CN107247195A - 应用于智能变电站的手持核相仪和核相方法 - Google Patents
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Abstract
应用于智能变电站的手持核相仪和核相方法属于智能变电站工程保护系统核相技术领域，尤其涉及一种应用于智能变电站的手持核相仪和核相方法。本发明提供一种可有效解决智能变电站核相问题的应用于智能变电站的手持核相仪和核相方法。本发明应用于智能变电站的手持核相仪包括手持核相仪本体，其结构要点手持核相仪本体上设置有触摸显示屏、开关量接口、光串口、光以太网口、TF卡槽、指示灯、模拟量采集口和按键，手持核相仪本体内设置有ARM处理器、电源管理部分、FPGA和A/D转换模块；ARM处理器分别与触摸显示屏、开关量接口、TF卡槽、指示灯、按键、电源管理部分、FPGA输出端口相连。
Description
技术领域
本发明属于智能变电站工程保护系统核相技术领域，尤其涉及一种应用于智能变电站的手持核相仪和核相方法。
背景技术
智能站基本因采用大量数字化设备而取消了大量电缆连接，在智能站的核相中存在如下问题：
1、智能变电站采用了大量光接口设备(如合并单元、智能终端、网络分析仪)和电子化设备(电子式互感器)取消了大量电缆连接，常规的万用表或者常规继电保护设备无法完成核相工作。
2、依靠智能站本身的保护装置、网络分析仪、故障录波器、测控装置、监控系统等间隔层和站控层设备提供的电压、电流、相角比较分析因受到本身装置的采集准确度局限，无法实现最直接有效验证所在电气间隔或者不同电气间隔之间的相位相角校验的目的。
3、智能站中广泛采用IE61850通信规约，智能终端、合并单元、智能化保护装置等采用统一网络协议，而核相所用的电压、电流、相角等电量化信息通过网络化进行信息传递，因此对核相所用装置和方法不同于传统核相方法和装置，必须满足网络数据交换、采集功能。
4、智能变电站核相工作点较多、且分散，数据比对和分析工作较为庞杂，需要随身携带，且要求多点分布的核相数据需集中对比分析，以便快速地更为精准地分析出电网系统接线错误位置。
5、针对无法用常规手段进行相位和相序的核相来说，电压电流量的采集点确定以及比对方法是十分重要的。而智能变电站存在大量数字化设备和网络化设备，给电压电流第一手的采集带来困难，也给电压电流的相位比对带来了制约。
综上，因此需要开发一个针对智能站的手持式数字化核相仪以及核相方法非常有必要。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种可有效解决智能变电站核相问题的应用于智能变电站的手持核相仪和核相方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明应用于智能变电站的手持核相仪包括手持核相仪本体，其结构要点手持核相仪本体上设置有触摸显示屏、开关量接口、光串口、光以太网口、TF卡槽、指示灯、模拟量采集口和按键，手持核相仪本体内设置有ARM处理器、电源管理部分、FPGA和A/D转换模块；
ARM处理器分别与触摸显示屏、开关量接口、TF卡槽、指示灯、按键、电源管理部分、FPGA输出端口相连；FPGA的输入端口分别与A/D转换模块的输出端口、光串口、光以太网口相连，A/D转换模块的输入端口与模拟量采集口相连；
手持核相仪本体后端上部通过上转动轴与第一支撑连板上端相连，第一支撑连板下端通过下转动轴与第二支撑连板相连，第一支撑连板和第二支撑连板的中部均设置有通孔。
作为一种优选方案，本发明所述第一支撑连板与第二支撑连板相邻侧对应设置有卡槽，一直角支撑卡夹的两端分别卡入第一支撑连板和第二支撑连板上的卡槽内。
作为另一种优选方案，本发明所述触摸显示屏用于进行可视化的核相和采样值操作；
电源管理完成仪器电池充电功能，电源在室外低温环境下的数小时续航操作；
模拟量采集口用于核相时采集交流电压和电流；
开关量接口用于硬接点的开入和开出；
光串口用于光信号接收、发送或者B码对时信号的接收、发送；
光以太网口为3对，光以太网口1/2/3用于SV和GOOSE的收发，光口3用于IEEE1588对时，接收IEC61850-9-2报文和MMS及网络报文，发送IEC61850-9-2报文和IEEE1588报文；
TF卡槽用于存放程序及数据和报告；
指示灯包括Link灯、ACT灯、RX灯、TX灯、CHR灯，光以太网口Link灯常亮指示光纤收发链路连接正常，光以太网口ACT灯闪烁指示有数据接收，常亮指示有数据发送，光串口RX灯常亮指示有FT3数据接收，光串口TX灯常亮指示有FT3数据发送，充电CHR灯常亮指示正在充电，充电完成后灯熄灭；
按键用于查看采样值是否失步或者存在丢帧异常采样现象以及核相操作；
FPGA用于处理数字信号。
作为另一种优选方案，本发明所述电源管理部分包括SN8P2711B芯片U1、LY5056芯片、S8356芯片和FS312F芯片U4，U1的1脚分别与电容C2一端、DC/DC模块输出端相连，DC/DC模块输入端分别与电源、电容C1一端相连，电容C1另一端、电容C2另一端接地，U1的2脚依次通过电阻R1、二极管D8接地；
U1的3脚依次通过电阻R2、二极管D9接地；
U1的4脚分别与LY5056芯片的6脚、电阻R3一端相连，电阻R3另一端接电源；
U1的5脚依次通过电阻R4、二极管D10接地；
U1的6脚依次通过电阻R5、二极管D11接地；
U1的7脚通过开关接地；
U1的8脚分别与电阻R8一端、电容C4一端、电阻R9一端、外界电源检测端相连，电阻R8另一端、电容C4另一端接地，电阻R9另一端接电源；
LY5056芯片的4脚分别与电容C5一端、第一稳压管阴极、二极管D7阴极相连，二极管D7阳极与Vin电源端相连，第一稳压管阳极、电容C5另一端接地，LY5056芯片的7脚分别与电阻R10一端、LY5056芯片的1脚相连，电阻R10另一端接LY5056芯片的2脚，LY5056芯片的3脚接地，LY5056芯片的5脚分别与电池正极、电容C6一端、电容C7一端相连，电容C6另一端、电容C7另一端接地；
S8356芯片的2脚分别与电阻R11一端、电感L一端、电池正极、电容C8一端相连，电容C8另一端接地，电阻R11另一端分别与S8356芯片的3脚、U1的10脚；
电感L另一端分别与二极管SD阳极、二极管D6阴极、NMOS管Q3漏极相连，NMOS管Q3栅极与S8356芯片的5脚相连；NMOS管Q3源极分别与二极管D6阳极、S8356芯片的4脚、地线相连；二极管SD阴极分别与电容C9一端、电阻R12一端、电容C10一端、电容C11一端、第二稳压管阴极、电阻R14一端、NMOS管Q4漏极、二极管D4阴极相连；
电容C9另一端分别与S8356芯片的1脚、Vout端、电阻R12另一端、电阻R13一端相连，电阻R13另一端接地；电容C10另一端、电容C11另一端、第二稳压管阳极接地；电阻R14另一端分别与NMOS管Q4栅极、电阻R17一端相连，NMOS管Q4源极分别与二极管D4阳极、VOUT相连；
电阻R17另一端分别与二极管D5阴极、NMOS管Q5漏极相连，NMOS管Q5源极分别与二极管D5阳极、电容C12一端、电阻R16一端、地线相连，NMOS管Q5栅极分别与电容C12另一端、电阻R16另一端、电阻R15一端相连，电阻R15另一端接U1的9脚；
U4的5脚分别与电阻R18一端、电容C13一端相连，电阻R18另一端接电池正极，电容C13另一端分别与U4的6脚、电池负极、地线、NMOS管Q1源极、二极管D1阳极相连，NMOS管Q1栅极接U4的DO端口，二极管D1阴极分别与二极管D2阳极、NMOS管Q1漏极、NMOS管Q2漏极相连，NMOS管Q2栅极接U4的CO端口，二极管D2阴极分别与NMOS管Q2源极、电阻R19一端、电池正极相连，电阻R19另一端接U4的2脚,；
U1的11脚分别与电阻R23一端、电容C15一端相连，电阻R23另一端通过电容C17分别与电阻R22一端、电阻R24一端相连，电阻R24另一端、电容C16一端接地；
电容C15另一端分别与电容C16另一端、电阻R22另一端、运放正向输入端相连，运放输出端分别与Vout端、电容C4一端、电阻R20一端相连，电容C4另一端接地，电阻R20另一端通过电阻R21接地。
其次，本发明所述光串口包括FT3接收口RX和FT3发送口TX。
另外，本发明通过模拟和数字量两路通道进行信号采集，模拟量通道是从互感器二次线圈通过电缆与手持核相仪的A/D转换模块对接，进行模数转换，进入到FPG；数字量通道是通过合并单元或者智能终端的数字化端与手持核相仪的数字量采集端口光串口、光以太网口相连，并将数字量通过FPGA；模拟量或者数字量通过FPGA数字信号处理后，传输到ARM处理器进行矢量的相角和幅值核相比对和记录存储；
相角和幅值核相比对如下：幅值判断条件如下：
或者
相角判断条件如下：
或者
是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电压幅值；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电压幅值；
是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电流幅值；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电流幅值；
是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电压相角；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电压相角；
是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电流相角；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电流相角。
本发明应用于智能变电站的核相方法包括以下部分：
1)合并单元接线的单体测试
(1)根据合并单元组柜方式、主接线方式，间隔数量因素决定测试单体的方式和方法，分为合并单元集中组屏(柜)的单一合并单元核相校验和分散式合并单元核相校验；
合并单元集中组屏(柜)，鉴于物理位置测试，电气接线组合因素考虑，先对单一合并单元进行核相操作，接线方式正确，以正确接线方式的合并单元为基准源，进行校验其他合并单元的接线方式正确性；
利用模拟量测试仪或者电网系统电压作为校验的基准源，分别输出两路分别作为合并单元模拟量输入和手持核相仪模拟输入，实现合并单元和手持核相仪采取同源输入，将合并单元的输出端连接到手持核相仪的输入端，由此手持核相仪将合并单元的输入和输出进行比对，查看合并单元在电缆接线是否错误或者失步丢帧，其比较方法为：将手持核相仪的输入电压或者电流与合并单元的输出电压或者电流做电压或者电流矢量的对应相位和幅值比较，若电压差或者电流差存在幅值或者相位差时，视为合并单元接线不正确；由此鉴定单个合并单元接线，防止合并单元输入和输出反相180°；
单个合并单元接线效验完成后，以此合并单元为标准源对其他合并单元进行效验；具体做法：将标准源的合并单元和被测合并单元采用同源(模拟量测试或系统接入点)的输入，并将两者输出同时输入到手持核相仪，比较两个合并单元的电压差和电流差的相位和幅值，有幅值差或者相位差则表示被测合并单元接线有问题，需要按照正确接法进行接线；如此方法，对其余各合并单元进行接线的校验；
(2)考虑到按照间隔分散式组柜的实际位置分布较为分散，其模拟量测试仪的加量线和光纤接线不太方便，因此应用多个手持核相仪同时接线，多个合并单元同时采用同源输入，同时也将合并单元和手持核相仪也采用同源输入，并将数字量输入到各个手持核相仪，由此同时利用多个手持核相仪比照模拟量测试或系统接入点的电压、电流矢量和合并单元输出的电压、电流矢量作A\B\C相的对应项比较，若对象项的比较有差值，如手持核相仪模拟量测试或系统接入点的A相电压或者电流与合并单元输出的电压或者电流矢量有差值，则表示该合并单元有接线错误现象；
2)智能终端接入的开入开出量校核
将智能终端的开入信号通过光网口接入到手持核相仪，通过分、合闸断路器、隔离开关等开关量设备或者通过电缆将开关量开入引入到手持核相仪中，进而查看进入智能终端的开入量是否正确，如有分合闸不统一者，断路器或者隔离开关在分闸时，进入智能终端的开入量为分闸，则进入开关量设备进入智能终端前的接线正确，进入智能终端的开入量为合闸，则调整进入开关量设备进入智能终端前的接线；或者调整进入智能终端前的常闭常开节点，或者调换分、合闸接线；手持核相仪发送分合、闸开关量开出，对应检查开关量设备的分、合闸状态，如果发出的分闸指令与开关量设备的分、闸状态不一致，则调整智能终端到开关量设备的开关量开出接线，或者调换进入开关量设备的分合闸线圈的接线，或者调整进入开关量设备的分合闸回路的常闭常开节点，使开关量设备的分合闸状态与智能终端发出的分合闸令保持一致；
3)系统的核相方法
在效验完合并单元后保证各合并单元都接线正确的基础上，对系统的电力线路接线及其变电站电气设备安装进行核相；根据主接线方式，核相精度因素，分为两种方法：即“合并单元数字量+合并单元数字量”电网核相方法和“电网接入点模拟量+合并单元数字量”电网核相方法；
“合并单元数字量+合并数字量”方法：先按照双母线分段接线为例解释，其他多电网系统接线方式的核相方式亦同；用一个手持核相仪在A处采集合并单元A输出的电网系统Ⅰ数字化量的电压或者电流矢量，并记录该合并单元采集的电压或者电流矢量参数，再用同一个手持核相仪在B处采集合并单元B输出的电网系统Ⅱ数字化量的电压或者电流矢量，同时从电源线路的断路器和隔离开关的智能终端采集合位开关量数据，复以证明采集电网系统Ⅰ和电网系统Ⅱ采集电压或者电流矢量的有效性，利用手持核相仪的矢量比照功能，比照A处和B处的电压矢量幅值或者相角差，如果存在幅值差或者相角差，则说明两个电网系统的电力设备或者电力线路接线存在接线错误；
“电网接入点模拟量+合并单元数字量”方法：将电网系统Ⅰ模拟量的电压电流直接接入到手持核相仪中，同时将采集电网系统Ⅱ的电压、电流矢量的合并单元输出量连接到同一个手持核相仪中，比较两个电网系统的A\B\C相对应的电压、电流矢量的幅值差、相角差，如存在A\B\C对应相的幅值差或者相角差，则说明电力设备或者电力线路接线存在接线错误。
本发明有益效果。
本发明可实现合并单元接线单装置校验、接入智能终端开入开出量校验，多个电网系统的电力线路接线及其变电站电气设备安装核相校验。
本发明考虑智能变电站工况条件下的合并单元排布、智能终端的开入开出量接入、多个电网系统电力线路接线方式及其变电站电器设备安装方式等因素，从提高核相效率和准确度出发，分层核验，对合并单元、智能终端接入的开入开出量进行单体校验测量，排除装置接线错误引起的隐患，进而设计完成多个电网系统核相的校验，并对每个电网系统的代表性模拟量或者数字量进行取样可视化的对比性校验。
本发明的手持核相仪及其核相方法不仅快速准确有效解决了智能变电站因光纤网络化设备多而无法实现有效核相的问题，而且还可以成为相关从业人员教学、培训、技术交流之用，手持式便于携带，操作灵便，可视化界面直观有效，解决相关从业人员在智能变电站不能直观核相的困扰。
本发明第一支撑连板与第二支撑连板共同起着在核相操作时，方便将手持核相仪本体器身挂起在汇控柜或者保护及自动化装置等设备上，或者将手持核相仪本体器身斜支撑在平台设备上，最终达到方便作业人员单人操作。转动轴实现第一支撑连板和第二支撑连板转动以便实现支撑架收起、挂起以及斜支撑。支撑卡夹利用卡槽式结构固定第一支撑连板和第二支撑连板。绑扎线穿过支撑连板上通孔，起到固定手持核相仪本体的作用，方便操作者操作或者利用现场铁杆之类的杆状物来穿过铁杆起到固定手持核相仪本体的作用。
本发明手持核相仪，针对合并单元接线的校核、多个电网系统的核相校核采用了模拟量和数字化的电压电流矢量对比的可视化，或者数字量和数字量的电压电流矢量可视化对比，智能终端接入的开入开出量校核是比对智能终端与手持核相仪的开光量开入开出，与开光量分合闸状态。
本发明核相方法采用两级校核，即第一级合并单元单装置接线校核和智能终端接入的开入开出量校核辅助校核，第二级多电网系统的核相校核。保证采集同源或者采集真实的电网特征信息，以及保证对比的有效性，本手持核相仪设计了多个模拟量采集口、开关量开入开出接口、光网口和光串口，并将以上接口采集的模拟量或者数字化量信息通过FPGA按照光串口的B码对时时标或者光网口的IEEE1588对时时标实现同步，已便ARM处理器矢量的相角和幅值核相比对有效性。
本发明采用两级校核，第一级是第二级的校验基础，明确核相范围。第一级合并单元单装置接线校核和智能终端接入的开入开出量校核辅助校核必须同源性，即被校验的合并单元和手持核相仪来自同一模拟量测试仪或者系统接入点，被校验的智能终端接入的开入量和手持核相仪来自同一开关量设备的开入量，被校验的智能终端接入的开出量来自同一手持核相仪发出的开关量开出。
合并单元单体核相方法分为合并单元集中组屏(柜)的单一合并单元核相校验和分散式合并单元核相校验。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明的硬件框图。
图2是本发明的工作流程图。
图3是本发明的合并单元集中组屏(柜)的单一合并单元核相校验原理图。
图4是本发明的合并单元集中组屏(柜)的多个合并单元核相校验原理图。
图5是本发明的分散式合并单元核相校验原理图。
图6智能终端的开入开出校验原理图。
图7是本发明的两个电网系统的核相方法一原理图。
图8是本发明的两个电网系统的核相方法二原理图。
图9是本发明手持核相仪背板支撑架收起示意图。
图10是本发明手持核相仪背板支撑架挂起示意图。
图11是本发明手持核相仪背板支撑架斜支撑示意图。
图12是本发明手持核相仪电源管理硬件框图。
图13是本发明手持核相仪电源控制电路图。
图14是本发明手持核相仪电源充电电路图。
图15是本发明手持核相仪电源输出电路图。
图16是本发明手持核相仪电池保护电路图。
图17是本发明手持核相仪辅助电路图。
图9-11中，1为通孔、2为下转动轴、3为上转动轴、4为第一支撑连板、5为第二支撑连板、6为手持核相仪本体、7为直角支撑卡夹。
具体实施方式
如图所示，本发明应用于智能变电站的手持核相仪包括手持核相仪本体，手持核相仪本体上设置有触摸显示屏、开关量接口、光串口、光以太网口、TF卡槽、指示灯、模拟量采集口和按键，手持核相仪本体内设置有ARM处理器、电源管理部分、FPGA和A/D转换模块；
ARM处理器分别与触摸显示屏、开关量接口、TF卡槽、指示灯、按键、电源管理部分、FPGA输出端口相连；FPGA的输入端口分别与A/D转换模块的输出端口、光串口、光以太网口相连，A/D转换模块的输入端口与模拟量采集口相连；
手持核相仪本体后端上部通过上转动轴与第一支撑连板上端相连，第一支撑连板下端通过下转动轴与第二支撑连板相连，第一支撑连板和第二支撑连板的中部均设置有通孔；
所述第一支撑连板与第二支撑连板相邻侧对应设置有卡槽，一直角支撑卡夹的两端分别卡入第一支撑连板和第二支撑连板上的卡槽内。
所述触摸显示屏可手指轻按屏幕进行操作，进行可视化的核相和采样值操作；
电源管理完成仪器电池充电功能，电源在室外低温环境下的数小时续航操作；
模拟量采集口用于核相时采集交流电压和电流；
开关量接口用于硬接点的开入和开出；
光串口用于光串口接收、发送或者B码对时信号的接收、发送；
光以太网口为3对，光以太网口1/2/3用于SV和GOOSE的收发，光口3用于IEEE1588对时，接收IEC61850-9-2报文和MMS及网络报文，发送IEC61850-9-2报文和IEEE1588报文；
TF卡槽用于存放程序及数据和报告；
指示灯包括Link灯、ACT灯、RX灯、TX灯、CHR灯，光以太网口Link灯常亮指示光纤收发链路连接正常，光以太网口ACT灯闪烁指示有数据接收，常亮指示有数据发送，光串口RX灯常亮指示有FT3数据接收，光串口TX灯常亮指示有FT3数据发送，充电CHR灯常亮指示正在充电，充电完成后灯熄灭；
按键用于查看采样值是否失步或者存在丢帧异常采样现象以及核相操作；
FPGA用于处理数字信号。
所述电源管理部分包括SN8P2711B芯片U1、LY5056芯片、S8356芯片和FS312F芯片U4，U1的1脚分别与电容C2一端、DC/DC模块输出端相连，DC/DC模块输入端分别与电源、电容C1一端相连，电容C1另一端、电容C2另一端接地，U1的2脚依次通过电阻R1、二极管D8接地；
U1的3脚依次通过电阻R2、二极管D9接地；
U1的4脚分别与LY5056芯片的6脚、电阻R3一端相连，电阻R3另一端接电源；
U1的5脚依次通过电阻R4、二极管D10接地；
U1的6脚依次通过电阻R5、二极管D11接地；
U1的7脚通过开关接地；
U1的8脚分别与电阻R8一端、电容C4一端、电阻R9一端、外界电源检测端相连，电阻R8另一端、电容C4另一端接地，电阻R9另一端接电源；
LY5056芯片的4脚分别与电容C5一端、第一稳压管阴极、二极管D7阴极相连，二极管D7阳极与Vin电源端相连，第一稳压管阳极、电容C5另一端接地，LY5056芯片的7脚分别与电阻R10一端、LY5056芯片的1脚相连，电阻R10另一端接LY5056芯片的2脚，LY5056芯片的3脚接地，LY5056芯片的5脚分别与电池正极、电容C6一端、电容C7一端相连，电容C6另一端、电容C7另一端接地；
S8356芯片的2脚分别与电阻R11一端、电感L一端、电池正极、电容C8一端相连，电容C8另一端接地，电阻R11另一端分别与S8356芯片的3脚、U1的10脚；
电感L另一端分别与二极管SD阳极、二极管D6阴极、NMOS管Q3漏极相连，NMOS管Q3栅极与S8356芯片的5脚相连；NMOS管Q3源极分别与二极管D6阳极、S8356芯片的4脚、地线相连；二极管SD阴极分别与电容C9一端、电阻R12一端、电容C10一端、电容C11一端、第二稳压管阴极、电阻R14一端、NMOS管Q4漏极、二极管D4阴极相连；
电容C9另一端分别与S8356芯片的1脚、Vout端、电阻R12另一端、电阻R13一端相连，电阻R13另一端接地；电容C10另一端、电容C11另一端、第二稳压管阳极接地；电阻R14另一端分别与NMOS管Q4栅极、电阻R17一端相连，NMOS管Q4源极分别与二极管D4阳极、VOUT相连；
电阻R17另一端分别与二极管D5阴极、NMOS管Q5漏极相连，NMOS管Q5源极分别与二极管D5阳极、电容C12一端、电阻R16一端、地线相连，NMOS管Q5栅极分别与电容C12另一端、电阻R16另一端、电阻R15一端相连，电阻R15另一端接U1的9脚；
U4的5脚分别与电阻R18一端、电容C13一端相连，电阻R18另一端接电池正极，电容C13另一端分别与U4的6脚、电池负极、地线、NMOS管Q1源极、二极管D1阳极相连，NMOS管Q1栅极接U4的DO端口，二极管D1阴极分别与二极管D2阳极、NMOS管Q1漏极、NMOS管Q2漏极相连，NMOS管Q2栅极接U4的CO端口，二极管D2阴极分别与NMOS管Q2源极、电阻R19一端、电池正极相连，电阻R19另一端接U4的2脚,；
U1的11脚分别与电阻R23一端、电容C15一端相连，电阻R23另一端通过电容C17分别与电阻R22一端、电阻R24一端相连，电阻R24另一端、电容C16一端接地；
电容C15另一端分别与电容C16另一端、电阻R22另一端、运放正向输入端相连，运放输出端分别与Vout端、电容C4一端、电阻R20一端相连，电容C4另一端接地，电阻R20另一端通过电阻R21接地。
电源管理电路
1)电源控制电路
如图13，P4.0口连接升压电路输出端控制信号ON/OFF。控制升压电路是否输出到负载。P4.1连接升压芯片S8356的开关控制端子ON/OFFl，控制芯片进行启动或者停止升压工作。P4.2口采集输出电压.将接收到的采样电压进行AD转换，检测输出负载电压是否正常。P4.3和P4.4口采集电池电压和电流信号，将接收到的采样电压进行AD转换。检测输出负载电压是否正常。P0.0口先检测外界是否有输入电压，然后控制充电电路是否工作。P0.4口作为检测指示充满电的信号，当电池充满电时，LY5056的端口输出低电平信号，送到P0.4口检测，检测到低电平，控制P0.0口输出低电平，从而使LY5056处于休眠状态，停止充电。由于该单片机采用内部电池供电，在充放电过程中电压不稳定，为了保证单片机的供电稳定，采用稳压器进行稳压。
2)充电电路
充电管理电路如图14所示，CE引脚输入连接SN8P2711B的P0.0端口，当CE为高电平时，LY5056实现电池的充电，当CE端为低电平时，LY5056处于休眠状态，停止充电。引脚为输出端，输出低电平有效，指示电池是否充满，连接到SN8P2711B的P0.4引脚。
3)电源输出电路
输入电压为电池供电电压，晶体管D3为开关管，电感L和电容C5组成滤波电路，SD为续流二极管。D3管的工作状态受S-8356的EXT端子控制，当EXT为高电平时，D3饱和导通，BAT+通过D3给电感L充电储能，充电电流几乎线性增大，SD因承受反压而截止，滤波电容C对负载电阻放电；当EXT为低电平时，D3截止，L产生感应电动势，其方向阻止电流的变化，因为与BAT+同方向，两个电压相加后通过二极管SD对C充电。因此，无论D3和SD的状态如何，负载电流方向始终不变。只有当L足够大时，才能升压；并且只有当C足够大时，输出电压的脉动才可能足够小；当EXT的周期不变时，占空比越大，输出电压将越高。电路中Vout为电压调整端，信号取自输出负反馈稳压电路，控制升压芯片达到稳定输出的目的。升压电路还包含输出控制电路，由两个开关管D4和D5构成一个开关控制电路。这个开关电路的控制信号0N/OFF来自单片机的P4.0端子。当P4.0为高电平时，D5导通，D4截止，升压电路的输出电压可以输出到负载，否则输出与负载断开。
4)电源保护电路
电路如图16所示。在充电过程中，当电池的电压超过4.5伏时，专用集成电路FS312F的C0脚输出信号使充电控制D2截止，电池立即停止充电，从而防止电池因过充电而损坏；放电过程中，当电池电压降到2.5伏时.FS312F的D0引脚输出信号使放电控制D4截止，电池立即停止放电，以防止电池过度放电。FS312F的CS引脚为电流检测端。输出短路时，D4、D5的导通压降剧增，使得CS引脚电压立即升高，从而控制FS312F输出信号使D4、D5立即截止，从而实现过电流或短路保护。
5)辅助电路
辅助电路如图17所示，其中采样电路采用电阻分压方式，运放构成同相比例放大电路，其输出信号连接到S-8356的电压调整控制端Vout，从而控制电源输出电路内部调整输出电压，达到输出电源稳定。
所述光串口包括FT3接收口RX和FT3发送口TX。
本发明通过模拟和数字量两路通道进行信号采集，模拟量通道是从互感器二次线圈通过电缆与手持核相仪的A/D转换模块对接，进行模数转换，进入到FPG；数字量通道是通过合并单元或者智能终端的数字化端与手持核相仪的数字量采集端口光串口、光以太网口(PHY)相连，并将数字量通过FPGA；模拟量或者数字量通过FPGA数字信号处理后，传输到ARM处理器进行矢量的相角和幅值核相比对和记录存储；
相角和幅值核相比对如下：幅值判断条件如下：
或者
相角判断条件如下：
或者
是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电压幅值；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电压幅值；
是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电流幅值；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电流幅值；
是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电压相角；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电压相角；
是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电流相角；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电流相角。
本发明应用于智能变电站的核相方法包括以下部分：
1)合并单元接线的单体测试
(1)根据合并单元组柜方式、主接线方式，间隔数量因素决定测试单体的方式和方法，分为合并单元集中组屏(柜)的单一合并单元核相校验和分散式合并单元核相校验；
合并单元集中组屏(柜)，鉴于物理位置测试，电气接线组合因素考虑，先对单一合并单元进行核相操作，如图3，接线方式正确，然后按照图2方式，以正确接线方式的合并单元为基准源，进行校验其他合并单元的接线方式正确性；
如图3，利用模拟量测试仪或者电网系统电压作为校验的基准源，分别输出两路分别作为合并单元模拟量输入和手持核相仪模拟输入，实现合并单元和手持核相仪采取同源输入，将合并单元的输出端连接到手持核相仪的输入端，由此手持核相仪将合并单元的输入和输出进行比对，查看合并单元在电缆接线是否错误或者失步丢帧，其比较方法为：将手持核相仪的输入电压或者电流与合并单元的输出电压或者电流做电压或者电流矢量的对应相位和幅值比较，若电压差或者电流差存在幅值或者相位差时，视为合并单元接线不正确；由此鉴定单个合并单元接线，防止合并单元输入和输出反相180°；
如图4，单个合并单元接线效验完成后，以此合并单元为标准源按照图4接线的方式，对其他合并单元进行效验；具体做法：将标准源的合并单元和被测合并单元采用同源(模拟量测试或系统接入点)的输入，并将两者输出同时输入到手持核相仪，比较两个合并单元的电压差和电流差的相位和幅值，有幅值差或者相位差则表示被测合并单元接线有问题，需要按照正确接法进行接线；如此方法，对其余各合并单元进行接线的校验；
(2)合并单元分散式组柜方式，鉴于其物理分布较为分散，不能较为集中效验，考虑智能变电站的线路单元、母线单元接线方式，电流互感器抽头卷数不同，将分散式组柜的合并单元核相按照图3的方式进行核相；
在图5中，考虑到按照间隔分散式组柜的实际位置分布较为分散，其模拟量测试仪的加量线和光纤接线不太方便，因此应用多个手持核相仪同时按照图5方式接线，多个合并单元同时采用同源输入，同时也将合并单元和手持核相仪也采用同源输入，并将数字量输入到各个手持核相仪，由此同时利用多个手持核相仪比照模拟量测试或系统接入点的电压、电流矢量和合并单元输出的电压、电流矢量作A\B\C相的对应项比较，若对象项的比较有差值，如手持核相仪模拟量测试或系统接入点的A相电压或者电流与合并单元输出的电压或者电流矢量有差值，则表示该合并单元有接线错误现象；
2)智能终端接入的开入开出量校核
如图6，将智能终端的开入信号通过光网口接入到手持核相仪，通过分、合闸断路器、隔离开关等开关量设备或者通过电缆将开关量开入引入到手持核相仪中，进而查看进入智能终端的开入量是否正确，如有分合闸不统一者，断路器或者隔离开关在分闸时，进入智能终端的开入量为分闸，则进入开关量设备进入智能终端前的接线正确，进入智能终端的开入量为合闸，则调整进入开关量设备进入智能终端前的接线；或者调整进入智能终端前的常闭常开节点，或者调换分、合闸接线；手持核相仪发送分合、闸开关量开出，对应检查开关量设备的分、合闸状态，如果发出的分闸指令与开关量设备的分、闸状态不一致，则调整智能终端到开关量设备的开关量开出接线，或者调换进入开关量设备的分合闸线圈的接线，或者调整进入开关量设备的分合闸回路的常闭常开节点，使开关量设备的分合闸状态与智能终端发出的分合闸令保持一致；
3)系统的核相方法
在效验完合并单元后保证各合并单元都接线正确的基础上，对系统的电力线路接线及其变电站电气设备安装进行核相；根据主接线方式，核相精度等因素，分为两种方法：即“合并单元数字量+合并单元数字量”电网核相方法和“电网接入点模拟量+合并单元数字量”电网核相方法；
“合并单元数字量+合并数字量”方法：如图7所示，先按照双母线分段接线为例解释，其他多电网系统接线方式的核相方式亦同；用一个手持核相仪在A处采集合并单元A输出的电网系统Ⅰ数字化量的电压或者电流矢量，并记录该合并单元采集的电压或者电流矢量参数，再用同一个手持核相仪在B处采集合并单元B输出的电网系统Ⅱ数字化量的电压或者电流矢量，同时从电源线路的断路器和隔离开关的智能终端采集合位开关量数据，复以证明采集电网系统Ⅰ和电网系统Ⅱ采集电压或者电流矢量的有效性，利用手持核相仪的矢量比照功能，比照A处和B处的电压矢量幅值或者相角差，如果存在幅值差或者相角差，则说明两个电网系统的电力设备或者电力线路接线存在接线错误；双母线双分段、双母线单分段、四分之三接线等接线方式校验方法与上面一样。
“电网接入点模拟量+合并单元数字量”方法，如图8所示，将电网系统Ⅰ模拟量的电压电流直接接入到手持核相仪中，同时将采集电网系统Ⅱ的电压、电流矢量的合并单元输出量连接到同一个手持核相仪中，比较两个电网系统的A\B\C相对应的电压、电流矢量的幅值差、相角差，如存在A\B\C对应相的幅值差或者相角差，则说明电力设备或者电力线路接线存在接线错误；双母线双分段、双母线单分段、四分之三接线等接线方式校验方法与上面一样。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.应用于智能变电站的手持核相仪，包括手持核相仪本体，其特征在于手持核相仪本体上设置有触摸显示屏、开关量接口、光串口、光以太网口、TF卡槽、指示灯、模拟量采集口和按键，手持核相仪本体内设置有ARM处理器、电源管理部分、FPGA和A/D转换模块；
ARM处理器分别与触摸显示屏、开关量接口、TF卡槽、指示灯、按键、电源管理部分、FPGA输出端口相连；FPGA的输入端口分别与A/D转换模块的输出端口、光串口、光以太网口相连，A/D转换模块的输入端口与模拟量采集口相连；
手持核相仪本体后端上部通过上转动轴与第一支撑连板上端相连，第一支撑连板下端通过下转动轴与第二支撑连板相连，第一支撑连板和第二支撑连板的中部均设置有通孔。
2.根据权利要求1所述应用于智能变电站的手持核相仪，其特征在于所述第一支撑连板与第二支撑连板相邻侧对应设置有卡槽，一直角支撑卡夹的两端分别卡入第一支撑连板和第二支撑连板上的卡槽内。
3.根据权利要求1所述应用于智能变电站的手持核相仪，其特征在于所述触摸显示屏用于进行可视化的核相和采样值操作；
电源管理完成仪器电池充电功能，电源在室外低温环境下的数小时续航操作；
模拟量采集口用于核相时采集交流电压和电流；
开关量接口用于硬接点的开入和开出；
光串口用于光信号接收、发送或者B码对时信号的接收、发送；
光以太网口为3对，光以太网口1/2/3用于SV和GOOSE的收发，光口3用于IEEE1588对时，接收IEC61850‐9‐2报文和MMS及网络报文，发送IEC61850‐9‐2报文和IEEE1588报文；
TF卡槽用于存放程序及数据和报告；
指示灯包括Link灯、ACT灯、RX灯、TX灯、CHR灯，光以太网口Link灯常亮指示光纤收发链路连接正常，光以太网口ACT灯闪烁指示有数据接收，常亮指示有数据发送，光串口RX灯常亮指示有FT3数据接收，光串口TX灯常亮指示有FT3数据发送，充电CHR灯常亮指示正在充电，充电完成后灯熄灭；
按键用于查看采样值是否失步或者存在丢帧异常采样现象以及核相操作；
FPGA用于处理数字信号。
4.根据权利要求1所述应用于智能变电站的手持核相仪，其特征在于所述电源管理部分包括SN8P2711B芯片U1、LY5056芯片、S8356芯片和FS312F芯片U4，U1的1脚分别与电容C2一端、DC/DC模块输出端相连，DC/DC模块输入端分别与电源、电容C1一端相连，电容C1另一端、电容C2另一端接地，U1的2脚依次通过电阻R1、二极管D8接地；
U1的3脚依次通过电阻R2、二极管D9接地；
U1的4脚分别与LY5056芯片的6脚、电阻R3一端相连，电阻R3另一端接电源；
U1的5脚依次通过电阻R4、二极管D10接地；
U1的6脚依次通过电阻R5、二极管D11接地；
U1的7脚通过开关接地；
U1的8脚分别与电阻R8一端、电容C4一端、电阻R9一端、外界电源检测端相连，电阻R8另一端、电容C4另一端接地，电阻R9另一端接电源；
LY5056芯片的4脚分别与电容C5一端、第一稳压管阴极、二极管D7阴极相连，二极管D7阳极与Vin电源端相连，第一稳压管阳极、电容C5另一端接地，LY5056芯片的7脚分别与电阻R10一端、LY5056芯片的1脚相连，电阻R10另一端接LY5056芯片的2脚，LY5056芯片的3脚接地，LY5056芯片的5脚分别与电池正极、电容C6一端、电容C7一端相连，电容C6另一端、电容C7另一端接地；
S8356芯片的2脚分别与电阻R11一端、电感L一端、电池正极、电容C8一端相连，电容C8另一端接地，电阻R11另一端分别与S8356芯片的3脚、U1的10脚；
电感L另一端分别与二极管SD阳极、二极管D6阴极、NMOS管Q3漏极相连，NMOS管Q3栅极与S8356芯片的5脚相连；NMOS管Q3源极分别与二极管D6阳极、S8356芯片的4脚、地线相连；二极管SD阴极分别与电容C9一端、电阻R12一端、电容C10一端、电容C11一端、第二稳压管阴极、电阻R14一端、NMOS管Q4漏极、二极管D4阴极相连；
电容C9另一端分别与S8356芯片的1脚、Vout端、电阻R12另一端、电阻R13一端相连，电阻R13另一端接地；电容C10另一端、电容C11另一端、第二稳压管阳极接地；电阻R14另一端分别与NMOS管Q4栅极、电阻R17一端相连，NMOS管Q4源极分别与二极管D4阳极、VOUT相连；
电阻R17另一端分别与二极管D5阴极、NMOS管Q5漏极相连，NMOS管Q5源极分别与二极管D5阳极、电容C12一端、电阻R16一端、地线相连，NMOS管Q5栅极分别与电容C12另一端、电阻R16另一端、电阻R15一端相连，电阻R15另一端接U1的9脚；
U4的5脚分别与电阻R18一端、电容C13一端相连，电阻R18另一端接电池正极，电容C13另一端分别与U4的6脚、电池负极、地线、NMOS管Q1源极、二极管D1阳极相连，NMOS管Q1栅极接U4的DO端口，二极管D1阴极分别与二极管D2阳极、NMOS管Q1漏极、NMOS管Q2漏极相连，NMOS管Q2栅极接U4的CO端口，二极管D2阴极分别与NMOS管Q2源极、电阻R19一端、电池正极相连，电阻R19另一端接U4的2脚,；
U1的11脚分别与电阻R23一端、电容C15一端相连，电阻R23另一端通过电容C17分别与电阻R22一端、电阻R24一端相连，电阻R24另一端、电容C16一端接地；
电容C15另一端分别与电容C16另一端、电阻R22另一端、运放正向输入端相连，运放输出端分别与Vout端、电容C4一端、电阻R20一端相连，电容C4另一端接地，电阻R20另一端通过电阻R21接地。
5.根据权利要求1所述应用于智能变电站的手持核相仪，其特征在于所述光串口包括FT3接收口RX和FT3发送口TX。
6.根据权利要求1所述应用于智能变电站的手持核相仪，其特征在于通过模拟和数字量两路通道进行信号采集，模拟量通道是从互感器二次线圈通过电缆与手持核相仪的A/D转换模块对接，进行模数转换，进入到FPGA；数字量通道是通过合并单元或者智能终端的数字化端与手持核相仪的数字量采集端口光串口、光以太网口相连，并将数字量通过FPGA；模拟量或者数字量通过FPGA数字信号处理后，传输到ARM处理器进行矢量的相角和幅值核相比对和记录存储；
相角和幅值核相比对如下：幅值判断条件如下：
或者
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是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电压幅值；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电压幅值；
是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电流幅值；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电流幅值；
是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电压相角；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电压相角；
是t0时刻电网系统Ⅰ的A/B/C的电流相角；
是t0时刻电网系统Ⅱ的A/B/C的电流相角。
7.应用于智能变电站的核相方法，其特征在于包括以下部分：
1)合并单元接线的单体测试
(1)根据合并单元组柜方式、主接线方式，间隔数量因素决定测试单体的方式和方法，分为合并单元集中组屏(柜)的单一合并单元核相校验和分散式合并单元核相校验；
合并单元集中组屏(柜)，鉴于物理位置测试，电气接线组合因素考虑，先对单一合并单元进行核相操作，接线方式正确，以正确接线方式的合并单元为基准源，进行校验其他合并单元的接线方式正确性；
利用模拟量测试仪或者电网系统电压作为校验的基准源，分别输出两路分别作为合并单元模拟量输入和手持核相仪模拟输入，实现合并单元和手持核相仪采取同源输入，将合并单元的输出端连接到手持核相仪的输入端，由此手持核相仪将合并单元的输入和输出进行比对，查看合并单元在电缆接线是否错误或者失步丢帧，其比较方法为：将手持核相仪的输入电压或者电流与合并单元的输出电压或者电流做电压或者电流矢量的对应相位和幅值比较，若电压差或者电流差存在幅值或者相位差时，视为合并单元接线不正确；由此鉴定单个合并单元接线，防止合并单元输入和输出反相180°；
单个合并单元接线效验完成后，以此合并单元为标准源对其他合并单元进行效验；具体做法：将标准源的合并单元和被测合并单元采用同源(模拟量测试或系统接入点)的输入，并将两者输出同时输入到手持核相仪，比较两个合并单元的电压差和电流差的相位和幅值，有幅值差或者相位差则表示被测合并单元接线有问题，需要按照正确接法进行接线；如此方法，对其余各合并单元进行接线的校验；
(2)考虑到按照间隔分散式组柜的实际位置分布较为分散，其模拟量测试仪的加量线和光纤接线不太方便，因此应用多个手持核相仪同时接线，多个合并单元同时采用同源输入，同时也将合并单元和手持核相仪也采用同源输入，并将数字量输入到各个手持核相仪，由此同时利用多个手持核相仪比照模拟量测试或系统接入点的电压、电流矢量和合并单元输出的电压、电流矢量作A\B\C相的对应项比较，若对象项的比较有差值，如手持核相仪模拟量测试或系统接入点的A相电压或者电流与合并单元输出的电压或者电流矢量有差值，则表示该合并单元有接线错误现象；
2)智能终端接入的开入开出量校核
将智能终端的开入信号通过光网口接入到手持核相仪，通过分、合闸断路器、隔离开关等开关量设备或者通过电缆将开关量开入引入到手持核相仪中，进而查看进入智能终端的开入量是否正确，如有分合闸不统一者，断路器或者隔离开关在分闸时，进入智能终端的开入量为分闸，则进入开关量设备进入智能终端前的接线正确，进入智能终端的开入量为合闸，则调整进入开关量设备进入智能终端前的接线；或者调整进入智能终端前的常闭常开节点，或者调换分、合闸接线；手持核相仪发送分合、闸开关量开出，对应检查开关量设备的分、合闸状态，如果发出的分闸指令与开关量设备的分、闸状态不一致，则调整智能终端到开关量设备的开关量开出接线，或者调换进入开关量设备的分合闸线圈的接线，或者调整进入开关量设备的分合闸回路的常闭常开节点，使开关量设备的分合闸状态与智能终端发出的分合闸令保持一致；
3)系统的核相方法
在效验完合并单元后保证各合并单元都接线正确的基础上，对系统的电力线路接线及其变电站电气设备安装进行核相；根据主接线方式，核相精度因素，分为两种方法：即“合并单元数字量+合并单元数字量”电网核相方法和“电网接入点模拟量+合并单元数字量”电网核相方法；
“合并单元数字量+合并数字量”方法：先按照双母线分段接线为例解释，其他多电网系统接线方式的核相方式亦同；用一个手持核相仪在A处采集合并单元A输出的电网系统Ⅰ数字化量的电压或者电流矢量，并记录该合并单元采集的电压或者电流矢量参数，再用同一个手持核相仪在B处采集合并单元B输出的电网系统Ⅱ数字化量的电压或者电流矢量，同时从电源线路的断路器和隔离开关的智能终端采集合位开关量数据，复以证明采集电网系统Ⅰ和电网系统Ⅱ采集电压或者电流矢量的有效性，利用手持核相仪的矢量比照功能，比照A处和B处的电压矢量幅值或者相角差，如果存在幅值差或者相角差，则说明两个电网系统的电力设备或者电力线路接线存在接线错误；
“电网接入点模拟量+合并单元数字量”方法：将电网系统Ⅰ模拟量的电压电流直接接入到手持核相仪中，同时将采集电网系统Ⅱ的电压、电流矢量的合并单元输出量连接到同一个手持核相仪中，比较两个电网系统的A\B\C相对应的电压、电流矢量的幅值差、相角差，如存在A\B\C对应相的幅值差或者相角差，则说明电力设备或者电力线路接线存在接线错误。
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