工頻電壓信號衛星同步采集技術在遠程帶電核相中的運用分析

李小暉 孫永發 邸慶民 楊俊俊 楊靜芝

摘 要 在電力系統運行管理中，電壓電流信號的同步采集非常重要，其能夠為管理工作提供可供參考的依據，確保系統運行的穩定性和安全性。本文就工頻電壓信號衛星同步采集技術進行了分析和討論，希望能夠為在遠程帶電核相中的應用提供一定參考，幫助電力工作人員做好電力系統的運營和管理。

關鍵詞 工頻電壓;信號同步采集技術;遠程帶電核相;運用

前言

伴隨著經濟的快速發展，社會對于電力的需求不斷提高，要求快速可靠供電的同時，也強調電力系統的運行安全。電力系統在運行過程中，不僅會受到外部因素的影響而出現問題，還可能因為接線錯誤引發相序混亂的情況，其對于電網設備和電力系統的危害十分巨大，需要得到電力工作人員的高度重視。

1概述

帶電核相裝置在保障電力系統的安全規范運行方面，發揮著非常重要的作用，因為合理接線對于電力系統而言非常關鍵，在一次接線環節，如果出現相序錯誤，將不同相序的電源或者接線方式不同的接點合環與變壓器進行連接，則可能造成配網系統短路等問題，嚴重時則會導致變壓器的損壞。對此，提出了一種基于電壓信號衛星同步采集原理的遠程核相儀器，利用衛星同步時鐘信號，實現不同點位測量時間的一致性，利用移動通信技術實現通過對比相角差的方式，明確兩個點位的，在帶電工況下完成核相工作，能夠很好地適應各種狀況下的核相校驗需求[1]。

2遠程帶電電核相中工頻電壓信號衛星同步采集技術的應用

（1）原理和結構。傳統核相裝置對工頻電壓相位信號進行測量時，主要是借助過零比較法實現。利用比較器將正弦信號轉換為方波信號，利用兩條線路中的方波過零時間差和周期之比，能夠計算出線路兩路線路的相位差。但是此方法在線路中含有諧波，波形畸變時，過零點會偏移，會極大地影響相位測量的精度。另外，采用FSK將方波調制經過無線傳送，頻率的漂移也會影響相位的測量精度。新型基于衛星同步采集工頻電壓信號利用GPS接收到的秒脈沖信號作為啟動信號，利用等間隔采樣技術，對高速采集的信號進行FFT變換，可以得到基波的相位，抗諧波干擾能力強，不受波形畸變影響。同時由于采用GPS秒脈沖同步，不論位于任何地理位置，采樣時間同步，可以在移動網絡的通信基礎上實現遠程核相。

（2）信息傳輸技術。系統主機和高壓采樣器之間通信采用的是無線跳頻通信技術，選擇2.4GHz的ISM頻段，其在全球范圍內都可以正常使用，不需要用戶專門申請通訊準許，在2400～2500MHz的范圍內，用戶可以根據實際需求，任意選擇通訊頻段。可以采用23個或者79個通信頻道，相鄰頻道的間隔為1MHz，配合時分雙工的方式完成信息傳遞，為了能夠降低設備復雜性，強化對于各類干擾因素的抵抗能力，發射機采用了FM調制的方式。將最大發射功率劃分為三個等級，分別是1mW（0dBm）、5mW（4dBm）和100mW（20dBm），當處于4～20dBm范圍內時，需要采用功率控制，這種情況下，2.4G無線跳頻通信設備的有效通訊距離在10-100m之間。

不同位置的主機之間通信采用基于4G移動網絡的通信，只要有手機信號的地方都可以進行實時通信，進行遠程核相[2]。

（3）信號處理技術。遠程核相系統中，使用的電子元件具備抗靜電、高內阻、抗干擾的特點，能夠對50Hz工頻交流電信號的進行等間隔采樣，獲得具備較高精度的初相角信號。

工頻電網的交流正弦波因為非線性負載而引起畸變，雖然波形的畸變千變萬化，但是非正弦周期波都可以按照傅立葉級數分解成直流、基波和一系列頻率與基波頻率成整數倍的正弦函數的諧波來表示，這些頻率與基波頻率成整數倍的正弦波就是高次諧波，還有一些不成整數倍的正弦波稱為次諧波。周期非正弦波可以由傅立葉級數的數學表達式表示：

式中 B 0 為直流分量;A 1? 和φ1? 為基波的幅值和初相角; A 2 、A 3 、… 、A N和φ2 、φ3 … φN? 為各次諧波的幅值和初相角（ 當φ1? = 0時， 則它們是相對于基波的相角） ;ω= 2πf? 為角頻率。將電壓實時采樣后進行FFT變換，就可得到基波和各次諧波的幅值和相位。

然后利用4G移動通信網絡在遠程測相的兩端，完成數據交換以及核相分析。一般來講，采集器以秒為間隔，進行測量計算后相位信號的發送接收，處于兩端的工作人員可以通過核對的方式通知對方自己一端接收機所顯示的相位，若相位差不超過30°，則認為聯絡點兩端的線路處于同相。在整個核相過程中，對于工作人員的專業素質并沒有非常嚴格的要求，可以對電力工作人員專業技術水平參差不齊的問題進行解決，借助有效的數據處理，能夠減少測量誤差，對特殊區域數據進行準確測量，配合衛星授時技術，測量距離可以超過500km，測量電壓的等級范圍在0.38～220kV之間。而在對66kV及以上的架空線路或者三相電進行測量時，要求絕緣桿必須具備較高的絕緣性，借助可靠的絕緣工具，為測量安全提供保障。

3遠程帶電核相應用前景

新的發展環境下，電力系統城市電纜復雜的趨勢變得越發明顯，環網改造需求明顯增大，對于供電可靠性提出了更加嚴格的要求，如何在不停電的情況下進行核相操作，是一個行業性難題。從目前的研究成果分析，可以將其直接應用到架空線路、電纜線路等帶電線路的核相工作，也可以利用GPS衛星授時技術進行同步采樣，利用移動通信技術實現遠程通信，提升核相距離，在電網改造環節，核相系統可以減少意外傷害，保障電力系統的安全性[3]。

4結束語

總而言之，將工頻電壓信號衛星同步采集技術應用到遠程帶電核相工作中，能夠提升核相工作的效率，具備較高的準確率，可以為電力人員的工作提供參考依據，推動電力系統的健康發展。

參考文獻

[1] 郭虎鋒，張五悅，劉霄，等.錫盟—泰州特高壓直流輸電工程受端串聯閥組中點分壓器電壓采集異常解決策略[J].電氣技術，2020，21（6）：73-77.

[2] 耿蕭.便攜式心電信號采集電路的研究與設計[D].南京：南京郵電大學，2019.

[3] 朱嘉琪，楊永杰.地鐵列車節點電壓信號采集記錄系統設計[J].城市軌道交通研究，2019，22（11）：83-87.