CN101788614A - 高低压综合相序相位仪及其检测方法 - Google Patents

高低压综合相序相位仪及其检测方法 Download PDF

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周文华
范建新
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Abstract

本发明涉及一种高低压综合相序相位仪,它包括两个发射器、与发射器无线连接的接收器,每个发射器包括A/D采样电路、编码电路、无线发射模块,接收器包括两路无线接收模块、解码电路、与两路解码电路输出端相电连接的信号处理模块、与信号处理模块输出端相连接的显示电路,在进行低压定核相时,采用电阻直接分压原理实现,而在进行高压定核相时,取样采用感应原理,本发明根据高低压场合进行测量的转换,使得一台设备既可实现低压有源线路单电源线路的相序和双电源线路的相位判断,也可实现高压有源线路下的单电源线路相序和双电源线路的相位判断,避免了在复杂的施工现场使用较多设备测量带来的弊端,因此,具有较大的市场应用价值。

Description

高低压综合相序相位仪及其检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电力系统中用于对三相电源相序相位进行核对的高低压综合相
序相位仪及其检测方法。 背景技术
[0002] 随着工业水平和生活水平的提高,用电负载日益增大,为了保证日常用电的可靠 供应,现在很多相邻的供电系统进行合路供应,以保证在其中一个供电系统(如变电站)出 现故障的情况下,另一供电系统能够继续为其提供电压。具体地是将一个变电站的三相电 源线与另一个变电站的相应相的三相电源线相连接,但是,在连接之前,需要对两侧的三相 电源线的对应相进行相位核对,即一侧A相应与另一侧的A相相位一致, 一侧B相应与另一 侧的B相相位一致, 一侧C相应与另一侧的C相相位一致,若相应线路相相位不一致而进行 合路连接,则容易造成短路事故。
[0003] 目前进行相位核对的技术手段已经从直接核相法、滤波核相法过渡到了现今广泛 采用的无线核相法。而其中的无线核相法,在低压配电线路侧,是通过核对同一侧两相电压 差,再与另一侧的两相电压差进行比较得到,其判断依据比较粗糙,认为两路电源同相端的 角差在20度或30度内即认为是同相位电源。由于是差值比较,对两线路对应相的相位不 能确定相位差角度,因此,测量结果不能完全保证同相。而且,上述测量前期,需要先对单侧 电源电路的相序进行判断,其又需要使用另一套单独功能仪器进行。因此,在复杂的现场环 境下,操作也极其不便。
发明内容
[0004] 本发明目的就是为了克服上述不足而提供的一种能够在线路带电运行的状态下, 通过有源线路的连接准确判断高压或低压单电源线路的相序和双电源线路的相位的装置 及其检测方法。
[0005] 为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案为:一种高低压综合相序相位仪,它 包括两个发射器、与所述发射器无线连接的接收器,每个所述的发射器包括依次相电连接 的A/D采样电路、编码电路、无线发射模块,所述的接收器包括两路相依次电连接的无线接
收模块、解码电路、与所述的两路解码电路输出端相电连接的信号处理模块、与所述的信号 处理模块输出端相连接的显示电路;
[0006] 当进行低压单电源线路的相序判断时,所述的一发射器通过一分压电阻与任一相 电源线缆相连接,分压电阻另一端接地,在分压电阻上有电流产生,所述发射器将从分压电 阻上采集的相应相电源线缆的电压信息发射出去,所述接收器对接收的信息进行运算处理 并对相应相序进行显示;当进行低压双电源线路的相位判断时,所述的两发射器分别通过 分压电阻与相应侧电源线路的同一相线缆相连接,两分压电阻另一端接地,在分压电阻上 分别有电流产生,所述两发射器将从相应分压电阻上采集的相应相电源线缆的电压信息发 射出去,接收器对接收的两路信息进行运算处理以判断两相的相位是否一致;[0007] 当进行高压单电源线路的相序判断时,其中一个发射器的一端与任一高压相电源 线缆相连接,所述发射器与该相高压线缆间产生耦合电容,所述的A/D采样电路采集耦合 电容上的电压信号并输出至编码电路,经编码后的电压信号由无线发射模块发射出去,所 述接收器对接收的信息进行运算处理并对相应相序进行显示;当进行高压双电源线路的相 位判断时,所述的两个发射器分别与相应侧电源线路的同一相线缆相连接,在发射器与相 连接的高压线缆间分别产生耦合电容,所述的发射器分别采集相应耦合电容上的电压信息 并经编码电路编码后发射出去,接收器对接收的两路信息进行运算处理以判断两相的相位 是否一致。
[0008] 为了进一步地对电场、磁场的干扰进行屏蔽,所述的发射器的线路板外密封地包 覆有一层或多层屏蔽铜材。
[0009] 所述的多层屏蔽铜材之间填充有绝缘材料。
[0010] 所述的接收器为手持式接收器,结构小巧,便于操作。
[0011] 本发明还提供了一种高低压综合相序相位仪的检测方法,其中,所述的信号处理 模块对接收的信号进行相位判断处理包括如下步骤: [0012] (a)、预设同相的两信号最大偏差阈值;
[0013] (b)、将从两个发射器接收到的信号解码后以其中一个基准信号,另一为比较信号 与该基准信号进行相似度对比,若两者相似度小于阈值,则判断两相信号同相; [0014] (c)、若两者相似度大于阈值,将被比信号移位设定度数;
[0015] (d)、将移位后的被比信号再次与基准信号比较,若相似度小于阈值,则输出显示
共移位的度数,即相差度数;否则进入步骤(c)。
[0016] 进一步地,步骤(b)中两对比信号为波形信号。
[0017] 步骤(c)中,被比信号每次移位1度。
[0018] 由于上述技术方案的运用,本发明有以下技术优点:本发明高低压综合相序相位 仪在进行低压定核相时,采用电阻直接分压原理实现,而在进行高压定核相时,取样采用感 应原理,在测量时,根据高低压场合进行测量的转换,从而使得一台设备既可实现低压有源 线路单电源线路的相序和双电源线路的相位判断,也可实现高压有源线路下的单电源线路 相序和双电源线路的相位判断,避免了在复杂的施工现场使用较多设备测量带来的弊端, 而且本发明相位相序仪通过无线电信号来通信,使用范围可以扩展到近20米,并且可以穿 过围墙和隔板使用,使用起来比电压表或有线核相器要简单。同时其采用数字信号处理的 方式使得该相序相位仪的测量精度较高、抗干扰能力强、性能稳定,通过显示电路进行测量 结果显示,更为直观,适合在10〜110kV高电压等级下使用,也适合在3(T400V低压情况下使 用。因此,具有较大的市场应用价值。
附图说明
[0019] 附图1为本发明高低压综合相序相位仪在低压线路下应用示意图;
[0020] 附图2为本发明高低压综合相序相位仪在低压下原理框图;
[0021] 附图3为本发明高低压综合相序相位仪在高压线路下应用示意图;
[0022] 附图4为本发明高低压综合相序相位仪在高压下原理框图;
[0023] 附图5为本发明高低压综合相序相位仪的发射器线路板屏蔽结构示意图;[0024] 附图6为本发明高低压综合相序相位仪的接收器进行相位处理的流程图;
[0025] 其中:1、发射器11、分压电阻101、耦合电容12、A/D采样电路13、编码电路14、无
线发射模块15、滤波电路;
[0026] l'、发射器;11'、分压电阻101'、耦合电容12'、 A/D采样电路13'、编码电路14'、 无线发射模块15'、滤波电路;
[0027] 2、接收器21、无线接收模块21'、无线接收模块22、解码电路22'、解码电路23、信
号处理模块24、显示电路;
[0028] 3、屏蔽铜材4、绝缘材料;
具体实施方式
[0029] 下面将结合附图对本发明的最佳实施方式作一介绍:
[0030] 本发明高低压综合相序相位仪,可实现在线路正常运行的状态下,对低压或高压 单电源线路的相序进行判断,可以对低压或高压双电源线路的相位是否对应进行判断。在 对低压单电源核相序或双电源核相位时,通过电阻分压的方式在一相线缆上连接分压电 阻,分压电阻的另一端接地,从而在分压电阻上有电流通过,在分压电阻上既有电压产生, 通过采集分压电阻上的电压并进行电压相序和相位的分析从而实现相序或相位的判断;在 对高压单电压核相序或双电源核相位时,采用无线电耦合的原理,即通过导体中电场强弱 的改变会在仪器和屏蔽与大地组成的电容分压器上产生低电位电压信号。同样,通过采集 该电压信号并进行相应的转化调制后无线发射出去,当接收端通过电波接收到发射信息, 再通过解调将信息从电压变化中提取出来,通过对信号进行算法处理,实现定核相功能。 [0031] 由上述分析可以看出,对低压或高压电源线路的相序相位的判断,采集和处理方 式可共用,因此,在本发明中,高低压综合相序相位仪主要由两发射器和一手持接收器组 成,两个发射器的原理结构相同,如图2和图4所示,具体地,发射器1包括依次相电连接的 A/D采样电路12、编码电路13、无线发射模块14,各功能模块的具体电路可根据具体使用条 件选择公知的电路,在此对各具体电路不再赘述。发射器l'包括依次相电连接的A/D采样 电路12'、编码电路13'、无线发射模块14',同样,上述各功能模块的具体电路可根据具体 使用条件选择公知的电路,在此对各具体电路不再赘述。
[0032] 由于在现场核定相过程中,干扰信号有多种,来源和途径亦各不相同。如通过线路 直接流入电力设备的电晕信号,相邻设备、母线等的电场干扰,其他电力设备内部的局放信 号,硅整流信号,电力系统内部的高频保护和载波通讯信号,以及系统外的广播通讯信号, 因此,在发射器1、1'的编码电路13、13'进行相应的编码之前,还加入有滤波电路15、15', 滤波电路15、15'可采用高频硬件滤波器及或软件实现的数字滤波器实现。 [0033] 接收器2主要包括两与相应发射器的无线发射模块14、 14'相匹配的无线接收模 块21、21'、与无线接收模块21、21'输出端相连接的解码电路22、22',所述的两个解码电路 22、22'的输出端与一信号处理模块23相电连接,信号处理模块23的输出端与一数字显示 电路24相电连接,其中信号处理模块23可采用Ti系列DSP芯片。以TMS320F28xx系列为 例,该芯片集成12位AD采样模块,采样精度达到1/1024,单次采样时间约10ns,任2个通道 的采样相当于并行采样,这样由采样时差引起的相角差可以忽略。结合150MHz主频的CPU, 完全能保证运算后的电压信号相角足够精确。若采用片外AD采样芯片,可以选用Ti公司
6的TMS320C6xxx系列,其主频可达300MHz,数字信号处理能力更强。此外,为了进一步提高 精度还可以对双路电压信号交换采样通道进行交叉采样取平均值。
[0034] 上述对本发明高低压综合相序相位仪的功能模块进行了介绍,下面将对其工作过 程进行说明,由于该套设备其测量对象不同,发射器的采样原理略有不同,下面将对两种不 同的应用环境进行分别说明:
[0035]( — )、对低压单电源线路的相序和低压双电源线路的相位检测: [0036] 如图l所示,当需要检测其中一路单电源线路的各相序时,需要借助一分压电阻, 将分压电阻的一端与一相线缆相连接,分压电阻的另一端接地,如在图1中,将分压电阻设 置在发射器1上,将发射器1接地即可,从而,在电源正常运行状态下,该相线缆与分压电阻 之间形成通路,如图2所示,分压电阻11中有电流通过,从而在分压电阻11的另一端有电 压产生,发射器1的A/D采样电路12对电压信号进行采样后输出,经过滤波电路15滤除干 扰信号,编码电路13对转换后的电压信号进行适于发射的编码,由无线发射模块14发射出 去,接收器2的无线接收模块21无线接收到发射器1发射的信号后,经解码电路22解码后 的信号输入至信号处理模块23,信号处理模块23将接收信号与基准信号相对比,如预先设 定基准信号为相位角是零度的正弦波,且该基准信号为A相,那么当接收信号与基准信号 对比,两者波形相吻合,则可判断与发射器相连接的为A相;若接收信号与基准信号对比, 两者波形在相位上滞后或超前120度,则可判断与发射器相连接的为B相;若接收信号与基 准信号对比,两者波形在相位上滞后或超前240度,则可判断与发射器相连接的为C相,待 确定单电源线路的一相的相序后,将发射器1断开与该相的连接,同时将其与另一相线缆 相连,按照上述方式再判断出此线缆的相序,当两相线缆的相序判断出来后,另一线缆的相 序也自然就得知了。
[0037] 当需要进行低压双电源线路的核相判断时,首先按照上述的方式将两单电源线路 的各相序判断出来,然后将发射器1与第一路的A相线缆相连接,将发射器1'与第二路的 A相线缆相连接,同时两发射器l、l'接地,从而在相应线缆与大地之间相接的分压电阻11、
ir上分别有电流流过,这样,发射器1、r将分别采集的两路电压信号编码后发射出去。接
收器2接收上述两路信号,经相应的解码后,解码电路22、22'将相应信号一同发送至信号 处理模块23,信号处理模块23对接收的信号进行相位的判断,具体判断过程如下(图6所 示):
[0038] 首先预设同相的两信号的最大偏差阈值,该阈值可为经验数值,然后将两个接收 信号一个作为基准信号,另一作为比较信号,如设发射器1的发射信号为基准信号,发射器 1'的发射信号为比较信号,将比较信号与基准信号进行相似度对比,若两者相似度小于阈 值,则判断两相信号同相,并输出显示;
[0039] 若两者相似度大于阈值,将比较信号进行移位,在本实施例中,移位的角度每次可 为1度,移位后对两波形信号继续比较,直至经一次或多次移位后的比较信号与基准信号 两者相似度小于阈值,结束比较,输出显示移位的度数,直至两者相似度小于阈值,结束比 较,输出显示移位的度数,即为双电源线路同相的相位相差度数。需要说明的是,相似度可 根据需要设定为绝对值,这样相差的度数也应为正数;也可为实际比较数值,如当被比信号 起点位于基准信号起点左侧,相似度应为负数,若被比信号起点位于基准信号起点右侧,相 似度应为正数,显示电路可进行正负数值显示,从而对两者相位的判断更加直观。
7[0040] 按照上述方法对同相的两路B相、C相可同样进行相位判断。
[0041] 由于上述取样靠电阻分压产生,精度较高,几乎没有相位误差,因此,测量结果较 精确。
[0042] 为了方便操作,可在每个发射器1 、 1'上固定连接一金属挂钩,测量时,通过将金属 挂钩挂在相应的线路上即实现发射器与线路的有源连接。
[0043] 上述已介绍到,为了消除干扰信号,在发射器中采用滤波电路进行干扰信号的滤 除,为了从源头上抑制干扰信号,可以对整套仪器系统进行电场、磁场屏蔽。具体地,对于电 场干扰的屏蔽,主要靠反射损耗,因此采用具有高电导率的铜材。试验表明,其屏蔽效能在 很宽的频域范围内可达到120dB以上。而对工频磁场干扰则采用高磁导率、低电导率的强 磁材料进行屏蔽。针对电力系统电磁干扰的具体特点(工频为主,高频范围宽),在本发明 的高低压综合相序相位仪的发射器上采用多层屏蔽结构,如图5所示,其中心为实现发射 器功能的印刷板,在其外部包覆有两层铜材屏蔽层3,在两层屏蔽层3之间填充有绝缘材料 4,从而达到较好的屏蔽效果。
[0044] ( 二 )、对高压单电源线路的相序和高压双电源线路的相位检测:
[0045] 对高压单电源线路的相序和高压双电源线路的相位检测方式基本与低压检测相
同,所不同的是,在高压电源线路的检测中,不需要借助分压电阻,只需将发射器直接与相
应相的线缆相连即可,这是由于在高压线缆产生的电场下,仪器与线缆的连接将产生耦合
电容,该耦合电容与大地组成电容分压器,从而产生电压信号,如图3所示,当需要检测其
中一路单电源线路的各相序时,将其中一发射器,如发射器1 一端与一相线缆相接触,在电
源正常运行状态下,图4所示,该相线缆与发射器1之间形成有耦合电容101,从而在耦合电
容101上有电压产生,A/D采样电路12对电压信号进行采样后输出,经过滤波电路15滤除
干扰信号,编码电路13对转换后的电压信号进行适于发射的编码,由无线发射模块14发射
出去,接收器2对接收的信号进行的处理从而得到该相线缆的相序,其运算过程同低压单
电源线路的相序处理相同,在此不再赘述,
[0046] 当需要进行高压双电源线路的核相判断时,首先按照上述的方式将两单电源线路 的各相序判断出来,然后将发射器1与第一路的A相线缆相连接,将发射器1'与第二路的
A相线缆相连接,在各发射器i、r与相应线缆间分别产生耦合电容ii、ir,发射器i、r将
分别采集的耦合电容11两路电压信号编码后发射出去。接收器2接收上述两路信号,经相 应的解码后,解码电路22、22'将相应信号一同发送至信号处理模块23,信号处理模块23对 接收的信号进行相位的判断,从而得出两相线缆相位是否一致。具体判断步骤同低压双电 源线路的相位判断,在此不再赘述。
[0047] 在进行高压定核相时,取样采用感应原理,考虑到绝缘要求,采样发射器不能与地 电位发生直接联系。
[0048] 本发明高低压综合相序相位仪,能够在线路带电运行的状态下,通过无线采样,准 确判断低压或高压单电源线路的相序(正序或负序),对即将并列运行的双电源线路准确 判断相位是否对应。其可广泛应用于电力系统中,在高压或低压场合均可使用,因此,具有 较大的推广应用价值。

Claims (9)

  1. 一种高低压综合相序相位仪,其特征在于:它包括两个发射器(1、1’)、与所述发射器(1、1’)无线连接的接收器(2),每个所述的发射器(1、1’)包括依次相电连接的A/D采样电路(12、12’)、编码电路(13、13’)、无线发射模块(14、14’),所述的接收器(2)包括两路相依次电连接的无线接收模块(21、21’)、解码电路(22、22’)、与所述的两路解码电路(22、22’)输出端相电连接的信号处理模块(23)、与所述的信号处理模块(23)输出端相连接的显示电路(24);当进行低压单电源线路的相序判断时,所述的一发射器(1)通过一分压电阻(11)与任一相电源线缆相连接,分压电阻(11)另一端接地,在分压电阻(11)上有电流产生,所述发射器(1)将从分压电阻(11)上采集的相应相电源线缆的电压信息发射出去,所述接收器(2)对接收的信息进行运算处理并对相应相序进行显示;当进行低压双电源线路的相位判断时,所述的两发射器(1、1’)分别通过分压电阻(11、11’)与相应侧电源线路的同一相线缆相连接,两分压电阻(11、11’)另一端接地,在分压电阻(11、11’)上分别有电流产生,所述两发射器(1、1’)将从相应分压电阻(11、11’)上采集的相应相电源线缆的电压信息发射出去,接收器(2)对接收的两路信息进行运算处理以判断两相的相位是否一致;当进行高压单电源线路的相序判断时,其中一个发射器(1)的一端与任一高压相电源线缆相连接,所述发射器(1)与该相高压线缆间产生耦合电容(101),所述的A/D采样电路(12)采集耦合电容(101)上的电压信号并输出至编码电路(13),经编码后的电压信号由无线发射模块(14)发射出去,所述接收器(2)对接收的信息进行运算处理并对相应相序进行显示;当进行高压双电源线路的相位判断时,所述的两个发射器(1、1’)分别与相应侧电源线路的同一相线缆相连接,在发射器(1、1’)与相连接的高压线缆间分别产生耦合电容(101、101’),所述的发射器(1、1’)分别采集相应耦合电容(101、101’)上的电压信息并经编码电路(13、13’)编码后发射出去,接收器(2)对接收的两路信息进行运算处理以判断两相的相位是否一致。
  2. 2. 根据权利要求i所述的高低压综合相序相位仪,其特征在于:所述的发射器a、r)的A/D采样电路(12、12')与编码电路(12、12')之间还设置有滤波电路(15、15'),所述的滤波电路(15、15')用于在编码前滤除干扰信号。
  3. 3. 根据权利要求1或2所述的高低压综合相序相位仪,其特征在于:所述的发射器(1、1')的线路板外密封地包覆有一层或多层屏蔽铜材(3)。
  4. 4. 根据权利要求3所述的高低压综合相序相位仪,其特征在于:所述的多层屏蔽铜材(3) 之间填充有绝缘材料(4)。
  5. 5. 根据权利要求1或2或4所述的高低压综合相序相位仪,其特征再与:所述的发射器a、r)前端具有用于挂接在线缆上的金属挂钩。
  6. 6. 根据权利要求1或2或4所述的高低压综合相序相位仪,其特征在于:所述的接收器(2)为手持式接收器。
  7. 7. —种根据权利要求1所述的高低压综合相序相位仪的检测方法,其中,所述的信号处理模块(23)对接收的信号进行相位判断处理包括如下步骤:(a) 、预设同相的两信号最大偏差阈值;(b) 、将从两个发射器接收到的信号解码后以其中一个基准信号,另一为比较信号与该基准信号进行相似度对比,若两者相似度小于阈值,则判断两相信号同相;(c) 、若两者相似度大于阈值,将被比信号移位设定度数;(d) 、将移位后的被比信号再次与基准信号比较,若相似度小于阈值,则输出显示共移位的度数,即相差度数;否则进入步骤(c)。
  8. 8. 根据权利要求7所述的高低压综合相序相位仪的检测方法,其特征在于:步骤(b)中两对比信号为波形信号。
  9. 9. 根据权利要求7或8所述的高低压综合相序相位仪的检测方法,其特征在于:步骤(c)中,被比信号每次移位l度。
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