CN105021891A - 配电网基站式核相装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网基站式核相装置，涉及配电线路带电相位核对技术领域。该装置包括基准终端、被测终端和手机终端，三者之间两两双向交互信息，基准终端固定在基准端（即相位已知端）线路上，被测终端挂在被测端（即进行核相端）线路上，手机终端插有固定手机卡；基准终端和被测终端的硬件结构相同，均包括电源模块、电压信号采集模块、GSM模块、GPS模块、MCU模块、启动与复位模块和指示模块。将GPS授时技术、无线传输技术和电话网络应用于三相电力线网络的远程核相系统，通过短信比较核相位置的相位信息，并将结果发送到运行人员手机，操作方便，相位准确可靠，可以实现对分处两地的电力线相位差的测量与相位的核准。

Description

配电网基站式核相装置

技术领域

本发明涉及配电线路带电相位核对技术领域。

背景技术

在三相电力系统中，两个系统并网或两台变压器并联运行之前，首先需要对三相电网的相位进行测量，相位相同的系统才能互相连接。相位差过大或相序错误，将会在合环点产生严重的短路事故，造成开关设备损坏，甚至是电力网络的崩溃。因此，正确核相是电力系统安全运行中的一项十分重要的工作。

目前，核相工作主要依赖于各种远程无线核相装置，各种高压无线核相仪测量原理基本一致，都是借助于GPS卫星统一定时信号，通过信号接收器探测的电压相位信号，然后由工作人员比对两个相位信号接收终端的相位角度，判断两个核相位置的相位是否一致。这类装置存在以下缺点：1）配电设备遍布在城市及郊区，环境复杂，工作人员在现场通过手机语音通信来比对两个相位信号接收终端的相位角度变化，环境声音嘈杂，比对容易出现错误判断，必须反复确认才能确认相位信息准确性；2）该类核相器普遍以两个相位信号接收终端的相位角度相差20°以内即为同一相，但实际操作中出现过同一相相差20°以上的情况，对工作人员的判断造成影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种配电网基站式核相装置，利用GPS授时技术、无线传输技术和电话网络应用于三相电力线网络的远程核相系统，通过短信比较核相位置的相位信息，并将结果发送到运行人员手机，操作方便，相位核对准确，可以实现对分处两地的电力线相位差的测量与相位的核准。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种配电网基站式核相装置，包括基准终端、被测终端和手机终端，基准终端固定在基准端线路上，被测终端挂在被测端线路上，手机终端包括一张固定的手机卡；基准终端、被测终端和手机终端之间两两双向交互；基准终端和被测终端的硬件结构相同，硬件结构包括电源模块、MCU模块、电压信号采集模块、GSM模块、GPS模块和启动与复位模块；

电源模块连接其他各模块，为其他模块提供稳定的直流电源；

MCU模块连接其他各模块，协调控制各模块的工作，MCU模块上设有用于连接电压信号采集模块的外部中断一接口、用于连接GSM模块的GSM串口、用于连接GPS模块的GPS串口及外部中断二接口和用于连接启动与复位模块的RST串口；

电压信号采集模块通过外部中断一接口连接MCU模块，用于获取当前线路的电压相位信号，并将电压相位信号传输给MCU模块；

GSM模块通过GSM串口连接MCU模块，包括GPRS模块和SIM卡，接收MCU模块发出的短信控制指令并发送相位结果短信；

GPS模块通过GPS串口和外部中断二接口连接MCU模块，用于取得GPS系统授时信号，并将此信号传输给MCU模块，为MCU模块进行相位判断提供统一基准源；

启动与复位模块连接所述电源模块并通过RST串口连接MCU模块，用于启动电源模块并将MCU模块复位。

作为优选，硬件结构还包括指示模块，MCU模块还设有IO串口，指示模块通过IO串口连接MCU模块，指示模块包括MCU运行指示灯，MCU运行指示灯为LED指示灯，MCU模块工作时，MCU运行指示灯亮。

作为优选，指示模块还包括GSM指示灯，GSM指示灯为LED指示灯，SIM卡发送相位结果短信时，GSM指示灯亮。

作为优选，指示模块还包括GPS信号指示灯，GPS信号指示灯为LED指示灯，GPS模块取得GPS系统授时信号时，GPS信号指示灯亮。

作为优选，指示模块还包括电源指示灯，电源指示灯为LED指示灯，电源模块启动供电时，电源指示灯亮。

作为优选，硬件结构还包括JTAG调试接口，用于连接JTAG，进行系统调试，MCU模块还设有JTAG串口，JTAG调试接口通过JTAG串口连接MCU模块。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的配电网基站式核相装置由安装SIM卡的基准终端、被测终端和手机终端组成，利用GPS授时技术、无线传输技术和电话网络应用于三相电力线网络的远程核相系统，被测终端接受运行人员通过手机终端发送的短信核相命令后，基准终端和被测终端依据GPS统一时钟信号，记录电压信号采集模块探测的电压相位信号，通过短信比较基准终端和被测终端核相位置的相位信息，并将结果通过短信发送到运行人员手机，操作方便，核相准确可靠，可以实现对分处两地的电力线相位差的测量与相位的核准。MCU模块和GPRS模块正常处于休眠状态，在接受到短信命令后，自动退出休眠状态，开始核相工作，在一次核相完成后，系统自动进入休眠状态，保证低功耗，可以延长仪器的使用时间。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的硬件结构框图。

图中：1、基准终端；2、被测终端；3、手机终端；4、基准端线路；5、被测端线路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种配电网基站式核相装置，如图1所示，包括基准终端1、被测终端2和手机终端3，基准终端1固定在基准端线路4上，即相位已知端的线路上，被测终端2挂在被测端线路5上，即进行核相端的线路上，手机终端3包括一张固定的手机卡。基准终端、被测终端和手机终端之间两两双向交互信息。

基准终端1和被测终端2的硬件结构相同，如图2所示，包括电源模块、电压信号采集模块、GSM模块、GPS模块、MCU模块、启动与复位模块和指示模块。根据工作需要可通过手机终端3发送短信命令，将终端配置成为基准模式或移动被测模式，因此，基准终端1和被测终端2可以互换使用。

电源模块连接其他各模块，为整个装置提供稳定的直流电源。

MCU模块连接其他各模块，负责协调控制各模块的工作，正常处于休眠状态，当核相开始后，自动退出休眠。MCU模块上设有用于连接电压信号采集模块的外部中断一接口、用于连接GSM模块的GSM串口、用于连接GPS模块的GPS串口及外部中断二接口和用于连接启动与复位模块的RST串口。

电压信号采集模块通过外部中断一接口连接MCU模块，核相操作中通过专用探头（具体实施中为电压采集传感器）获取当前线路的电压相位信号，并将电压相位信号传输给MCU模块，MCU模块将采集的原始正弦波电压相位信号转换为特定时间点的上升沿方波信号，用于基准终端1和被测终端2的相位对比。电压信号采集模块中设有抗干扰单元，能使电压相位信号稳定的传输给MCU模块。

GSM模块通过GSM串口连接MCU模块，包括GPRS模块和SIM卡，负责模块之间的通信，接收MCU模块发出的短信控制指令并发送相位结果短信。

GPS模块通过GPS串口和外部中断二接口连接MCU模块，GPS串口用于接收GPS系统授时信号，外部中断二接口用于设置中断来记录同步秒脉冲信号，当秒脉冲中断响应时，GPS模块开始计时，电压信号采集模块开始采集并记录数据，GPS的计时信号一直记录到采集完电压相位信号。将GPS时间信号传输给MCU模块，为MCU模块进行相位判断提供统一基准源，被测终端2可获得同步秒脉冲信号输出，以此精确的秒脉冲信号为基准，便可获得基准终端1电力线信号与被测终端2电力线信号的相位差，实现远程核相。

启动与复位模块连接电源模块并通过MCU模块上的RST串口连接MCU模块，用于启动电源模块或在一次核相完成后通过MCU模块将装置复位。

指示模块通过IO串口连接MCU模块，包括四个LED指示灯，分别为GSM指示灯、GPS信号指示灯、MCU运行指示灯和电源指示灯，相应模块正常工作时，MCU模块控制相应指示灯点亮，清楚显示各模块的工作状态。当SIM卡收发短信短信时，GSM指示灯亮；当GPS模块取得GPS系统授时信号时，GPS信号指示灯亮；当MCU模块退出休眠状态进行核相工作时，MCU运行指示灯亮；当电源模块启动，为整个装置供电时，电源指示灯亮。

具体实施中，装置的硬件结构需要进行调试才能确保核相工作顺利进行，因此，硬件结构还需要配备JTAG调试接口，MCU模块设有用于连接JTAG调试接口的JTAG串口，JTAG调试接口用于连接JTAG，下载调试程序，对装置进行系统调试。

在具体实施中，将基准终端1悬挂于已知的10KV线路上，将被测终端2悬挂于被测10KV线路上，运行人员控制手机终端3。核相工作前应确保装置电量充足，手机卡余额充足，GPS模块可以复位。

本发明的配电网基站式核相装置基准终端1、被测终端2和手机终端3的具体核相步骤如下。

1）被测终端2：启动电源模块，初始化MCU模块的串口及外围引脚；通过GSM模块发送“Power ON!”短信至手机终端3，代表装置的被测终端2开机成功；等待GPS模块复位，复位并寻星成功后，再通过GSM模块发送“Ready！”短信至手机终端3，之后GPS模块会进入休眠模式，等待手机终端3回复的核相指令“S”。GPS寻星较慢，一般寻星时间为3分钟左右，如果长时间收不到“Ready！”短信，可重启电源模块。MCU模块和GPRS模块正常处于休眠状态，当接收到核相指令“S”时，MCU模块、GPS模块和GPRS模块自动退出休眠模式，通过GSM模块发送核相指令短信“S”至基准终端1，通知基准终端1开始进行核相工作，被测终端2开始进行GPS授时记录，同时依据GPS统一时钟信号，电压信号采集模块采集被测端线路5的电压相位信号，记录GPS秒沿与下一个电压上升沿(电压采用过零检测)之间的时间差Δt1，然后等待基准终端1反馈回来的核相数据Δt2。当被测终端2接收到基准终端1的核相数据Δt2后，从被测终端2采集并记录的数据中选取与基准终端1采集并记录的数据时间同步的数据，通过比对两组数据，对同一时间被测终端2的数据Δt1和基准终端1的数据Δt2求差，进行核相运算得到差值Δt，根据差值Δt判断相位，Δt相差0ms，相位结果为A相，Δt相差6.66ms之内，相位结果为B相，Δt相差1.33ms之内，相位结果为C相，判断误差为3ms。当核相完成后，通过被测终端2的GSM模块将核相结果发送至手机终端3。

2）基准终端1：启动电源模块，初始化MCU模块的串口及外围引脚；通过GSM模块发送“Power ON!”短信至手机终端3，代表装置的基准终端1开机成功；等待GPS模块复位，复位并寻星成功后，再通过GSM模块发送“Ready！”短信至手机终端3，代表GPS复位成功，之后GPS模块会进入休眠模式，等待被测终端2发送的核相指令“S”。当接收到核相指令“S”时，MCU模块、GPS模块和GPRS模块自动退出休眠模式，开始进行GPS授时记录，同时电压信号采集模块采集核相数据，即电压相位信号，并记录GPS秒沿与下一个电压上升沿(电压采用过零检测)之间的时间差Δt。当数据记录完成后，通过GSM模块将核相数据发送至被测终端2。

3）手机终端3：即运行人员手中的手机，在收到基准终端1与被测终端2发送的“Power ON!”与“Ready！”短信后，手机终端3通过SIM手机卡向被测终端2回复核相指令“S”短信，然后等待接收被测终端2发送的核相结果即可。手机终端3主要是一张固定的SIM卡，该卡安装在任意一部可收发短信的手机中即组合成手机终端3。

本发明由安装SIM卡的基准终端1、被测终端2和手机终端3组成，利用GPS授时技术、无线传输技术和电话网络应用于三相电力线网络的远程核相系统，被测终端2接受运行人员通过手机终端3发送的短信核相命令后，基准终端1和被测终端2依据GPS统一时钟信号，记录电压信号采集模块探测的电压相位信号，通过短信比较基准终端1和被测终端2核相位置的相位信息，并将结果发送到手机终端3，即运行人员的手机上，操作方便，核相准确，可以实现对分处两地的电力线相位差的测量与相位的核准。MCU模块和GPRS模块正常处于休眠状态，在接受到短信命令后，自动退出休眠状态，开始核相工作，在一次核相完成后，系统自动进入休眠状态，保证低功耗，可以延长仪器的使用时间。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (6)

1.一种配电网基站式核相装置，其特征在于：包括基准终端（1）、被测终端（2）和手机终端（3），所述基准终端（1）固定在基准端线路（4）上，所述被测终端（2）挂在被测端线路（5）上，所述手机终端（3）包括一张固定的手机卡；所述基准终端（1）、被测终端（2）和手机终端（3）之间两两双向交互；所述基准终端（1）和所述被测终端（2）的硬件结构相同，所述硬件结构包括电源模块、MCU模块、电压信号采集模块、GSM模块、GPS模块和启动与复位模块；

所述电源模块连接其他各模块，为其他模块提供稳定的直流电源；

所述MCU模块连接其他各模块，协调控制各模块的工作，所述MCU模块上设有用于连接所述电压信号采集模块的外部中断一接口、用于连接所述GSM模块的GSM串口、用于连接所述GPS模块的GPS串口及外部中断二接口和用于连接所述启动与复位模块的RST串口；

所述电压信号采集模块通过外部中断一接口连接所述MCU模块，用于获取当前线路的电压相位信号，并将电压相位信号传输给MCU模块；

所述GSM模块通过GSM串口连接所述MCU模块，包括GPRS模块和SIM卡，接收所述MCU模块发出的短信控制指令并发送相位结果短信；

所述GPS模块通过GPS串口和外部中断二接口连接所述MCU模块，用于取得GPS系统授时信号，并将此信号传输给所述MCU模块，为MCU模块进行相位判断提供统一基准源；

所述启动与复位模块连接所述电源模块并通过RST串口连接所述MCU模块，用于启动所述电源模块并将所述MCU模块复位。

2.根据权利要求1所述的配电网基站式核相装置，其特征在于所述硬件结构还包括指示模块，所述MCU模块还设有IO串口，所述指示模块通过所述IO串口连接所述MCU模块，所述指示模块包括MCU运行指示灯，所述MCU运行指示灯为LED指示灯，所述MCU模块工作时，MCU运行指示灯亮。

3.根据权利要求2所述的配电网基站式核相装置，其特征在于所述指示模块还包括GSM指示灯，所述GSM指示灯为LED指示灯，所述SIM卡发送相位结果短信时，GSM指示灯亮。

4.根据权利要求2所述的配电网基站式核相装置，其特征在于所述指示模块还包括GPS信号指示灯，所述GPS信号指示灯为LED指示灯，所述GPS模块取得GPS系统授时信号时，GPS信号指示灯亮。

5.根据权利要求2所述的配电网基站式核相装置，其特征在于所述指示模块还包括电源指示灯，所述电源指示灯为LED指示灯，所述电源模块启动供电时，电源指示灯亮。

6.根据权利要求1所述的配电网基站式核相装置，其特征在于所述硬件结构还包括JTAG调试接口，用于连接JTAG，进行系统调试；所述MCU模块还设有JTAG串口，所述JTAG调试接口通过所述JTAG串口连接所述MCU模块。