CN102680807A - 光纤数字化远程核相系统及其核相方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤数字化远程核相系统及其核相方法，数字式相位表通过光纤分别与两个模数转换模块或与两个智能变电站合并单元相连。两个模数转换模块分别接入被校核电压和基准电压，将电压模拟量转换成数字量采样值，通过光纤传输至数字式相位表；数字式相位表接收数字量采样值进行滤波处理，计算采样值的基波量，并比较两个电压的幅值和相位，确定两个电压之间的幅值和相位关系，从而校核被校核电压的相别、相序、极性。本发明通过模数转换模块将电压模拟量转换成数字量形式传输，数字式相位表对电压数字量进行同步、滤波、计算等处理，实现电压之间的核相工作，消除常规核相的安全隐患、提高核相准确度和效率、兼容智能变电站核相试验。

Description

光纤数字化远程核相系统及其核相方法

技术领域

本发明涉及一种基于数字化采样和光纤传输的远程核相技术，适用于常规变电站、智能变电站和直流换流站投产试验时的远距离核相试验，属于电力自动化技术领域。

背景技术    

核相是变电站投产过程中必须试验项目之一，用于验证新建变电站或改造变电站的一次接线和电压二次回路的正确性，是保证继电保护、测控和计量等功能正确工作的必要步骤，也是保证变电站安全、可靠运行的前提。

常规的核相方法是：通过电缆将两个需要核相的电压模拟量同时接入万用表的电压档或电压表，然后在万用表或电压表上直接测得两个电压间的压差                                                

，再分别测量两个电压对N相的大小和

，从而通过

、

、

估算出两个电压之间的相位差。变电站中由于保护小室都是就地布置，500kV变电站中不同小室之间相距较远，小室之间距离可能达到500m或以上。此时，两个小室之间的电压核相需要通过几百米的长电缆将电压引入万用表或电压表。这种采用长电缆核相的方式带来了一定的安全隐患和测量误差：当电缆破皮或绝缘降低时，有人误碰电缆时会造成一定的人员伤害；当电缆破皮或绝缘降低时，可能会造成对地短路，可能导致电压空开跳开，也有可能对二次电缆或PT造成损坏；当电缆对地绝缘降低，可能造成电缆对地漏电现象，从而导致测量不准确；电缆上存在一定的电压降，从而导致测得压差不准确。直流换流站中，存在大量谐波，而万用表或电压表并无滤波功能，采用常规方法核相时往往由于谐波的干扰导致结果偏差较大，影响判断。智能变电站中，由于电压、电流采样已经数字化，已无法用万用表或电压进行测试，常规的核相方法也不再适用。因此，提出一种新的核相技术，既能消除常规变电站核相的隐患，又能满足直流换流站的核相准确度要求，还能适应智能变电站的核相试验，具有重要的实际应用意义。

发明内容    

本发明的目的是提供一种安全、可靠、高效、准确度高的数字化核相系统及其核相方法，消除常规变电站远程核相的安全隐患和不足，提高直流换流站交流侧核相的准确度，也适用于智能变电站投产过程中的核相，同时提高核相试验的效率。

核相即将被校核电压与已确认正确的基准电压进行比较，从而确定被校核电压相别、相序和极性的正确性。常规变电站、直流换流站、智能变电站中的核相都是需要比较被校核电压基波与基准电压基波之间的相位关系和幅值关系，从而判断被校核电压的正确性。

为消除常规变电站远程核相的隐患、解决直流换流站的谐波影响以及兼容智能变电站的核相，本发明提供了一种基于光纤传输的数字化核相系统，其特征在于：包括数字式相位表和光纤，所述数字式相位表通过光纤分别与两个模数转换模块相连或分别与两个智能变电站合并单元相连。

所述两个模数转换模块分别接入被校核电压和基准电压，所述数字式相位表通过光纤分别与所述两个模数转换模块相连。

所述模数转换模块，提供三个电压模拟量输入，可对三个电压同时进行高精度采样，并将数字量采样值按照IEC61850-9-2格式进行封装，并以光纤以太网方式发送采样值报文。

所述数字式相位表，提供2个以上光纤以太网接口，用以接收所述模数转换模块的采样值输出。

所述数字式相位表内置有：

1）采样值处理模块，用于接收模数转换模块或智能变电站合并单元输出的采样值报文，并对采样值报文进行解析，对采样值的额定延时进行补偿，进行采样值同步处理；

2）数字滤波模块，用于滤除采样值中的谐波分量；

3）采样计算比较模块，用于计算电压值，比较两个电压采样值的幅值差和相位差；

4）波形显示模块，用于实时显示被校核电压和基准电压这两个电压的波形。

本发明同时提供一种基于光纤传输的数字化核相方法，其特征在于：对于常规变电站或直流换流站核相时，包括以下步骤：

1）所述两个模数转换模块分别接入被校核电压和基准电压，将电压模拟量转换成数字量采样值，通过光纤形式将数字量传输至所述数字式相位表；

2）所述数字式相位表接收模数转换模块的数字量采样值，进行滤波处理，计算采样值的基波量，并自动比较两个电压A、B、C相别的幅值和相位，确定两个电压之间的幅值和相位关系，从而校核被校核电压的相别、相序、极性。

3）数字式相位表以波形或向量图形式直接显示两个电压之间的关系，可直观的进行核相工作。

基于光纤数字化传输，消除了常规电缆核相方式存在的安全隐患和传输误差；滤波处理，最大程度减小直流换流站中的谐波影响，提高核相准确度；相位表的数字接口，适用于智能变电站核相工作。

对于智能变电站核相时，包含以下步骤：

1）数字式相位表通过光纤分别接收两个合并单元的数字量采样值，其中一个合并单元包含核相的基准电压，另一个合并单元包含被核相的电压；

2）数字式相位表对接收的数字量采样值进行滤波处理，计算采样值的基波量，并自动比较两个电压A、B、C相别的幅值和相位，确定两个电压之间的幅值和相位关系，从而校核被校核电压的相别、相序、极性；

3）数字式相位表以波形或向量图形式显示两个电压之间的关系。

本发明所达到的有益效果：

本发明的光纤数字化远程核相系统和方法，采用模数转换模块将核相过程中的两个电压就地数字化，基于光纤数字化方式将数字化电压量传输到数字式相位表，然后进行滤波、向量计算等处理，直观的比较两个电压之间的幅值和相位关系，从而达到核相的目的。这种核相技术，基于光纤数字化方式远距离传输电压量，可消除常规电缆核相的安全隐患和传输误差；可最大程度减小直流换流站核相过程中的谐波影响，提高核相准确度；同时可以使用于智能变电站投产过程中的核相试验。

附图说明    

图1为本发明光纤数字化远程核相方法应用于常规变电站或直流换流站时的系统接线图；

图2为本发明中模数转换模块发送的采样值报文数据格式；

图3为本发明中数字式相位表的软件处理流程；

图4为本发明光纤数字化远程核相方法应用于智能变电站时的系统接线图。

具体实施方式

本发明所述光纤数字化远程核相技术应用于常规变电站或直流换流站核相时，光纤数字化远程核相系统包括两个模数转换模块、数字式相位表和光纤，其与被核电压屏柜、基准电压屏柜间的接线方式如图1所示。每个模数转换模块提供三个电压模拟量输入，可对三个电压同时进行高精度采样；提供一对光纤以太网口，支持单口工作，发送电压采样值报文，采样值报文可配置；提供一个配置口，必要时可对模块参数及采样值报文进行配置修改。模数转换模块自带电池，工作时可外接电源，也可使用电池，携带方便。模数转换模块上电后即可工作，无需配置，使用简单，只有特殊情况，才需对模数转换模块进行配置修改。

数字式相位表提供2个以上光纤以太网接口，支持单口工作，用以接收模数转换模块的采样值输出。数字式相位表和模数转换模块的光纤以太网接口都支持单口工作方式，实际应用时，数字式相位表的Rx口通过光纤直接与模数转换的Tx口相连，即可进行采样值报文的传输。数字式相位表提供嵌入式液晶面板和键盘，可直观显示电压核相结果；可对接收采样值报文参数进行设置；并可对基准电压进行设定，对被校核电压的采样值通道进行选定。

将被核相电压和基准电压的A、B、C三相电压分别通过短电缆接入两个模数转换模块的电压输入端子，A、B、C相别须一一对应。模数转换模块将接入电压以固定的频率（4000Hz或更高）进行采样，将电压模拟量转换成数字量采样值，并将采样值组成符合IEC61850-9-2格式标准的以太网报文，以点对点方式通过光纤传输至数字式相位表。光纤长度根据现场情况而定，可以是短光纤，也可以是500m以上的长光纤，可以达到600m长的光纤。最终，数字式相位表计算比较接收的被校核电压和基准电压的采样值，进行核相。

所述模数转换模块发送的采样值内容如图2所示，图中T表示ASN.1标记，L表示长度。包含PDU、ASDU序列、ASDU1序列和数据集， PDU、ASDU序列、ASDU1序列的值向下包含；数据集中每个数据都包含了大小（i）和品质（q）。共有四个通道的数据，并且可扩展。采样值报文数据的第一个通道固定为额定延时，这一延时是由模数转换模块采样并处理所需的时间产生，是固定不变且可通过试验严格测定的。采样值报文数据的第二至第四个通道数据分别为A、B、C三相电压瞬时采样值，与实际电压接入密切相关。同时，为了兼容IEC61850-9-2格式，这三个通道数据中还含包括了采样值数据的品质，依次在采样值之后。

所述数字式相位表通过光纤以太网接口接收采样值报文，进行解析处理，处理流程如图3所示。数字式相位表接收并记录基准电压和被校核电压采样值报文的精确到达时间；获取采样额定延时（即采样值报文的第一个通道数据），并根据所选择的电压通道获取电压值；对电压数据进行滤波处理，滤除谐波分量；计算各电压的幅值和相位；根据基准电压的额定延时及采样值报文到达时间对基准电压的相位进行补偿，用同样的方法对被校核电压进行补偿；比较基准电压与被校核电压之间的比差和角差。根据数字式相位表计算出的基准电压和被校核电压的幅值以及相互之间的幅值和相位关系，即可对被校核电压进行核相。数字式相位表同时比较表1所示的各相电压之间比差和角差，无需更换接线等操作，一次即可确定被校核电压A相、B相、C相的相序、极性的正确性，有效提高核相效率。

表1

本发明所述光纤数字化远程核相方法应用于智能变电站时，核相系统只包含数字式相位表和光纤，接线方式如图4所示，数字式相位表直接通过光纤以太网接口和光纤接收两个合并单元的采样值报文，一个合并单元包含核相的基准电压，另一个合并单元包含被核相的电压。为了不影响合并单元的原有接线，数字式相位表连接至合并单元的光纤一般接至合并单元的最后一个备用口。数字式相位表的设置及工作流程与上述光纤远程核相技术应用于常规变电站或直流换流站时的数字式相位表一致。

上述实施例不以任何方式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案落在本发明的保护范围之内。 

Claims (7)

1. 一种光纤数字化远程核相系统，其特征在于：包括数字式相位表和光纤，所述数字式相位表通过光纤分别与两个模数转换模块相连或分别与两个智能变电站合并单元相连。

2.根据权利要求1所述的光纤数字化远程核相系统, 其特征在于：所述两个模数转换模块分别接入被校核电压和基准电压模拟量，所述数字式相位表通过光纤分别与所述两个模数转换模块相连。

3.根据权利要求1所述的光纤数字化远程核相系统, 其特征在于：所述模数转换模块，提供三个电压模拟量输入，可对三个电压同时进行高精度采样，并将数字量采样值按照IEC61850-9-2格式进行封装，并以光纤以太网方式发送采样值报文。

4.根据权利要求3所述的光纤数字化远程核相系统, 其特征在于：所述数字式相位表，提供2个以上光纤以太网接口，用以接收所述模数转换模块的采样值输出。

5.根据权利要求1所述的光纤数字化远程核相系统, 其特征在于：所述数字式相位表内置有：

1）采样值处理模块，用于接收模数转换模块或智能变电站合并单元输出的采样值报文，并对采样值报文进行解析，对采样值的额定延时进行补偿，进行采样值同步处理；

2）数字滤波模块，用于滤除电压采样值的谐波分量；

3）采样计算比较模块，用于计算电压值，比较两个电压采样值的幅值差和相位差；

4）波形显示模块，用于实时显示电压波形。

6.根据权利要求1所述的光纤数字化远程核相系统的核相方法，其特征在于：对于常规变电站或直流换流站核相时，包括以下步骤：

1）两个模数转换模块分别接入被校核电压和基准电压，将电压模拟量转换成数字量采样值，通过光纤将数字量传输至数字式相位表；

2）所述数字式相位表接收模数转换模块的数字量采样值，进行滤波处理，计算采样值的基波量，并自动比较两个电压A、B、C相别的幅值和相位，确定两个电压之间的幅值和相位关系，从而校核被校核电压的相别、相序、极性；

3）数字式相位表以波形或向量图形式直接显示两个电压之间的关系，可直观的进行核相工作。

7.根据权利要求1所述的光纤数字式远程核相系统的核相方法，其特征在于： 对于智能变电站核相时，包含以下步骤：

1）数字式相位表通过光纤分别接收两个合并单元的数字量采样值，其中一个合并单元包含核相的基准电压，另一个合并单元包含被核相的电压；

2）数字式相位表对接收的数字量采样值进行滤波处理，计算采样值的基波量，并自动比较两个电压A、B、C相别的幅值和相位，确定两个电压之间的幅值和相位关系，从而校核被校核电压的相别、相序、极性；

3）数字式相位表以波形或向量图形式显示两个电压之间的关系。

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