CN113219263A - 一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力工业技术领域，且公开了一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，包括外壳，所述外壳内部固定安装有信号处理电路板，所述外壳内部固定安装有相位指示板，所述外壳内部固定安装有充电电路，所述外壳内部固定安装有单片机，所述外壳内部插接有锂电池，针对传统开关柜两线电压式核相仪需专柜专用、定相成功率低等问题进行改进，并通过信号电路对两路核信号进行采集，再对采集得到的原始信号进行整形处理、编程，并利用相位差原理和公式进行判断，实现了不同厂家型号开关柜通用核相能力，在多次现场测试中，定相成功率很高，误差较小，满足设计要求，具备一定创新及推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及电力工业技术领域，具体为一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪。
背景技术
在一般的核相作业中，通常使用两线式电压型核相仪在联络点处的高压柜二次核相孔处进行核相，其工作原理为通过检测电位差，异相时点亮指示灯。
受制于配电网设备种类多、厂家不统一、设备运行状况不同的特点，在实际工作中，为满足负荷并列转移工作要求，及保证低压动力负荷旋转方向，不同电源联络点处相位需保证一致，在传统的高压柜核相工作中，存在核相仪型号众多、需与特定柜型对应，为避免定相工作受阻，现场工作负责人经常需要携带多种型号的核相仪，逐个进行试验，高压柜使用年限较长，相位无法定出等问题，通过万用表测量电压差，或将电源充电至另一侧定相，造成了送电时间延长，服务质量下降的情况。
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，通过信号变换电路、单片机编程采样、锂电池供电等设计，实现了不同型号高压柜通用核相工作，具备测量效率高、误差小的优点，解决了测量十分不便且麻烦的问题。
发明内容
为实现上述测量效率高、误差小的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，包括外壳，所述外壳内部固定安装有信号处理电路板，所述外壳内部固定安装有相位指示板，所述外壳内部固定安装有充电电路，所述外壳内部固定安装有单片机，所述外壳内部插接有锂电池；
一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，操作流程如下：
S1：通过采集电路，对常见开关柜二次核相孔进行信号采集，采集到的信号经过整形处理电路后，变换为方波，用于送至处理器进行计算；
S2：两路核相信号经过信号整形处理电路后，进入单片机外部中断接口，单片机通过串口进行编程；
S3：单片机内部设定两组定时器T0及T1，触发时间分别设定为0.1ms及2ms，其中，T0用于计量相位差脉冲宽度，T1用于设定数码管显示更新时间，并设定变量Time，随T0中断自增；
S4：当相位信号A的下降沿触发外部中断INT0后，将变量Time清零，在相位信号B下降沿触发INT1后，带入相位差角度值的算法公式执行，并清零变量Time，即可完成相位差计算；
S5：在T1计数达到500时(即1s)，根据当前实时相位差值，更新一次数码管显示值，避免读数困难；
S6：相位差值在30°以内可判断为同相位，点亮绿色指示灯；超过30°即为异相位，点亮红色指示灯；程序另启用低压中断LVD，当检测到单片机供电电压低于3V时，触发中断，点亮黄色指示灯，提示需充电。
作为优化，所述采集电路共有两种，所述采集电路包括第一信号采集电路和第二信号采集电路，设定参考电压Vref为1.25V，所述第一信号采集电路和第二采集电路均设置在信号处理电路板内。
作为优化，原始信号经过信号整形处理电路整形后，开关柜二次核相孔内的类正弦信号整理为所对应的方波信号，所述信号整形处理电路设定在信号处理电路板内，信号整形处理电路与现有两线电压式核相仪或其他专用核相仪相比，具有较强的原始信号适应及抗干扰能力，信号输入范围较宽，输入阻抗较高，在多种型号、不同老化程度的开关柜间均具有较好的整形能力，经测试，该电路对原始信号整形后，可将开关柜二次核相孔内的类正弦信号整理为所对应的方波信号。
作为优化，所述充电电路采用两节碱性电池直接供电、一节九伏碳性电池通过稳压电路(包含线性稳压或开关稳压电路)供电和一节锂电池及相应的充电电路进行供电，采用锂电池，优选16340型圆柱锂电池配合电池座，可直接插接至电路板，充电芯片采用TP4057芯片，充电接口为USB-TYPE C型。
作为优化，所述单片机内包含一个四位数码管，用于显示当前相位，所述单片机内部电路设置五个指示灯，用于指示异相(红色)、同相(绿色)、低电量(黄色)、充电中(红色)及充满电(绿色)。
作为优化，所述变量Time数值即为收到相位信号A后，所经过的时间(以0.1ms为单位)，由于源信号频率固定为50Hz，即一个周期T为20ms，相位差角度值如下式表达
即S4中算法公式。
作为优化，所述外壳采用快速成型技术或CNC机床加工技术，所述快速成型技术选用PA12尼龙为原料，所述CNC机床加工技术选用6061国标铝为原料。
作为优化，所述信号处理电路板、相位指示板和充电电路均通过螺丝固定在外壳内部，所述外壳顶端嵌接有顶盖，所述顶盖为透明亚克力板。
作为优化，所述采集电路通过外部接线与开关柜二次核相孔相连，所述外部接线为两路，所述外部接线采用3.5mm耳机插头转香蕉头成品型材，长度为一米接线时，两组香蕉头分别插入核相孔内，任一接地接头插入接地孔内，当带电指示器处无接地孔时，在开关柜体任意金属裸露位置搭接即可。
本发明的有益效果是：本专利针对传统开关柜两线电压式核相仪需专柜专用、定相成功率低等问题进行改进，利用相位差原理进行判断，实现了不同厂家型号开关柜(主要指10kV、35kV中压开关柜)通用核相能力，在多次现场测试中，定相成功率很高，误差较小，满足设计要求，具备一定创新及推广价值。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明操作流程示意图；
图3为本发明第一信号采集电路示意图；
图4为本发明第二信号采集电路示意图；
图5为本发明整体电路示意图；
图6为本发明锂电池充电电路示意图；
图7为本发明程序运行示意图；
图8为本发明外接线示意图。
图中：1、外壳；2、信号处理电路板；3、相位指示板；4、充电电路；5、单片机；6、锂电池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8，一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，包括外壳1，外壳1内部固定安装有信号处理电路板2，外壳1内部固定安装有相位指示板3，外壳1内部固定安装有充电电路4，外壳1内部固定安装有单片机5，外壳1内部插接有锂电池6；
一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，操作流程如下：
S1：通过采集电路，对常见开关柜二次核相孔进行信号采集，采集到的信号经过整形处理电路后，变换为方波，用于送至处理器进行计算；
S2：两路核相信号经过信号整形处理电路后，进入单片机5外部中断接口，单片机5通过串口进行编程；
S3：单片机5内部设定两组定时器T0及T1，触发时间分别设定为0.1ms及2ms，其中，T0用于计量相位差脉冲宽度，T1用于设定数码管显示更新时间，并设定变量Time，随T0中断自增；
S4：当相位信号A的下降沿触发外部中断INT0后，将变量Time清零，在相位信号B下降沿触发INT1后，带入相位差角度值的算法公式执行，并清零变量Time，即可完成相位差计算；
S5：在T1计数达到500时(即1s)，根据当前实时相位差值，更新一次数码管显示值，避免读数困难；
S6：相位差值在30°以内可判断为同相位，点亮绿色指示灯；超过30°即为异相位，点亮红色指示灯；程序另启用低压中断LVD，当检测到单片机5供电电压低于3V时，触发中断，点亮黄色指示灯，提示需充电。
采集电路共有两种，采集电路包括第一信号采集电路和第二信号采集电路，设定参考电压Vref为1.25V，第一信号采集电路和第二采集电路均设置在信号处理电路板2内。
原始信号经过信号整形处理电路整形后，开关柜二次核相孔内的类正弦信号整理为所对应的方波信号，信号整形处理电路设定在信号处理电路板2内，信号整形处理电路与现有两线电压式核相仪或其他专用核相仪相比，具有较强的原始信号适应及抗干扰能力，信号输入范围较宽，输入阻抗较高，在多种型号、不同老化程度的开关柜间均具有较好的整形能力，经测试，该电路对原始信号整形后，可将开关柜二次核相孔内的类正弦信号整理为所对应的方波信号。
充电电路4采用两节碱性电池直接供电、一节九伏碳性电池通过稳压电路(包含线性稳压或开关稳压电路)供电和一节锂电池6及相应的充电电路4进行供电，采用锂电池6，优选16340型圆柱锂电池6配合电池座，可直接插接至电路板，充电芯片采用TP4057芯片，充电接口为USB-TYPE C型。
单片机5内包含一个四位数码管，用于显示当前相位，单片机5内部电路设置五个指示灯，用于指示异相(红色)、同相(绿色)、低电量(黄色)、充电中(红色)及充满电(绿色)。
变量Time数值即为收到相位信号A后，所经过的时间(以0.1ms为单位)，由于源信号频率固定为50Hz，即一个周期T为20ms，相位差角度值如下式表达
即S4中算法公式。
外壳1采用快速成型技术或CNC机床加工技术，快速成型技术选用PA12尼龙为原料，CNC机床加工技术选用6061国标铝为原料。
信号处理电路板2、相位指示板3和充电电路4均通过螺丝固定在外壳1内部，外壳1顶端嵌接有顶盖，顶盖为透明亚克力板。
采集电路通过外部接线与开关柜二次核相孔相连，外部接线为两路，外部接线采用3.5mm耳机插头转香蕉头成品型材，长度为一米接线时，两组香蕉头分别插入核相孔内，任一接地接头插入接地孔内，当带电指示器处无接地孔时，在开关柜体任意金属裸露位置搭接即可。
本发明的有益效果是：本专利针对传统开关柜两线电压式核相仪需专柜专用、定相成功率低等问题进行改进，利用相位差原理进行判断，实现了不同厂家型号开关柜(主要指10kV、35kV中压开关柜)通用核相能力，在多次现场测试中，定相成功率很高，误差较小，满足设计要求，具备一定创新及推广价值。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，包括外壳(1)，其特征在于：所述外壳(1)内部固定安装有信号处理电路板(2)，所述外壳(1)内部固定安装有相位指示板(3)，所述外壳(1)内部固定安装有充电电路(4)，所述外壳(1)内部固定安装有单片机(5)，所述外壳(1)内部插接有锂电池(6)；
一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，操作流程如下：
S1：通过采集电路，对常见开关柜二次核相孔进行信号采集，采集到的信号经过整形处理电路后，变换为方波，用于送至处理器进行计算；
S2：两路核相信号经过信号整形处理电路后，进入单片机(5)外部中断接口，单片机(5)通过串口进行编程；
S3：单片机(5)内部设定两组定时器T0及T1，触发时间分别设定为0.1ms及2ms，其中，T0用于计量相位差脉冲宽度，T1用于设定数码管显示更新时间，并设定变量Time，随T0中断自增；
S4：当相位信号A的下降沿触发外部中断INT0后，将变量Time清零，在相位信号B下降沿触发INT1后，带入相位差角度值的算法公式执行，并清零变量Time，即可完成相位差计算；
S5：在T1计数达到500时(即1s)，根据当前实时相位差值，更新一次数码管显示值，避免读数困难；
S6：相位差值在30°以内可判断为同相位，点亮绿色指示灯；超过30°即为异相位，点亮红色指示灯；程序另启用低压中断LVD，当检测到单片机(5)供电电压低于3V时，触发中断，点亮黄色指示灯，提示需充电。
2.根据权利要求1所述的一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，其特征在于：所述采集电路共有两种，所述采集电路包括第一信号采集电路和第二信号采集电路，设定参考电压Vref为1.25V，所述第一信号采集电路和第二采集电路均设置在信号处理电路板(2)内。
3.根据权利要求1所述的一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，其特征在于：原始信号经过信号整形处理电路整形后，开关柜二次核相孔内的类正弦信号整理为所对应的方波信号，所述信号整形处理电路设定在信号处理电路板(2)内。
4.根据权利要求1所述的一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，其特征在于：所述充电电路(4)采用两节碱性电池直接供电、一节九伏碳性电池通过稳压电路(包含线性稳压或开关稳压电路)供电和一节锂电池(6)及相应的充电电路(4)进行供电。
5.根据权利要求1所述的一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，其特征在于：所述单片机(5)内包含一个四位数码管，用于显示当前相位，所述单片机(5)内部电路设置五个指示灯，用于指示异相(红色)、同相(绿色)、低电量(黄色)、充电中(红色)及充满电(绿色)。
6.根据权利要求1所述的一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，其特征在于：所述变量Time数值即为收到相位信号A后，所经过的时间(以0.1ms为单位)，由于源信号频率固定为50Hz，即一个周期T为20ms，相位差角度值如下式表达
即S4中算法公式。
7.根据权利要求1所述的一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，其特征在于：所述外壳(1)采用快速成型技术或CNC机床加工技术，所述快速成型技术选用PA12尼龙为原料，所述CNC机床加工技术选用6061国标铝为原料。
8.根据权利要求1所述的一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，其特征在于：所述信号处理电路板(2)、相位指示板(3)和充电电路(4)均通过螺丝固定在外壳(1)内部，所述外壳(1)顶端嵌接有顶盖，所述顶盖为透明亚克力板。
9.根据权利要求2所述的一种基于相位差检测的通用开关柜核相仪，其特征在于：所述采集电路通过外部接线与开关柜二次核相孔相连，所述外部接线为两路，所述外部接线采用3.5mm耳机插头转香蕉头成品型材，长度为一米。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115825560A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-03-21 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种基于频率跟踪技术的低压电网智能核相装置及方法 |
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Cited By (2)
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| CN115825560A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-03-21 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种基于频率跟踪技术的低压电网智能核相装置及方法 |
| CN115825560B (zh) * | 2023-02-17 | 2023-05-23 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种基于频率跟踪技术的低压电网智能核相方法 |
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