CN212905141U - 一种用于输电线路相位识别装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力系统测量领域，具体涉及一种用于输电线路相位识别装置，具体安装在具有未知相位的未知导体上，未知相位的未知导体处输电线路相位识别装置包括：电流互感器，产生感应电流为该装置供电；电场传感器，用于确定未知导体处的电压信号；与时间基准信号同步的时钟；处理器与线路安装的传感器和时钟通信，处理器将电压信号与时间基准信号进行时间戳标记；与处理器通信的收发器，该收发器发送带有时间戳的电压信号样本；通过利用安装在多条线路上的各装置提供周期性的电压数据，并且对其进行时间戳标记，能够快速准确的识别输电、配电线路的相位。

Description

一种用于输电线路相位识别装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统测量领域，具体涉及电力传输中输电线路的相位识别。

背景技术

在电力传输中，传输线路和配电线路可以周期性地换位。输电线路的换位就是输电线路中导体物理位置的重新对齐。例如，在三相系统中，电力线包括具有三个不同相的电压的三个导体。三个导体的换位导致每一相移到另一个物理位置。在输电线路中每相导体的换位改变了电流在电力传输线路上的传输。因此输电线路的换位使得沿着电力线来识别各位置处的相位变得困难。

输电线路发生故障时，线路工作人员可能需要确定故障的相别及位置来维修输电线路。其中输电线路的相位可能未贴标签，也可能贴错标签。为了识别输电线路上的相位，线路工作人员可以通过目视直观地跟踪电力线上的换位，或者携带外部相位识别系统来识别每个导体上的相位。但通过视觉跟踪不仅枯燥而且耗时，然而外部相位识别系统的附加设备比较笨重且价格昂贵，还具有一定的危险性。此外，线路工作人员必须花一定的时间用附加设备来测试输电线路。因此无法进行普遍性的应用。

随着通信技术、传感器技术及遥测技术的飞速发展，使得电力自动化技术越来越成熟与可靠。本实用新型施例提供的输电线路相位识别装置与现有技术相比，通过利用安装在多条线路上的各装置提供周期性的电压数据，并且对其进行时间戳标记，能够快速准确的识别输电、配电线路的相位。并且沿着线路安装的多个装置可以简化换位图，因而无需视觉跟踪或外部相位识别系统，客服了传统目视跟踪方法的时效性与容错率较低的特点，并且安全性较高，成本较低，适合大尺度上的电力监测。

实用新型内容

针对现有识别输电线路相位的缺陷和不足，本实用新型提供了一种输电线路相位识别装置，能够方便的对每条输电及配电线路的相位进行精确识别。

一种用于输电线路相位识别装置，根据所需识别线路处安装输电线路相位识别装置，具体安装在具有未知相位的未知导体上，所述的未知相位的未知导体处输电线路相位识别装置包括：电流互感器，产生感应电流为该装置供电；电场传感器，用于确定未知导体处的电压信号；与时间基准信号同步的时钟；处理器与线路安装的传感器和时钟通信，处理器将电压信号与时间基准信号进行时间戳标记；与处理器通信的收发器，该收发器发送带有时间戳的电压信号样本；在已知相位处安装输电线路相位识别装置包括：电压传感器，用于确定具有 A相的导体，具有B相的导体和具有C相的导体上的电压，其中电压传感器已知该位置处的每相导体电压和相位；与时间参考信号同步的时钟；收发器从未知相位处输电线路相位识别装置接收具有时间基准信号的电压信号的样本；处理器用于：用时间基准信号对已知相位位置处的导体上的电压进行时间戳标记；将带有时间戳的未知相位处的电压样本信号与已知相位处的电压样本信号进行比对，最终确定输电线路中未知相位处的相位。

优选的，所述时间基准信号是每秒脉冲信号，该脉冲信号是从全球定位系统接收的。

优选的，输电线路相位识别装置包括故障、负载发送器、自动化控制器和继电器。

优选的，输电线路相位识别装置还包括视觉指示器，以识别与所述未识别相位匹配的相位，该指示器包括具有红、绿、黄三种颜色的一个或多个灯，其中，每种颜色表示不同的相位，也可包括显示器。

优选的，所述已知相位处安装的输电线路识别装置将接收请求的和未经请求的电压信号样本，且电压信号的采样是周期性的。

优选的，所述电压的特征信号与所述已知输电线路相位处的电压的特征是零交叉。

优选的，通过感应在多个输电线路相位识别装置中产生电能，该电能为多个装置供电；以及在输电线路导体上的多个装置在电网的各个位置采样电压；在已知相位位置处用中央输电线路识别装置采集电压样本，在该位置已知电网中每个导体的相位；使用在多个装置和中央装置之间同步的时间基准信号对来自多个装置和中央装置的采样电压加时间戳。在来自中央装置的电压样本与来自多个装置中的每一个的电压样本之间执行模式匹配，以基于模式匹配确定在各个位置中的每个位置处的相位；并且在各个位置上的每个相的多个装置上提供视觉指示。

本实用新型的一实施例中，所述某些方面可以被实现为软件模块或组件。软件模块或组件可以包括位于诸如非暂时性计算机可读介质中的可执行代码。例如，软件模块可以包括一个或多个计算机指令的物理或逻辑块，其可以被组织为执行一个或多个任务或实现特定数据的例程，程序，对象，组件，数据结构类型，算法或方法等。

本实用新型的一实施例中,所述电源电源管理器产生的成比例电压电流可能不足以恒定地为该装置供电。因此，在一些实施例中，获取电压的周期性样本后，将其进行存储，然后进入睡眠模式。在一些实施例中，也可以周期性地激活GPS对时器。在经过一段时间后，退出睡眠模式。

附图说明

图1为本实用新型的输电线路物理换位示意图。

图2为本实用新型的识别流程示意图。

图3为本实用新型的各组成部分的总线连接示意图。

图4为本实用新型的输电线路相位识别示意图。

图5为本实用新型的电压采集样本信号示意图。

图6为本实用新型的基准电压样本示意图。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是实用新型可以在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及所附附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

本实用新型提供了一种输电线路相位识别装置，参见图3所示为该装置的结构示意图，以下结合图1、图2、图4、图5和图6进行说明。该装置包括：处理器2、存储器3、通信接口4、指示器HMI5、电场传感器6、GPS对时器7、计算机可读写存储介质8、电源管理器9。

见图1，A、B、C三相输电导体分别换位两次。其中A导体可以传输具有A相的电压；B导体可以传输B相的电压，B相电压的相位滞后A相电压120度；C导体可以传输C相的电压，C相电压的相位滞后A相电压240度。

见图1，换位是三相输电导体A、B、C的物理重排。换位导致每相以规则顺序移动到下一个物理位置。在第一移位处，A导体从顶部位置移动到中间位置。然后在第二变位处，A导体从中间位置移动到底部位置。同理B导体和C导体遵循相同的换位顺序。

见图1，换位可减少三相输电导体之间的静电和电磁不平衡导致所导致的电压不平衡；并且可以进一步减少系统损耗；同时也能使相邻导体上的感应耦合和感应电流最小化。当故障电流和负载电流中断时，能够保护断路器。另外，换位可以减少相邻通信线之间的耦合。

见图2，各个位置处识别输电线路相位的方法流程如下。可以使用以各种长度放置在电力线的导体上的多个装置。该装置可以通过感应电产生电能。例如，在一些实施例中，该装置包括能够产生电能的变压器。变压器可以从每个相输电导体上的电压磁场中产生电动势。

见图2，输电线路识别装置可以采集各个位置处的电压。可以使用电场传感器对电压进行采集。在各位置处的相位可能是未知的。中央装置可以位于控制位置，在该位置上每个导体上的相位都是已知的。中央装置可以在控制位置处采集已知相位电压，

见图2，输电线路相位识别方法可包括：使用在多个未知相位处安装的装置和中央装置之间同步的时间基准信号，对来自多个未知相位处安装的相位识别装置和中央装置的采样电压数据加时间戳标记。时间基准信号可以是来自GPS接收机的每秒脉冲信号。带时间戳记的采样的电压数据可以输出一系列时间，其中每相导体上的电压过零。

见图2，输电线路相位识别方法包括在来自中央装置的电压样本与来自多个装置中的每一个的电压样本之间进行模式匹配，以基于模式匹配的方法来确定多个未知相位处的相位。

见图2，输电线路识别方法包括在多个未知相位处的位置中的每个位置提供视觉指示。该装置具有指示关联导体相位的显示器或指示灯。通过该指示可以向线路工作人员提供输电导体上的具体相位。

见图3，输电线路相位识别装置通过总线方式将处理器2、存储器3、通信接口4、指示器 HMI5、电场传感器6、GPS对时器7、计算机可读写存储介质8及电源管理器9连接。安装在输电线路上的装置1用于采集输电导体上的电压以识别相位。

见图3，处理器2可以是用于执行诸如计算或编译之类任务的通用处理器。处理器2能够执行存储在计算机可读存储介质8上的指令以执行识别操作。

见图3，存储器3和计算机可读存储介质8可以是能够存储诸如数据、计算机程序或其他合适信息之类的信息的任何硬件。

见图3，通信接口4是用于与各种外部系统通信的接口。

见图3，指示器HMI5包括视觉指示器，用于显示识别后的相位。

见图3，电场传感器6用于采集输电导体上的电压。采集导体上的电压可以包括测量来自变压器的比例电压或使用霍尔传感器检测电压。该结果能够输入计算机可读存储介质8的模块。

见图3，GPS时钟7的信号被同步到时间参考信号中，该时间基准信号是每秒脉冲信号。

见图3，计算机可读存储介质8包括计时器8-1和相位跟踪器8-2，计算机可读存储介质8 可以是非暂时性存储设备，包括用于自动识别相关联的导体上的相位的任何数量的模块。计时器8-1可以从电场传感器7接收样本，并使用时钟对样本加时间戳标记。线路安装的装置1 可以通过通信接口5将带有时间戳标记的电压样本发送到中央控制处以进行相位识别。相位跟踪器8-2可以经由通信接口8-2从中央位置处接收相位识别结果。相位跟踪器8-2可以监视相位识别结果的变化，并且如果相位改变则能够发送警报信号。警报信号可以使指示器HMI5显示警报，并且通信接口5将警报信号转发到中央位置处。

见图3，线路安装的装置1可以由被测导体供电。电源管理器9可以接收功率并控制功率消耗。线路安装的装置1可以包括变压器9-1和能量存储装置9-2。变压器9-1可以从被测导体接收电力。但电源管理器9通过变压器9-1产生的电能可能不能满足同时执行线路相位识别的所有过程。因此，能量存储装置9-2可以存储一定的电能。

见图4，输电线路相位识别系统基于中央位置处第一导体A、第二导体B和第三导体C的电压数据来匹配与输电线路的第一导体C，第二导体A和第三导体B的相位。

见图4，输电线路安装的相位识别装置可以安装在架空或地下电缆上。当输电线路识别装置沿着输电线路的长度安装时，能够映射输电电力线的换位。通过基于位置数据和电压数据，可以确定各输电导体的相位和位置。并且能够协助线路工作人员识别哪个导体与哪个相相关。

见图4，输电线路安装的相位识别装置包括各种传感器和收发器。该装置在睡眠模式下，变压器可以收集能量以在处理时间内提供足够的电能。

见图4，中央位置处安装的相位识别装置位于第一导体A、第二导体B和第三导体C。每个导体的相位都是已知的。中央位置处安装的相位识别装置包括一组通信联网设备、故障和负载接收器、自动化控制器、继电器和GPS时钟。

见图4，故障和负载接收器是无线电集中器，其经由无线通信从未知相位处线路安装的输电线路相位识别装置接收信号，也能将信号发送到未知相位处线路安装的输电线路相位识别装置。故障和负载接收器可以包括天线，收发器和处理器故障和负载接收器汇总来自未知相位处线路安装的输电线路相位识别装置的故障信息，负载信息和带有时间戳的电压数据。故障和负载接收器可以使用以太网通过DNP3协议将此信息发送到自动化控制器。例如，在一些实施例中，未知相位处线路安装的线路相位识别装置可以根据调度表周期性地发送数据。

见图4，GPS时钟的参考信号可以与未知相位处线路安装的线路相位识别装置同步。GPS 信号可以提供绝对时间基准。GPS时钟同时也能够为继电器的通信提供参考时间。

见图4，继电器可以确定输电导体上的电压与相位信息。并且可以使用来自GPS时钟的参考时间对电压测量值进行时间戳标记。同时将该测量值发送到自动化控制器。

见图4，自动化控制器能够执行模式匹配以确定未知相位处的输电导体相位。具体通过比较来自继电器的电压信号与来自未知相位处线路安装的线路相位识别装置的电压数据的零交叉时间戳。基于该匹配规则，中央位置处安装的相位识别装置可以发送指示哪个相位由哪个导体输送的信息。该信息被发送至未知相位处线路安装的线路相位识别装置。

见图4，中央位置处安装的相位识别装置可以跟踪未知相位处线路的相移。中央位置处安装的相位识别装置能够在一段时间内比较模式匹配的结果，以确定相位是否已移位。相变可能是由负载变化引起的。可以由用户设置极限，以定义可接受多少相移。如果达到极限，则发送指示相位已经移至极限的警报信号。

见图5，安装在具有未知相位的三个导体上的三个电场传感器的输出方波为系统电压的正半周的脉冲的方波。零时刻A相输出方波是第二导体A上的电压信号。零时刻B相输出方波是第三导体B上的电压信号。零时刻C相输出方波是第一导体C上的电压信号。每个输出的零交叉点根据相位而变化。

见图6，中央位置处每个导体上的电压和相位都是已知的。

Claims (5)

1.一种用于输电线路相位识别装置，其特征在于：包括如下：输电线路相位识别装置安装在未知导体上，输电线路相位识别装置包括：电流互感器，产生感应电流为该装置供电；电场传感器，用于确定未知导体处的电压信号；与时间基准信号同步的时钟；处理器与线路安装的传感器和时钟通信，处理器将电压信号与时间基准信号进行时间戳标记；与处理器通信的收发器，该收发器发送带有时间戳的电压信号样本；在已知相位处安装输电线路相位识别装置包括：电压传感器，用于确定具有A相的导体，具有B相的导体和具有C相的导体上的电压，其中电压传感器已知该位置处的每相导体电压和相位；与时间参考信号同步的时钟；收发器从未知相位处输电线路相位识别装置接收具有时间基准信号的电压信号的样本；处理器用于：用时间基准信号对已知相位位置处的导体上的电压进行时间戳标记；将带有时间戳的未知相位处的电压样本信号与已知相位处的电压样本信号进行比对，最终确定输电线路中未知相位处的相位。

2.根据权利要求1所述的一种用于输电线路相位识别装置，其特征在于：所述时间基准信号是每秒脉冲信号，该脉冲信号是从全球定位系统接收的。

3.根据权利要求1所述的一种用于输电线路相位识别装置，其特征在于：所述输电线路相位识别装置包括故障、负载发送器、自动化控制器和继电器。

4.根据权利要求1所述的一种用于输电线路相位识别装置，其特征在于：所述输电线路相位识别装置还包括视觉指示器，以识别与所述未知相位处输电线路相位识别装置的相位，该指示器包括具有红、绿、黄三种颜色的一个或多个灯，其中，每种颜色表示不同的相位，也可包括显示器。

5.根据权利要求1所述的一种用于输电线路相位识别装置，其特征在于：所述已知相位处安装的输电线路识别装置将接收请求的和未经请求的电压信号样本，且电压信号的采样是周期性的。

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