云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的研究

溫麗娜　吳　忠　藍(lán)道林　巫水萍

（1. 鞍山恒泰電氣有限公司 2. 國網(wǎng)浙江省電力公司衢州供電公司）

云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的研究

溫麗娜1吳忠2藍(lán)道林2巫水萍2

（1. 鞍山恒泰電氣有限公司 2. 國網(wǎng)浙江省電力公司衢州供電公司）

本文介紹了云同步工頻電壓波形初相角對比設(shè)備的功能和組成，它由手持主機(jī)、六接觸點(diǎn)采集器和六個(gè)矩陣天線等配件組成。此外，還對其設(shè)計(jì)思路和原理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

初相角；比對；云同步

1　國內(nèi)工頻電壓波形初相角對比技術(shù)研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

在現(xiàn)階段的合環(huán)并網(wǎng)過程中，確認(rèn)電力電纜或架空線的相位、相序是一道必不可少的工序，這是因?yàn)樵S多線路或是由于日深年久，或是因?yàn)榉笤O(shè)時(shí)未嚴(yán)格按照相關(guān)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)步驟進(jìn)行工作而導(dǎo)致的相序牌丟失或錯(cuò)誤，使得并網(wǎng)合環(huán)時(shí)難以判斷相序、相位而無法進(jìn)行并網(wǎng)合環(huán)；此外，普通的核相設(shè)備只能完成基本的相序相位測量，而無法完成相位標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一化，因?yàn)闆]有一個(gè)統(tǒng)一化的相位標(biāo)準(zhǔn)，這也導(dǎo)致了即使相序牌完好，也無法直接并網(wǎng)合環(huán)，還需要進(jìn)一步的驗(yàn)證，所以，才導(dǎo)致每次施工時(shí)都需要進(jìn)行電壓波形初相角的比對，這樣做不僅會(huì)因?yàn)榉磸?fù)的工作而降低并網(wǎng)合環(huán)的效率，也會(huì)使得現(xiàn)場的工作人員因長期反復(fù)地做同一樣工作而產(chǎn)生懈怠的心理。

在當(dāng)下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展正在沖擊著各行各業(yè)，許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)因此發(fā)生了翻天覆地的變化，電力行業(yè)也在時(shí)代的大潮中發(fā)生了重要轉(zhuǎn)折。2003的2月到3月之間，全美65位從事電力行業(yè)或進(jìn)行相關(guān)研究的專家匯聚一堂，討論傳統(tǒng)電網(wǎng)存在的問題，并在會(huì)后，發(fā)表了一份報(bào)告——《“GRID 2030”A NATIONAL VISION FOR ELECTRICITY'S SECOND 100 YEARS》，還在這一份報(bào)告中提出了智能電網(wǎng)的概念，“一個(gè)完全自動(dòng)化的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，能夠監(jiān)視和控制每個(gè)用戶和電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，保證從電廠到終端用戶整個(gè)輸配電過程中所有節(jié)點(diǎn)之間的信息和電能的雙向流動(dòng)。”智能電網(wǎng)的建設(shè)是一個(gè)巨大的歷史性工程，也是電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，現(xiàn)如今基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的各類測量或管理設(shè)備已成為電網(wǎng)日常生產(chǎn)、管理的生力軍。

并網(wǎng)合環(huán)作為電網(wǎng)運(yùn)行的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行有著不可忽視的影響，也是整個(gè)輸配電過程中最為重要的節(jié)點(diǎn)之一，而并網(wǎng)合環(huán)的關(guān)鍵點(diǎn)之一便是電壓波形初相角的比對，也就是核相，所以在智能電網(wǎng)的大潮下，核相系統(tǒng)的智能化已成為一種趨勢，也許在今天只是將互聯(lián)網(wǎng)與核相技術(shù)相結(jié)合，但是在未來，可能還會(huì)有更多的高新技術(shù)加入到核相中，為今后的智能電網(wǎng)建設(shè)建立更加堅(jiān)固的基石。

2　云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及技術(shù)路線

2.1云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

云同步工頻電壓波形初相角對比技術(shù)包括一臺服務(wù)器，一臺基準(zhǔn)校相終端和多個(gè)遠(yuǎn)程校相終端。具體的思路是：在某一電網(wǎng)或子電網(wǎng)的范圍內(nèi)設(shè)立一臺校相服務(wù)器（即云服務(wù)器），該服務(wù)器通過高速寬帶接入 Internet，服務(wù)器上運(yùn)行我公司設(shè)計(jì)的專業(yè)應(yīng)用軟件，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的功能。同時(shí)為每臺服務(wù)器配備一臺基準(zhǔn)校相終端，該校相儀可以24h不間斷地采集當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的A、B、C三相工頻電壓波形初相角的信息，以及GPS秒時(shí)間信息，然后將這些信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器。如圖1所示。

服務(wù)器有了這些信息，就可以確定在統(tǒng)一的時(shí)間里當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)A、B、C三相的相角；并將這些信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，便于用戶查詢。同時(shí)，服務(wù)器提供網(wǎng)絡(luò)連接功能，遠(yuǎn)程校相終端可以通過TCP/IP方式同服務(wù)器建立連接，并將測量點(diǎn)采集到的相角信息連帶采集時(shí)刻的GPS秒時(shí)間信息發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器通過將該信息同基準(zhǔn)校相終端采集到的在同一 GPS秒時(shí)間當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的A、B、C三相的工頻電壓波形初相角比對就可以確定遠(yuǎn)程測量點(diǎn)線路為A相、B相還是C相。服務(wù)器再將比對結(jié)果發(fā)回遠(yuǎn)程校相終端，這樣測量點(diǎn)的工作人員就可以第一時(shí)間知道測量結(jié)果。

圖1　云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路圖

如果GPRS通訊或互聯(lián)網(wǎng)通訊不正常，出現(xiàn)遠(yuǎn)程校相終端和服務(wù)器暫時(shí)無法連接的情況也不要緊，由于遠(yuǎn)程校相終端具有記錄功能，可以將測量結(jié)果存儲(chǔ)下來，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再將校相儀同服務(wù)器建立 TCP連接，自動(dòng)進(jìn)行比對。萬一出現(xiàn)遠(yuǎn)程校相終端同服務(wù)器無法建立TCP連接的情況，工作人員也可以通過任意一臺連接互聯(lián)網(wǎng)的電腦訪問服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，人工比對某一GPS時(shí)刻的電網(wǎng)的相角信息。

2.2云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的技術(shù)路線

云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的技術(shù)路線如圖2所示。

圖2　云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的技術(shù)路線圖

3　云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵及原理說明

3.1云同步技術(shù)

云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)借助于移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)這兩大通訊平臺在基準(zhǔn)校相終端和遠(yuǎn)程校相終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通訊采用TCP傳輸控制協(xié)議，這是一種非?？煽康膫鬏攲涌刂茀f(xié)議，它能夠最大程度地保證數(shù)據(jù)的完整性。這樣只要在遠(yuǎn)程校相終端接入網(wǎng)絡(luò)的情況下，就可以通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)穩(wěn)定地互傳數(shù)據(jù)，若比對后發(fā)現(xiàn)雙方的工頻電壓波形初相角的角差在規(guī)定范圍內(nèi)，則可以確定相位。

3.2GPS時(shí)鐘同步

在云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)中，時(shí)鐘的同步指的是基準(zhǔn)校相終端和遠(yuǎn)程校相終端之間時(shí)間一致的過程。因?yàn)榻涣麟姷南辔皇窃跁r(shí)刻變化的，所以，當(dāng)進(jìn)行工頻電壓波形初相角對比時(shí)，需要保證對比的數(shù)據(jù)是在同一時(shí)刻采集的，所以，在這里便用到了GPS時(shí)鐘同步，因?yàn)橥ǔＫ恼`差會(huì)小于100ns。

3.3信號采集

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)校相時(shí)，使用一個(gè)采集器進(jìn)行采集，采集器的上面，是一個(gè)金屬感應(yīng)掛鉤，只需要將采集器通過絕緣桿掛在架空線上即可。當(dāng)有電壓信號時(shí)，采集器會(huì)自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，進(jìn)入工作狀態(tài)后采集器會(huì)間隔一秒采集一次工頻電壓波形初相角信號，每次采集到信號后，首先都會(huì)通過濾波電路，先進(jìn)行濾波的好處是可以避免干擾信號進(jìn)一步放大，完成第一次的濾波后再進(jìn)行信號的放大，信號放大后再完成一次濾波，將雜波干擾控制到最小。信號處理完成后，會(huì)通過2.4G無線傳輸模塊將其傳送給遠(yuǎn)程校相終端。

4　云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的特點(diǎn)

首先，云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)是一套基于傳統(tǒng)核相技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之上而研發(fā)的一款校相設(shè)備。與傳統(tǒng)的校相不同，傳統(tǒng)的校相是人為的校相，現(xiàn)場操作者的主觀意識決定了校相的結(jié)果，在不同的時(shí)間、不同的地點(diǎn)、不同的操作人員可能最終的校相結(jié)果也各不相同；而云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)，會(huì)在一固定地點(diǎn)安裝一臺作為今后校相標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)校相終端，這個(gè)終端會(huì)24小時(shí)不間斷地采集工頻電壓波形初相角信號，并在修正后將此信號作為以后工頻電壓波形初相角對比的標(biāo)準(zhǔn)，每當(dāng)現(xiàn)場進(jìn)行校相時(shí)，通用采集器通過2.4G無線通訊模塊將信號傳輸給手持主機(jī)，然后手持主機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸給基準(zhǔn)校相終端，基準(zhǔn)校相終端接收到信號后，可以將標(biāo)準(zhǔn)信號通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸給手持主機(jī)，并完成工頻電壓波形初相角對比。

5　云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)的應(yīng)用效果分析

工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)作為最新一代的核相設(shè)備，其成功應(yīng)用不僅為電力電纜或架空線的校相核相提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也為今后智能電網(wǎng)建立及發(fā)展提供更為有效的參考。

工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)以市為單位安裝一臺基準(zhǔn)校相終端，基準(zhǔn)校相終端運(yùn)行后，可以統(tǒng)一當(dāng)?shù)氐南辔幌嗌珮?biāo)識，使電網(wǎng)的并網(wǎng)、合環(huán)供電以及校相準(zhǔn)確率得到根本性保證，從而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。

云同步工頻電壓波形初相角對比系統(tǒng)統(tǒng)一了電網(wǎng)系統(tǒng)的相色相位的標(biāo)準(zhǔn)。這樣做，不僅為供電系統(tǒng)帶來方便，減少了電能損耗，提高供電效率，還能夠提供適應(yīng)未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的優(yōu)質(zhì)電力服務(wù)。全面提升了電網(wǎng)的安全控制水平、經(jīng)營管理水平和事件突發(fā)時(shí)的應(yīng)急反應(yīng)能力。云同步工頻電壓波形初相角對比技術(shù)的成功應(yīng)用確保了人員的安全性以及供電可靠率。利用云同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離電力線之間的初相角差值的測量，突破了地域局限性，使電網(wǎng)安全控制水平、經(jīng)營管理水平得到全面提升。有利于維護(hù)最廣大人民的根本利益，促進(jìn)社會(huì)和諧、穩(wěn)定的發(fā)展。

6　結(jié)束語

云同步工頻電壓波形初相角對比技術(shù)確保供電系統(tǒng)的規(guī)范、安全、便捷，不再出現(xiàn)由于相位不同而對并網(wǎng)供電造成影響，確保用戶用電正常、工業(yè)發(fā)展有序的進(jìn)行，切實(shí)保障人民切身利益，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定與和諧，樹立供電系統(tǒng)在人民心中的良好形象。

［1］ United States Department of Energy Office of Electric Transmission and Distribution. "GRID 2030"A NATIONAL VISION FOR ELECTRICITY'S SECOND 100 YEARS［R］. USA： United States Department of Energy Office of Electric Transmission and Distribution，2003.

［2］ 張濤. 智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用［J］. 城市建設(shè)理論研究， 2014（9）.

［3］ 馬志進(jìn). 配電網(wǎng)統(tǒng)一相色標(biāo)識系統(tǒng)［J］. 農(nóng)村電氣化，2014（8）： 38-40.

（2015-08-10）