一種非接觸式遠(yuǎn)程相序識(shí)別的設(shè)備和方法

斯榮 羅偉明 范偉松

(深圳供電局有限公司寶安供電局、深圳寶安區(qū)6區(qū)寶農(nóng)巷118號(hào)，廣東 深圳 518100)

一、相序識(shí)別線狀

目前，國(guó)內(nèi)外大部分高電壓系統(tǒng)都是直接核相和間接核相方法。直接核相一般適用于110kV及以下電壓等級(jí)，在運(yùn)行電壓下，使用2根電阻值相同的高絕緣、高阻值的核相棒直接接觸待核定的二相高壓線，被測(cè)高壓降壓后引入核相裝置，讀取連接2個(gè)核相棒的微安表電流數(shù)值，根據(jù)廣義交流電橋的原理，判斷待測(cè)的2根高壓線是否同相。這種方法的主要弊端是：與高壓導(dǎo)線直接接觸，核相裝置間有連接導(dǎo)線，嚴(yán)重依賴材料的絕緣強(qiáng)度和制造工藝，雨天、潮濕、污穢、障礙物等復(fù)雜工況不能使用；需要4人以上才能完成操作，存在較大安全隱患。間接核相一般適用于220kV及以上電壓等級(jí)，在現(xiàn)場(chǎng)不具備直接核相條件時(shí)，利用連接在兩相高壓導(dǎo)線上的同型號(hào)的電壓互感器，通過(guò)電壓互感器二次側(cè)進(jìn)行間接核定。這種方法的主要弊端是：需要多次調(diào)整系統(tǒng)一次接線，多次操作輸變電設(shè)備，繁瑣，容易出差錯(cuò)；電壓互感器與系統(tǒng)電容可能發(fā)生鐵磁諧振，引起過(guò)電壓而損壞設(shè)備，造成人身與系統(tǒng)事故；需要多部門、多班組協(xié)作，工作流程長(zhǎng)、效率低。

在利用非接觸式方法來(lái)進(jìn)行高電壓系統(tǒng)的相位識(shí)別目前運(yùn)用尚不完善，尤其將其運(yùn)用于配電網(wǎng)，更未見明顯報(bào)道。因此，該方法具有廣泛的前景。

二、非接觸式遠(yuǎn)程相序識(shí)別設(shè)備提出

非接觸式電流測(cè)量裝置，體積小、無(wú)短路危險(xiǎn)、應(yīng)用范圍廣，因此具有很好的發(fā)展前景。采用非接觸式電流測(cè)量技術(shù)和遠(yuǎn)程相序識(shí)別技術(shù)，可以達(dá)到安全監(jiān)測(cè)、在設(shè)備不停電情況下快速、自動(dòng)檢測(cè)，各組件之間所交換的數(shù)據(jù)通過(guò)不同形式的無(wú)線技術(shù)傳輸，避免接線錯(cuò)誤帶來(lái)的危險(xiǎn)以及增加現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的自由度，能用來(lái)識(shí)別或檢測(cè)電力網(wǎng)絡(luò)任何點(diǎn)(設(shè)備、線路等)的相序相別。非接觸式遠(yuǎn)程相序識(shí)別設(shè)備主要由網(wǎng)絡(luò)模塊、采樣模塊、相位顯示模塊、GPS模塊、MCU組成。

網(wǎng)絡(luò)模塊包括Wifi、Zigbee、蜂窩網(wǎng)絡(luò)(4G/3G/2G)、藍(lán)牙、射頻，用以實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸技術(shù)將裝置監(jiān)測(cè)的電能參數(shù)和相位信息傳輸?shù)皆破脚_(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的信息的在線監(jiān)測(cè)。

采樣模塊包括電流互感器、羅氏線圈、電流霍爾等對(duì)電流進(jìn)行采樣，用以實(shí)現(xiàn)非接觸式電流測(cè)量，將電流數(shù)據(jù)傳輸至MCU。

相位顯示模塊通過(guò)翻牌顯示等方式實(shí)現(xiàn)相序顯示。

GPS模塊是集成了RF射頻芯片、基帶芯片和核心CPU，并加上相關(guān)外圍電路而組成的一個(gè)集成電路。用于獲取GPS衛(wèi)星發(fā)射的時(shí)間來(lái)達(dá)到時(shí)間同步。

微控制單元(Microcontroller Unit;MCU)，作為協(xié)同單元及數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理單元，用于獲取采集模塊采集到的數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)模塊獲取服務(wù)器的數(shù)據(jù)、從GPS模塊獲取時(shí)間，并將數(shù)據(jù)匯總處理，最后通過(guò)相位顯示模塊進(jìn)行區(qū)分顯示。

三、非接觸式遠(yuǎn)程相序識(shí)別方法

在電網(wǎng)配電站設(shè)置唯一的A相基準(zhǔn)點(diǎn)終端，從A相基準(zhǔn)點(diǎn)終端通過(guò)GPS模塊獲取精準(zhǔn)的授時(shí)t0作為參考時(shí)刻，并分析采樣獲得的電流數(shù)據(jù)，根據(jù)公式1計(jì)算出當(dāng)前的相角α0，以及電網(wǎng)周期Ta，最后將電網(wǎng)周期Ta，參考時(shí)刻t0，及參考時(shí)刻下的相角α0上傳至服務(wù)器；其他采集終端通過(guò)GPS模塊獲取精準(zhǔn)的授時(shí)t1作為參考時(shí)刻，并分析采樣獲得的電流數(shù)據(jù)，計(jì)算出當(dāng)前的相角α1，并獲取服務(wù)器上的A相基準(zhǔn)點(diǎn)終端的電網(wǎng)周期Ta，參考時(shí)刻t0，及參考時(shí)刻下的相角α0，并通過(guò)計(jì)算公式2確定本采集終端與A相基準(zhǔn)點(diǎn)的相位差，來(lái)判斷出本終端的相位，通過(guò)相位顯示模塊予以顯示。

圖1 遠(yuǎn)程相位鑒別

四、樣機(jī)驗(yàn)證

根據(jù)所提出的非接觸式遠(yuǎn)程相序識(shí)別設(shè)備和非接觸式遠(yuǎn)程相序識(shí)別方法，我們制作了原理樣機(jī)并進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試。

采樣模塊我們選用的開口式電流互感器，并通過(guò)電阻分壓將小電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成小電壓信號(hào)，運(yùn)算放大將小電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被MCU采集到的電壓信號(hào)，傳輸給AD芯片，單片機(jī)可以讀取采樣模塊輸出的電壓值，計(jì)算出實(shí)際電流值。

GPS和GPRS模塊我們選用的安信可的A9G模塊，這個(gè)模塊將GPS和GPRS模塊封裝到了同一個(gè)小模塊，通過(guò)AT指令進(jìn)行通信。

相位顯示模塊我們使用了RGB的全彩LED，通過(guò)不同顏色表示不同相位：A相黃色、B相綠色、C相紅色、識(shí)別錯(cuò)誤、未準(zhǔn)確識(shí)別用藍(lán)色表示。

單片機(jī)選用了STM32F103C8T6，用于采集電流信息、與服務(wù)器通訊、獲取網(wǎng)絡(luò)時(shí)間。

為了快速驗(yàn)證設(shè)備的可實(shí)施性，我們服務(wù)器借助了現(xiàn)有的機(jī)智云服務(wù)，在簡(jiǎn)單配置的情況下實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)。

我們的設(shè)備在深圳市寶安區(qū)某10KV供電線路上進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，并且實(shí)際效果與期望完全一致，裝配完成后LED顏色立刻轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的顏色，換到其他相位也會(huì)立刻更新顯示，該實(shí)地實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本設(shè)備及方法的可實(shí)施性。

圖2 樣機(jī)深圳10KV線路實(shí)地測(cè)試

五、結(jié)語(yǔ)

本文中提出的非接觸式遠(yuǎn)程相序識(shí)別設(shè)備和非接觸式遠(yuǎn)程相序識(shí)別方法，通過(guò)樣機(jī)制作和實(shí)地測(cè)試，驗(yàn)證了該設(shè)備和該方法的有效性、可實(shí)施性。本識(shí)別方法采用非接觸相序識(shí)別技術(shù)，具有效率高、人工成本的、安全性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，必將取代傳統(tǒng)直接、間接測(cè)量方法，為高壓施工、搶修提供安全可靠的鑒別技術(shù)。