二次定相裝置的研制

劉慧 沈鐘浩 劉思聰 高月梅 郭威

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電需求迅速上升，對供電可靠性和穩(wěn)定性要求越來越高。作為繼電保護(hù)的一項(xiàng)常規(guī)工作，電壓定相工作也越來越重要。本文介紹了一種二次定相裝置的研制過程，使用該裝置可實(shí)現(xiàn)二次電壓定相工作由1人單獨(dú)操作，大大減少了試驗(yàn)線插拔次數(shù)，提高了工作效率，同時保障人身、電網(wǎng)和設(shè)備安全，具有較高的推廣使用價值。

關(guān)鍵詞：二次定相;相位檢測;電壓定相

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）01-0124-03

Development of Secondary Phasing Device

LIU Hui SHEN Zhonghao LIU Sicong GAO Yuemei GUO Wei

（State Gird Zhengzhou Electric Power Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： With the rapid development of the economy， the demand for electricity is rising rapidly， and the requirements for power supply reliability and stability are getting higher and higher. As a routine work of relay protection， voltage phasing work is also becoming more and more important. This paper introduced the development process of a secondary phase fixing device. Using this device， the secondary voltage phase fixing can be operated by one person alone， which greatly reduces the number of test line insertions， improves the work efficiency， and guarantees the safety of people， power grid and equipment. It has high popularization and application value.

Keywords： secondary voltage phasing;phase detection;voltage phase determination

定相，是指在電力系統(tǒng)中新建、改建的線路或變壓器在投運(yùn)前，核對三相標(biāo)志與運(yùn)行系統(tǒng)是否一致。按照《繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全運(yùn)行規(guī)程》（DL/T 995—2016），在變壓器（或電壓互感器）新安裝或大修后，變壓器（或電壓互感器）變動過內(nèi)、外部接線或接線組別后，電源線路（或電纜）接線變動或走向發(fā)生變化后，與合環(huán)或并列有關(guān)的二次回路檢修時改動過，都必須進(jìn)行三相電路定相試驗(yàn)，核實(shí)合環(huán)或并列的兩個電源系統(tǒng)（或變壓器、電壓互感器）的相序是否一致、正確。如果出現(xiàn)非同相運(yùn)行，將會導(dǎo)致相間短路事故，不僅損壞電氣設(shè)備，甚至?xí)：﹄娋W(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

1 現(xiàn)狀分析

二次定相工作是檢查兩段母線（兩個電源系統(tǒng)）之間電壓相位、相序是否一致，目前采用的方法是：在變電站內(nèi)電壓并列屏端子排處，通過萬用表測量不同母線二次回路間的電壓，并由工作人員分析測量結(jié)果，判別定相是否正確。在實(shí)際工作中，需要測量并判定以下各組電壓。

①檢驗(yàn)定相所測的三相電壓是否對稱，每個電壓互感器均應(yīng)三相電壓平衡，即[Ua1n1=Ub1n1=Uc1n1]、[Ua2n2=Ub2n2=Uc2n2]。

②按接線組別分別測量兩個電壓互感器二次側(cè)端子間的各電壓，首先對應(yīng)測量[a1-a2]、[b1-b2]、[c1-c2]之間的電壓，[Ua1a2=Ub1b2=Uc1c2≈0]。

③測量[a1-b2]、[a1-c2]、[b1-a2]、[b1-c2]、[c1-a2]、[c1-b2]之間的電壓，若均為線電壓，即說明兩個電壓互感器接線組別相同，相位接線正確。

二次定相工作示意圖如圖1所示。

目前，二次定相工作存在試驗(yàn)線插拔次數(shù)多、需人工計(jì)算并判別相序錯誤類型等問題[2]。因此，急需研制一種二次定相測量裝置，無需多次插拔試驗(yàn)線操作即可一次性讀取，并可智能判別錯誤相序，實(shí)現(xiàn)二次定相。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動）2019年第01期_103595＼Image＼image13_1_1.png>[母線一][母線二][A1][A2][B2][B1][C1][C2][N2][N1][母線一][母線二][A1][A2][B2][B1][C1][C2][N2][N1][母線一][母線二][A1][A2][B2][B1][C1][C2][N2][N1][測量單側(cè)相對地電壓應(yīng)滿足Ua1n1=Ub1n1=Uc1n1

Ua2n2=Ub2n2=Uc2n2][測量兩側(cè)相同相間電壓應(yīng)滿足Ua1n1=Ub1n1=Uc1c1≈0][測量兩側(cè)不同相間電壓應(yīng)均為線電壓]

圖1 二次定相工作示意圖

2 便攜式二次定相裝置方案及裝置本體設(shè)計(jì)

由于傳統(tǒng)二次定相存在較多問題，本文提出了便攜式二次定相裝置方案，方案示意圖如圖2所示。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動）2019年第01期_103595＼Image＼image14.png>[并列屏端子排][A1 B1 C1 N1 A2 B2C2 N2][第一組][第二組][端于排接頭][測試線

線體][測試線][裝置接頭][二次定相裝置][定相結(jié)果顯示]

圖2 便攜式方案示意圖

二次定相裝置由便攜式裝置本體和測試線組成，定相操作時，需將裝置測試線接至電壓并列屏端子排，測試線通過裝置接頭與裝置本體進(jìn)行連接，除能一次性輸出定相結(jié)果外，還能智能判別相序錯誤類型。

裝置本體主要由數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊及相位、相序核定算法組成[3]。

數(shù)據(jù)采集模塊由低通濾波、采樣保持電路和A/D轉(zhuǎn)換組成。低通濾波能濾去電壓輸入信號中的高頻部分，防止出現(xiàn)頻率混疊現(xiàn)象，保證采樣的準(zhǔn)確性;采樣保持電路可在對模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，保持模擬信號在一定的轉(zhuǎn)換時間內(nèi)基本不變，從而保證轉(zhuǎn)換精度;A/D轉(zhuǎn)換是通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度等非電信號。為了使效果最佳，精度最高，選取各部分型號分別為有源低通濾波LMH6703MF、采樣保持LF398、A/D轉(zhuǎn)換器TLC0831。

作為定相裝置的核心運(yùn)算控制模塊，MP控制模塊具有數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯處理和信息存儲能力，并且要求配置滿足容量需求的RAM和Flash Memory，能快速處理由A/D轉(zhuǎn)換得到的電壓數(shù)字量，并實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的分別存儲，故選用運(yùn)算速度較快、功耗較低、運(yùn)算精度較高、價格適中的c665xDSP+ARM作為MP控制模塊[4]。

裝置核心系統(tǒng)除硬件支撐外，還需要一種快速、可靠的算法完成相位、相序核定運(yùn)算。FFT是DFT（DFT是使用離散傅里葉算法進(jìn)行頻譜分析）的快速算法，根據(jù)奇、偶、虛、實(shí)等特性，對DFT算法進(jìn)行改進(jìn)，且運(yùn)算速度更快，可滿足對算法的要求。

3 控制策略

根據(jù)二次定相裝置的功能需求，以硬件電路為平臺，控制系統(tǒng)以Keil4.0為開發(fā)環(huán)境，使用C語言進(jìn)行軟件開發(fā)。根據(jù)二次定相裝置運(yùn)算策略的需要，系統(tǒng)軟件主要包括開機(jī)自檢子程序、顯示子程序、故障判別等關(guān)鍵模塊[5]。

程序整體流程如圖3所示。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動）2019年第01期_103595＼Image＼I26I2XOD5ORK`[Q42_（[MYF.png>[[≤]][[≤]][[≤]][[≤]][[≤]][開始][系統(tǒng)初始化][調(diào)用開機(jī)軟硬件自檢程序][自檢正常][是][否][初始化參數(shù);核相精度][同相][電壓差值上限][非同相電壓差值上、][下限][待核電壓基準(zhǔn)值][待核電標(biāo)稱值上、下限

][讀取一個采樣周期內(nèi)

的電壓數(shù)據(jù)

][解決故障，重新定相

][調(diào)用糾錯保護(hù)子程序

][調(diào)用故障判別子程序

][否

][是

][顯示檢查結(jié)果及解決方案

][結(jié)束

]

圖3 程序整體流程圖

開機(jī)自檢子程序是確保PT二次定向裝置正常工作的前提。開機(jī)首先進(jìn)行軟件自檢，確保程序運(yùn)行正常;然后由程序控制進(jìn)行硬件檢測，確保人機(jī)交互界面等功能正常。自檢子程序流程如圖4所示。

定相裝置具備糾錯功能和自我保護(hù)功能，以應(yīng)對交直流接線錯誤或過電壓情形，糾錯保護(hù)子程序如圖5所示。

顯示子程序用于控制人機(jī)交互界面的驅(qū)動芯片，使電容觸摸式顯示屏顯示MP控制模塊的輸出結(jié)果。顯示子程序流程圖如圖6所示。

4 裝置的實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證

二次定相裝置的核心組件——電路板如圖7所示，對電路板尺寸、布局、工藝等制作參數(shù)進(jìn)行檢測，均符合標(biāo)準(zhǔn)，并對其外圍接線進(jìn)行組裝，實(shí)現(xiàn)二次定相裝置[6]。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動）2019年第01期_103595＼Image＼1QMA6@%]8Q73ZWFPMS9%729.png>[開機(jī)自檢子程序][軟件自檢正常][否][否][是][硬件自檢正常][調(diào)用顯示子程序][人機(jī)交互界面顯示正常][否][是][返回]

圖4 開機(jī)自檢子程序流程圖

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動）2019年第01期_103595＼Image＼}77}IPN%7$PNWXHK～QIWXKR.png>[糾錯保護(hù)子程序][交直流是

否錯誤][是][是][是否過電壓][調(diào)用顯示子程序][裝置啟動自我保護(hù)功能并警告][裝置報(bào)交直流錯誤][是][否][返回][人機(jī)交互界面顯示正常]

圖5 糾錯保護(hù)子程序流程圖

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動）2019年第01期_103595＼Image＼`VJ[[BFP346）H02ZFWCSTUP.png>[顯示子程序][觸摸式顯示屏

顯示正常][進(jìn)入主功能及子功能頁面查看][正常顯示電壓

及核相結(jié)果][返回]

圖6 顯示子程序流程圖

在二次實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行模擬試驗(yàn)，將研制成功的二次定相裝置應(yīng)用于不同型號的PT并列屏，模擬全部6種接線情況下的電壓，分別使用本裝置進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證能否實(shí)現(xiàn)二次定相，并智能判別故障相序，模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動）2019年第01期_103595＼Image＼image19.jpeg>

圖7 裝置電路板

表1 二次實(shí)訓(xùn)室PT定相測試結(jié)果

[序號 模擬接線情況 測試結(jié)果 是否

正確 1 A、B、C正序接線 顯示“正確” 是 2 A、C、B相序接線 紅燈閃爍，顯示“相序錯誤，

錯誤相序?yàn)锳CB” 是 3 B、A、C相序接線 紅燈閃爍，顯示“相序錯誤，

錯誤相序?yàn)锽AC” 是 4 B、C、A相序接線 紅燈閃爍，顯示“相序錯誤，

錯誤相序?yàn)锽CA” 是 5 C、A、B相序接線 紅燈閃爍，顯示“相序錯誤，

錯誤相序?yàn)镃AB” 是 6 C、B、A相序接線 面板紅燈閃爍，顯示“相序錯誤，

錯誤相序?yàn)镃BA” 是 ]

實(shí)訓(xùn)室模擬測試結(jié)果均正確，裝置可正確實(shí)現(xiàn)二次定相，無需多次插拔即可一鍵讀取測試結(jié)果，并智能化判別相序錯誤類型。

二次定相裝置完全符合變電站現(xiàn)場電壓定相要求，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，操作簡單，效率高，具有較高的推廣應(yīng)用價值。二次定相裝置的研制與使用，創(chuàng)造性地解決了生產(chǎn)中的實(shí)際問題，收到了預(yù)期的效果。為了保證電網(wǎng)安全高效運(yùn)行，要把解決工作中實(shí)際遇到的問題作為繼續(xù)努力的方向。

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