王輝 陳秋明 覃宗濤

（廣西電網(wǎng)有限責任公司桂林供電局）

基于脈沖識別停電核相裝置的應用開發(fā)

王輝 陳秋明 覃宗濤

（廣西電網(wǎng)有限責任公司桂林供電局）

本文主要介紹基于脈沖識別原理拓展研發(fā)一款線路帶電或者不帶電情況下都可進行電纜核相的儀器設備，大幅提升其核相距離，適用于架空線路、電纜線路等停電線路和帶電線路核相以及停電線路相別及接地故障校驗。此外，文中還對這種核相儀的原理及特點進行了分析、說明。

停電核相；脈沖信號；衛(wèi)星授時；DFT濾波器

0 引言

隨著我國用電需求量的不斷增加，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴增大，電網(wǎng)線路的維修及施工也與日俱增，施工線路并網(wǎng)前，不帶電施工時會經(jīng)過線路校驗，但這種方法卻不能保證施工完成后并網(wǎng)相位正確，只能并網(wǎng)后合上開關進行帶電核相來測量并網(wǎng)是否正確[1]。一旦并網(wǎng)線路接錯，既需重新請示停電，手續(xù)繁瑣，又影響網(wǎng)內(nèi)用戶的正常生產(chǎn)和生活用電，最重要的是開關端需重新接線，造成人力及物力的浪費。

本文針對該技術瓶頸，經(jīng)過科學論證并結合試驗數(shù)據(jù)和理論基礎，研發(fā)出基于脈沖識別技術對停電線路進行核相的裝置，在停送電檢修、合環(huán)并網(wǎng)中得到應用。該創(chuàng)新技術不但彌補了在停電核相方面的技術空缺，并且也避免了因為并網(wǎng)線路接錯造成的不必要損失，減少了人力及物力的浪費，具有重大的經(jīng)濟和社會意義。

1 原理與設計

1.1 停電核相示意圖

停電核相示意圖見圖1。

1.2 停電核相原理

如圖1所示，這套核相裝置包括：甲端信號采集器、發(fā)射鉗、發(fā)射主機、接收鉗、接收主機、乙端信號采集器。

為了論證脈沖信號測試的合理性，假設發(fā)射機所在的一端為甲端，接收機所在的一端為乙端。首先將發(fā)射鉗卡在停電線路的某一條導線上，然后連接發(fā)射機，當甲端的信號采集器采集到電壓相位過零點信息時，會將發(fā)送一個信號給發(fā)射機，發(fā)射機此時通過發(fā)射鉗發(fā)射一個單極性的脈沖信號作用到待測的停電線路；接收機在乙端接收到信號后，會通知乙端采集器采集電壓相位過零點信息，然后與接收到信號的時間做對比，如果發(fā)射機與接收機同一時間采集到過零點信息，則兩端為同相，然后觀察采集到的脈沖電流方向，如脈沖電流方向為正向，則可確認甲端的發(fā)射鉗和乙端的接收鉗放在同一條導線上從而對線纜進行核相識別。

1.3 脈沖電流的判定

發(fā)射機發(fā)送一個單極性電壓脈沖信號，并將這一信號饋入要識別的架空線路某一條導線中，為保證有大的信號電流流過，導線另一端試驗時進行了良好的接地。為了信號在接收端完整清晰用于采集分析，發(fā)射的信號電流必須只從待測導線中流過，判定極性一個明顯的標準就是饋入導線中的信號脈沖電流的方向，而作為返回的信號電流可以從其他若干條導線中流過，它們的流徑方向相反，所以極性相反。這個判別原理是發(fā)射的信號電流只流經(jīng)一根導線、而實際返回信號電流則流經(jīng)了多根導線，所以發(fā)射信號的那一條導線上的電流強度會遠遠大于其他導線。為了防止出現(xiàn)誤差提高判定的嚴謹性，信號電流幅度也需要作為佐證判定。

圖1 停電核相示意圖

1.4 信號的發(fā)出技術和接收技術

脈沖信號的發(fā)出是利用發(fā)射鉗的工作原理來實現(xiàn)的，發(fā)射鉗能跟蹤源端信號的頻率和相位，并且發(fā)生的信號強度可調(diào)。發(fā)射鉗通過電感耦合方式向停電電纜中注入交變電流。

發(fā)射鉗的接法是將輸出線繞在待測電纜的鉛皮周圍，耦合圈數(shù)為5～7圈。通過耦合線圈向電纜發(fā)射信號，電纜可視作一個電流互感器，電流互感器原理如圖2所示。當電纜中產(chǎn)生感生電動勢和感生電流，通過電纜向周圍發(fā)射電磁波信號。電流互感器是把一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)小電流來測量 ，二次側(cè)不可開路。

圖2 電流互感器原理圖

接收信號通過接收鉗來完成。接收鉗的本質(zhì)也是一個電流互感器，接收主機會在電路中串聯(lián)一臺放大器和低噪聲濾波電路，測量時利用電流互感器夾住被測導線，當導線中有信號電流流過，就會產(chǎn)生磁場并在電流互感器的線圈中感應出電壓，所感應出的電壓極性是由信號電流方向和電流互感器線圈的方向共同決定。電流互感器線圈中感應出的電壓在通過接收主機的采集分析在主機屏幕上顯示出來。

1.5 信號檢測分析技術

接收主機在檢測到線路上的電流后，要進行濾波。濾波運算是信號處理中的基本運算，濾波器的設計也就相應成為數(shù)字信號處理的最基本問題之一。信號帶有噪聲或無用信號，濾波器的作用是將這些干擾成分濾除，也就是讓特定頻段的信號傳遞給核相系統(tǒng)，通過達到對信號篩選的效果，如圖3所示。數(shù)字濾波器是按照程序計算信號，達到濾波的目的。通過對數(shù)字濾波器的存儲器編寫程序，就可以實現(xiàn)各種濾波功能。對數(shù)字濾波器來說，增加功能就是增加程序，不用增加元件，不受元件誤差的影響，對低頻信號的處理也不用增加芯片的體積。

圖3 數(shù)字濾波器方框圖

針對現(xiàn)有的技術，經(jīng)過論證對信號濾波主要采用數(shù)字濾波技術中的DFT調(diào)制濾波器組，DFT調(diào)制濾波器組具備一個獨特的優(yōu)點：將信號的正負頻率分開處理，故DFT調(diào)制濾波器組使用于處理復信號和構建二維方向濾波器組[5]。該濾波方法能夠有效地控制系統(tǒng)的失真水平，而且可以根據(jù)實際要求調(diào)整目標函數(shù)中的加權參數(shù)折中分析和綜合原形濾波器的阻帶衰減以適應不同的應用問題[6]。進行濾波后，要對信號進行進一步地放大處理，然后對信號進行計算，提取或計算出相位及脈沖方向等信息，實現(xiàn)對脈沖信號的有效采集和運算。

1.6 GPS衛(wèi)星授時技術

引入GPS衛(wèi)星授時技術是系統(tǒng)的創(chuàng)新點，通過該技術，確保遠程核相時采集精準的時間信息作為核相依據(jù)，為核相提供時間參考，降低核相的難度。GPS時鐘是一種接受GPS衛(wèi)星發(fā)射的低功率無線電信號，通過計算得出GPS時間的接收裝置。為獲得準確的GPS時間，GPS時鐘必須先接受到至少4顆GPS衛(wèi)星的信號，計算出自己所在的三維位置。在已經(jīng)得出具體位置后，GPS時鐘只要接受到1顆GPS衛(wèi)星信號就能保證時鐘的走時準確性。時鐘同步誤差: 如以中科院國家授時中心的地鐘產(chǎn)品為例，其同步精度以參考碼元前沿或起始相對于1PPS前沿的偏差計，分別達0.3μs和0.2ms。

在停電核相過程中，接收機分別在兩端聯(lián)絡點進行核相，通常情況下，采集器每間隔5s向接收機發(fā)送一次相位信號，相位信號是通過過零檢測法獲取的，然后在兩端聯(lián)絡點的工作人員通過電話通知對方，自己這一端接收機顯示的相位和GPS提供的時間信息，相位差≤30°時，可判定聯(lián)絡點兩端線路為同相[3]。整個核相過程不需要人員掌握專業(yè)指示，解決人員專業(yè)水平參差不齊、特殊區(qū)域測量數(shù)據(jù)困難的難題，通過衛(wèi)星授時技術測量距離可以在500km以上，電壓等級為0.38～220kV。不足之處：處于用電安全考慮，必須采用絕緣性可靠的絕緣桿對66kV以上電纜進行核相。

2 停電核相裝置的應用開發(fā)分析

目前研究成果可以直接應用于電力系統(tǒng)架空線路，電纜線路等停電線路、帶電線路的核相以及停電線路的參數(shù)校驗。并申報國家專利和科技獎項，爭取成為停電核相的行業(yè)標準，同時這個成果可以實現(xiàn)電網(wǎng)準時快速的供電，減少繁雜冗余的測試，實現(xiàn)面對對象、面對用戶的構想，達到安全性的提升，在建設、檢修故障中減少操作人員觸電及其他意外傷害的可能，使電力系統(tǒng)安全得到保障，維護成本得到壓縮，使停送電的工作效率得到進一步的提高[4]。同時針對網(wǎng)絡化、信息大數(shù)據(jù)的特點，項目今后的研發(fā)主要方向是利用GPS衛(wèi)星授時技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的工頻線路定相系統(tǒng)應用，突破地域局限性，擺脫了以往電力核相設備只支持較近距離的兩個電力系統(tǒng)核相的尷尬局面，使核相不受距離限制，使核相距離可以跨越省市。

3 結束語

基于脈沖識別的停電核相測試儀的使用確保不再出現(xiàn)因并網(wǎng)線路接錯而對并網(wǎng)供電造成工業(yè)用電的設備反轉(zhuǎn)、電氣燒損影響生產(chǎn)，確保用戶用電正常、工業(yè)生產(chǎn)有序地進行。經(jīng)過本文的論證和試驗證明是可靠的、科學的、有商業(yè)價值的成品儀器，該儀器一機多用，功能全面，突破傳統(tǒng)核相模式，對停電和不停電的線路都能完成準確核相，節(jié)約了時間成本和直接經(jīng)濟成本。

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2017-09-13）