基于載波通訊的新型電壓互感器二次壓降測(cè)試儀的研究

/南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心 羅磊 譚炳源 吳瀛 陳崇明/

基于載波通訊的新型電壓互感器二次壓降測(cè)試儀的研究

/南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心 羅磊 譚炳源 吳瀛 陳崇明/

電壓互感器二次壓降在電能計(jì)量中越來(lái)越引起關(guān)注，二次壓降誤差已作為電網(wǎng)重要考核的一項(xiàng)內(nèi)容。該項(xiàng)工作測(cè)試繁瑣，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，存在較多的安全隱患，操作不慎則可能造成安全事故。本文通過(guò)目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的電壓互感器二次回路壓降測(cè)試方法和設(shè)備進(jìn)行了客觀的優(yōu)劣性能分析比對(duì)，重點(diǎn)體現(xiàn)了一種基于載波通訊的新型電壓互感器二次壓降測(cè)試儀，其實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)實(shí)驗(yàn)均很好地反映了該儀器的優(yōu)越性能。

載波應(yīng)用；通訊技術(shù)；手持壓降儀；安全隱患

0　引言

隨著電網(wǎng)計(jì)量管理方式的轉(zhuǎn)變和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電力公司對(duì)電能計(jì)量管理提出了更高的要求。一方面現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量工作人員的不足制約了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作無(wú)法順利進(jìn)行，另一方面對(duì)于高危作業(yè)下的人身安全問(wèn)題，急需現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的大力改進(jìn)與發(fā)展，有利于電能計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)的全面提升。如何安全精確高效地測(cè)量二次回路電壓降是關(guān)系電網(wǎng)安全生產(chǎn)和減少計(jì)量損失的重要環(huán)節(jié)。PT二次壓降問(wèn)題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，既保障了電廠的經(jīng)濟(jì)利益，也保證電廠和電網(wǎng)之間的公平交易。

參照DL/T448—2000《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定，對(duì)于運(yùn)行中的35kV及以上變電站，其電壓互感器二次回路壓降檢測(cè)應(yīng)定期兩年一次。鑒于此，電壓互感器二次壓降測(cè)試儀的性能指標(biāo)、測(cè)量精度、安全系數(shù)和易用性至關(guān)重要。

1　目前常用的測(cè)試儀器和方法

目前市場(chǎng)上常用的電壓互感器二次壓降測(cè)量方法有：傳統(tǒng)的有線測(cè)量模式、基于GPS的無(wú)線測(cè)量模式以及微波無(wú)線電臺(tái)模式。

1.1 傳統(tǒng)的有線測(cè)量模式

傳統(tǒng)的有線測(cè)量模式壓降測(cè)試儀是市場(chǎng)上最早出現(xiàn)的一種應(yīng)用廣泛的測(cè)試儀，需由控制室電能表屏引出測(cè)試電纜導(dǎo)線至電壓互感器二次端子箱，其測(cè)量準(zhǔn)確度比較可靠，其不足之處是這種作法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，在拉線過(guò)程中容易造成電壓短路，安全系數(shù)較低，目前在實(shí)際工作中使用率逐漸減少。

1.2 基于GPS的無(wú)線測(cè)量模式

基于GPS的無(wú)線測(cè)量模式無(wú)線壓降測(cè)試儀采用了GPS衛(wèi)星同步對(duì)時(shí)，通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此模式在工作中解決了拉線所造成的安全問(wèn)題，省時(shí)省力。其不足是GPS衛(wèi)星在使用中有很大的局限性，變化的天氣狀況、密閉的地理測(cè)試環(huán)境、衛(wèi)星失鎖等因素條件下，GPS衛(wèi)星系統(tǒng)均不能夠有效地工作，時(shí)常造成現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大量準(zhǔn)備工作后無(wú)法完成檢測(cè)工作，造成人力與物力的浪費(fèi)。市場(chǎng)推廣極少。

1.3 微波無(wú)線電臺(tái)模式

微波無(wú)線電臺(tái)模式無(wú)線壓降測(cè)試儀在測(cè)量過(guò)程中無(wú)需GPS衛(wèi)星對(duì)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方便性上有了很大提高，但在電廠以及變電站內(nèi)變壓器等強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下局限性很大，設(shè)備極易受到干擾，影響通訊和測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，測(cè)試采樣緩慢，穩(wěn)定性差。

2　基于載波通訊的新型電壓互感器二次壓降測(cè)試儀

2.1 新型電壓互感器二次壓降測(cè)試儀應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)電力檢測(cè)部門和廠家均在投入大量人力、物力積極研究解決二次壓降測(cè)試儀普遍存在的測(cè)量準(zhǔn)確度與方便易用難以兼得的現(xiàn)狀。其中，某公司生產(chǎn)的基于載波通訊的手持二次壓降無(wú)線測(cè)試儀已經(jīng)投入市場(chǎng)，并取得了很好的應(yīng)用效果，既滿足了二次壓降測(cè)量的準(zhǔn)確性，也解決了無(wú)線產(chǎn)品的抗干擾問(wèn)題，提高了產(chǎn)品的實(shí)用性。儀器采用強(qiáng)光下可視彩屏，主、分機(jī)雙側(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，均可鎖定或存儲(chǔ)測(cè)量結(jié)果，互不影響；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，主、分機(jī)之間通過(guò)被測(cè)二次回路寬帶載波通訊，傳輸比差、角差同步信號(hào)，不需敷設(shè)電纜，采用專有測(cè)量算法，測(cè)量精度優(yōu)于2級(jí)。該儀器具有體積小、重量輕，通訊距離大于2km，測(cè)試速度響應(yīng)快等特點(diǎn)，在大型發(fā)電廠及各等級(jí)變電站中均能很好地完成測(cè)量工作。

2.2 系統(tǒng)組成及原理框圖

系統(tǒng)由模擬信號(hào)輸入電路、模擬信號(hào)采集電路、信號(hào)控制電路、數(shù)據(jù)處理電路、主控電路、載波傳輸電路、顯示電路、電源電路組成，原理圖見(jiàn)下圖。各部分作用如下：

1）模擬信號(hào)輸入電路、模擬信號(hào)采集電路、信號(hào)控制電路。將電壓互感器二次側(cè)始端與末端電壓經(jīng)分壓、光電隔離、多路模擬開(kāi)關(guān)處理后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2）數(shù)據(jù)處理電路。將預(yù)處理后的電壓互感器二次側(cè)始端與末端電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，供主控電路計(jì)算壓降值。

3）主控電路。計(jì)算回路的電壓互感器二次壓降值，并送入載波無(wú)線傳輸電路。

4）載波無(wú)線傳輸電路。通過(guò)載波無(wú)線數(shù)傳模塊建立主、分機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸通道。

5）顯示電路。顯示兩側(cè)各相電壓值、比差、角差、壓降、合成誤差等測(cè)量數(shù)據(jù)。

6）電源電路。設(shè)備供電系統(tǒng)。

圖　系統(tǒng)組成原理框

2.3 客戶端管理軟件設(shè)計(jì)

在客戶端管理軟件設(shè)計(jì)上，擬采用B/S結(jié)構(gòu)和C/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的技術(shù)，除可在本地提供彩色圖形操作顯示界面外，還可提供Web server、103規(guī)約等多種通信手段，可非常方便地組成基于B/S結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。人機(jī)操作界面簡(jiǎn)潔明了，分析功能完善。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試安全性能

對(duì)于新型儀器的市場(chǎng)準(zhǔn)入，人們考慮最多的是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試安全問(wèn)題。依據(jù)DL/T 1124—2009《數(shù)字電力線載波機(jī)》、DL/ T 395—2010《低壓電力線載波通訊寬帶接入系統(tǒng)》技術(shù)要求（判定）：信號(hào)輸出功率頻譜密度工作頻帶內(nèi)應(yīng)不大于信號(hào)輸出功率頻譜密度的50dBm/Hz。

基于載波通訊的手持二次壓降無(wú)線測(cè)試儀出具了國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中心的檢定報(bào)告，在頻率1.568MHz、測(cè)試帶寬108kHz環(huán)境下該儀器測(cè)試功率譜密度最大為-82.04dBm/Hz，小于工作頻帶內(nèi)應(yīng)不大于-50dBm/Hz的要求，測(cè)試結(jié)論合格。因此，測(cè)量時(shí)不會(huì)對(duì)繼保類設(shè)備造成干擾，現(xiàn)場(chǎng)安全可靠。

3　性能指標(biāo)和測(cè)試數(shù)據(jù)分析

3.1 性能指標(biāo)

性能指標(biāo)如表1所示。

表1　性能指標(biāo)

3.2 室內(nèi)數(shù)據(jù)校驗(yàn)

室內(nèi)數(shù)據(jù)校驗(yàn)表如表2所示。

表2　室內(nèi)數(shù)據(jù)校驗(yàn)表（以三相四線為例）

參照J(rèn)JGl69—1993《互感器校驗(yàn)儀》檢定規(guī)程對(duì)互感器校驗(yàn)儀的基本誤差允許值規(guī)定

代入數(shù)值計(jì)算，其實(shí)際誤差均遠(yuǎn)小于允許誤差值，本儀器滿足2級(jí)要求。

3.3 有線與載波壓降測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)

有線壓降測(cè)試儀測(cè)量準(zhǔn)確度比較可靠，以此測(cè)試數(shù)據(jù)作為對(duì)比依據(jù)是可行的。在同時(shí)使用有線壓降測(cè)試儀及載波壓降測(cè)試儀對(duì)某500kV變電站500kV#1母線電壓互感器進(jìn)行電壓互感器二次壓降測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果如表3所示。

表3　實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)表

參照J(rèn)JFl033—2001《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》，兩臺(tái)相同準(zhǔn)確度等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，兩者對(duì)同一穩(wěn)定的被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果分別為y1和y2，則兩者比對(duì)的結(jié)果應(yīng)滿足| y1－y2|≤1.63A，其中A為測(cè)試儀的基本誤差允許值。

以表3中對(duì)比數(shù)據(jù)的最大差值B相為例代入上式計(jì)算得到|y1－y2|=0.003%。壓降儀的基本誤差允許值A(chǔ)由式（1）計(jì)算近似得到A為3個(gè)字即0.003%，1.63A≈0.005%，|y1—y2|＜0.005%。由此可見(jiàn)兩者比對(duì)結(jié)果滿足|y1—y2|≤1.63A，比對(duì)結(jié)果完全滿足規(guī)范要求。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于低壓電力線載波通訊的二次壓降測(cè)試技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，載波式手持二次壓降無(wú)線測(cè)試儀在測(cè)量準(zhǔn)確度以及穩(wěn)定度大幅提高的前提下，縮小了體積，雙屏顯示測(cè)量結(jié)果，簡(jiǎn)便易用。解決了當(dāng)前傳統(tǒng)二次壓降測(cè)試儀所存在的費(fèi)時(shí)費(fèi)力、在拉扯測(cè)試電纜線過(guò)程中二次電壓存在相間短路或?qū)Φ胤烹姷陌踩[患，以及無(wú)線二次壓降測(cè)試儀存在的容易受到外界強(qiáng)磁場(chǎng)干擾問(wèn)題、保護(hù)誤動(dòng)隱患、測(cè)量精度問(wèn)題等；減輕了電能計(jì)量管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量拉線工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也降低了企業(yè)運(yùn)行管理的成本，避免現(xiàn)場(chǎng)人員操作的安全隱患所帶來(lái)的重大損失，提高了工作效率。該儀器將為二次壓降測(cè)試領(lǐng)域帶來(lái)革命性的進(jìn)步，應(yīng)用前景廣闊。

［1］ 陳維千.電力線載波通道［M］.北京：水利電力出版社，1983.

［2］ 彭時(shí)雄.電壓互感器二次導(dǎo)線壓降引起電能計(jì)量誤差的測(cè)試計(jì)算及改進(jìn)技術(shù)［M］.北京：水利電力出版社，1987.