MYF.png>[[≤]][[≤]][[≤]][[≤]][[≤]][开始][系统初始化][调用开机软硬件自检程序][自检正常][是][否][初始化参数;核相精度][同相][电压差值上限][非同相电压差值上、][下限][待核电压基准值][待核电标称值上、下限

][读取一个采样周期内

的电压数据

][解决故障，重新定相

][调用纠错保护子程序

][调用故障判别子程序

][否

][是

][显示检查结果及解决方案

][结束

]

图3 程序整体流程图

开机自检子程序是确保PT二次定向装置正常工作的前提。开机首先进行软件自检，确保程序运行正常;然后由程序控制进行硬件检测，确保人机交互界面等功能正常。自检子程序流程如图4所示。

定相装置具备纠错功能和自我保护功能，以应对交直流接线错误或过电压情形，纠错保护子程序如图5所示。

显示子程序用于控制人机交互界面的驱动芯片，使电容触摸式显示屏显示MP控制模块的输出结果。显示子程序流程图如图6所示。

4 装置的实现及验证

二次定相装置的核心组件——电路板如图7所示，对电路板尺寸、布局、工艺等制作参数进行检测，均符合标准，并对其外围接线进行组装，实现二次定相装置[6]。

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼1QMA6@%]8Q73ZWFPMS9%729.png>[开机自检子程序][软件自检正常][否][否][是][硬件自检正常][调用显示子程序][人机交互界面显示正常][否][是][返回]

图4 开机自检子程序流程图

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼}77}IPN%7$PNWXHK～QIWXKR.png>[纠错保护子程序][交直流是

否错误][是][是][是否過电压][调用显示子程序][装置启动自我保护功能并警告][装置报交直流错误][是][否][返回][人机交互界面显示正常]

图5 纠错保护子程序流程图

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼`VJ[[BFP346）H02ZFWCSTUP.png>[显示子程序][触摸式显示屏

显示正常][进入主功能及子功能页面查看][正常显示电压

及核相结果][返回]

图6 显示子程序流程图

在二次实训室进行模拟试验，将研制成功的二次定相装置应用于不同型号的PT并列屏，模拟全部6种接线情况下的电压，分别使用本装置进行试验，验证能否实现二次定相，并智能判别故障相序，模拟实验结果如表1所示。

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼image19.jpeg>

图7 装置电路板

表1 二次实训室PT定相测试结果

[序号 模拟接线情况 测试结果 是否

正确 1 A、B、C正序接线 显示“正确” 是 2 A、C、B相序接线 红灯闪烁，显示“相序错误，

错误相序为ACB” 是 3 B、A、C相序接线 红灯闪烁，显示“相序错误，

错误相序为BAC” 是 4 B、C、A相序接线 红灯闪烁，显示“相序错误，

错误相序为BCA” 是 5 C、A、B相序接线 红灯闪烁，显示“相序错误，

错误相序为CAB” 是 6 C、B、A相序接线 面板红灯闪烁，显示“相序错误，

错误相序为CBA” 是 ]

实训室模拟测试结果均正确，装置可正确实现二次定相，无需多次插拔即可一键读取测试结果，并智能化判别相序错误类型。

二次定相装置完全符合变电站现场电压定相要求，运行稳定，安全可靠，操作简单，效率高，具有较高的推广应用价值。二次定相装置的研制与使用，创造性地解决了生产中的实际问题，收到了预期的效果。为了保证电网安全高效运行，要把解决工作中实际遇到的问题作为继续努力的方向。

参考文献：

[1]丁元杰.单片微机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，1999.

[2]陈进，黄力，熊潇潇，等.一种新型自动定相装置的研制与应用[J].低压电气，2010（5）：27-30.

[3]王承玉，聂清海，汪庆武.GPS远程定相系统在电力系统中的应用[J].安徽电力，2012（1）：60-63.

[4]苑波，高腾，王玉涛，等.二次定相在配电网中的应用[J].河北电力技术，2017（2）：57-59.

[5]马林，刘佳磊.相量图分析用于电力系统二次定相的调试[J].安装，2000（1）：36-37.

[6]乔明，韩晗.新型核相装置提升高压配电柜的核相效率[J].农村电工，2018（3）：31-32.