一種非接觸式遠程相序識別的設備和方法

斯榮 羅偉明 范偉松

(深圳供電局有限公司寶安供電局、深圳寶安區6區寶農巷118號，廣東 深圳 518100)

一、相序識別線狀

目前，國內外大部分高電壓系統都是直接核相和間接核相方法。直接核相一般適用于110kV及以下電壓等級，在運行電壓下，使用2根電阻值相同的高絕緣、高阻值的核相棒直接接觸待核定的二相高壓線，被測高壓降壓后引入核相裝置，讀取連接2個核相棒的微安表電流數值，根據廣義交流電橋的原理，判斷待測的2根高壓線是否同相。這種方法的主要弊端是：與高壓導線直接接觸，核相裝置間有連接導線，嚴重依賴材料的絕緣強度和制造工藝，雨天、潮濕、污穢、障礙物等復雜工況不能使用；需要4人以上才能完成操作，存在較大安全隱患。間接核相一般適用于220kV及以上電壓等級，在現場不具備直接核相條件時，利用連接在兩相高壓導線上的同型號的電壓互感器，通過電壓互感器二次側進行間接核定。這種方法的主要弊端是：需要多次調整系統一次接線，多次操作輸變電設備，繁瑣，容易出差錯；電壓互感器與系統電容可能發生鐵磁諧振，引起過電壓而損壞設備，造成人身與系統事故；需要多部門、多班組協作，工作流程長、效率低。

在利用非接觸式方法來進行高電壓系統的相位識別目前運用尚不完善，尤其將其運用于配電網，更未見明顯報道。因此，該方法具有廣泛的前景。

二、非接觸式遠程相序識別設備提出

非接觸式電流測量裝置，體積小、無短路危險、應用范圍廣，因此具有很好的發展前景。采用非接觸式電流測量技術和遠程相序識別技術，可以達到安全監測、在設備不停電情況下快速、自動檢測，各組件之間所交換的數據通過不同形式的無線技術傳輸，避免接線錯誤帶來的危險以及增加現場測量的自由度，能用來識別或檢測電力網絡任何點(設備、線路等)的相序相別。非接觸式遠程相序識別設備主要由網絡模塊、采樣模塊、相位顯示模塊、GPS模塊、MCU組成。

網絡模塊包括Wifi、Zigbee、蜂窩網絡(4G/3G/2G)、藍牙、射頻，用以實現無線傳輸技術將裝置監測的電能參數和相位信息傳輸到云平臺，實現設備的信息的在線監測。

采樣模塊包括電流互感器、羅氏線圈、電流霍爾等對電流進行采樣，用以實現非接觸式電流測量，將電流數據傳輸至MCU。

相位顯示模塊通過翻牌顯示等方式實現相序顯示。

GPS模塊是集成了RF射頻芯片、基帶芯片和核心CPU，并加上相關外圍電路而組成的一個集成電路。用于獲取GPS衛星發射的時間來達到時間同步。

微控制單元(Microcontroller Unit;MCU)，作為協同單元及數據數據處理單元，用于獲取采集模塊采集到的數據、網絡模塊獲取服務器的數據、從GPS模塊獲取時間，并將數據匯總處理，最后通過相位顯示模塊進行區分顯示。

三、非接觸式遠程相序識別方法

在電網配電站設置唯一的A相基準點終端，從A相基準點終端通過GPS模塊獲取精準的授時t0作為參考時刻，并分析采樣獲得的電流數據，根據公式1計算出當前的相角α0，以及電網周期Ta，最后將電網周期Ta，參考時刻t0，及參考時刻下的相角α0上傳至服務器；其他采集終端通過GPS模塊獲取精準的授時t1作為參考時刻，并分析采樣獲得的電流數據，計算出當前的相角α1，并獲取服務器上的A相基準點終端的電網周期Ta，參考時刻t0，及參考時刻下的相角α0，并通過計算公式2確定本采集終端與A相基準點的相位差，來判斷出本終端的相位，通過相位顯示模塊予以顯示。

圖1 遠程相位鑒別

四、樣機驗證

根據所提出的非接觸式遠程相序識別設備和非接觸式遠程相序識別方法，我們制作了原理樣機并進行了實地測試。

采樣模塊我們選用的開口式電流互感器，并通過電阻分壓將小電流信號轉換成小電壓信號，運算放大將小電壓信號轉換為可被MCU采集到的電壓信號，傳輸給AD芯片，單片機可以讀取采樣模塊輸出的電壓值，計算出實際電流值。

GPS和GPRS模塊我們選用的安信可的A9G模塊，這個模塊將GPS和GPRS模塊封裝到了同一個小模塊，通過AT指令進行通信。

相位顯示模塊我們使用了RGB的全彩LED，通過不同顏色表示不同相位：A相黃色、B相綠色、C相紅色、識別錯誤、未準確識別用藍色表示。

單片機選用了STM32F103C8T6，用于采集電流信息、與服務器通訊、獲取網絡時間。

為了快速驗證設備的可實施性，我們服務器借助了現有的機智云服務，在簡單配置的情況下實現了數據的中轉、網絡存儲。

我們的設備在深圳市寶安區某10KV供電線路上進行了實際測試，并且實際效果與期望完全一致，裝配完成后LED顏色立刻轉變為對應的顏色，換到其他相位也會立刻更新顯示，該實地實驗驗證了本設備及方法的可實施性。

圖2 樣機深圳10KV線路實地測試

五、結語

本文中提出的非接觸式遠程相序識別設備和非接觸式遠程相序識別方法，通過樣機制作和實地測試，驗證了該設備和該方法的有效性、可實施性。本識別方法采用非接觸相序識別技術，具有效率高、人工成本的、安全性高等諸多優點，必將取代傳統直接、間接測量方法，為高壓施工、搶修提供安全可靠的鑒別技術。