方鵬

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司技術(shù)技能培訓(xùn)中心，湖南長沙 410131）

0.引言

在臺區(qū)精益化管理以及智能電網(wǎng)建設(shè)的大環(huán)境下，需要獲取每個用戶精確的相別、三相不平衡度、線損等信息。但現(xiàn)場的實施過程中，特別是在農(nóng)網(wǎng)地區(qū)準(zhǔn)確獲得每個用戶的相位信息比較困難，主要原因見圖1[1-2]。

1.裝置電壓采集

電壓采集方案分析如圖2 所示。電壓采集是裝置采集信號的重要部分，其從原理上可以分為接觸式和非接觸式的電壓采集，安裝時將電壓夾夾在被測臺區(qū)配變下的配電線三相出線側(cè)。

圖2 電壓采集方案分析

方案一：非接觸式采集。使用非接觸式交流檢測傳感器，將采集的電壓信號可直接轉(zhuǎn)換為小電流號。傳感器輸出的信號可直接輸入采樣處理單元進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)可直接送入主控單元。

對于非接觸式的電壓互感器，其基本原理是基于電容原理進(jìn)行的檢測。非接觸式互感器處于交變電場中,在其表面會產(chǎn)生感應(yīng)電荷,在互感器的電極間接測量電容后,電容上產(chǎn)生的電壓便可作為測量信號。采用該傳感器進(jìn)行了電場測量裝置的研究,驗證了系統(tǒng)工測量性能。

該測量電容上的電壓為：

方案二：使用接觸式采集。變壓器出口側(cè)的電壓信號是由鱷魚嘴電壓鉗夾取采樣，為了提高裝置穩(wěn)定性和安全性，采集的電壓先通過匝比1000:1000 的電壓互感器隔離。隔離后的電壓過大，需要經(jīng)過精密分壓電阻降壓再輸入采樣調(diào)理電路處理在輸入單片機處理。

對于接觸式的采集則是用接觸式的電壓夾。采集的電壓通過分壓電阻分壓，再通過匝比1:1 的電壓互感器隔離。最后將信號輸入處理單元處理。

方案優(yōu)劣分析：

非接觸式的采集方式是基于非接觸式電壓互感器采集電壓。其主要參數(shù)如表1 所示。

可以看到精度并不是很高，且響應(yīng)速度最大可達(dá)到1s，而接觸式的響應(yīng)速度基本可以忽略不計。1s 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一個工頻信號的周期，可能導(dǎo)致誤差過大。并且其精度為0.5 級本身精度不足。

圖1 相位無法精準(zhǔn)識別的原因

表1 非接觸式采集方式

從原理層面分析，非接觸式的原理是基于電容原理，由于三相線距離較近，可能會互相產(chǎn)生電場的干擾，導(dǎo)致測量精度進(jìn)一步的降低。接觸式的采集方式，由于直接接觸信號源，響應(yīng)速度以及測量精度都是遠(yuǎn)高于非接觸式的采集方式[3-6]。

本裝置采用接觸式的采集方式。使用電壓夾夾取電壓，再通過分壓電阻和隔離用電壓互感器進(jìn)行信號的一次處理。

2.電流采集

電流采集是裝置采集信號的重要部分，普遍使用穿心式電流互感器進(jìn)行測量，安裝時將電流鉗夾在被測臺區(qū)配變下的配電線三相出線側(cè)。電流采集分析如圖3 所示。

圖3 電流采集分析

經(jīng)過電流采集測量用電流—電壓變換器之后得到的電壓信號不能直接輸入單片機的GPIO 口，需要進(jìn)行一系列的信號調(diào)理。首先在測量用電流—電壓變換器輸出端設(shè)置一個雙向瞬態(tài)抑制二極管將輸出端電壓鉗位到預(yù)計水平，以此抑制浪涌電壓，保護(hù)后續(xù)電路。接著，設(shè)置一組分壓電阻，只處理采集到的電壓信號的 3/5，以防輸入電壓過大對電路造成損壞。緊接著設(shè)置了鉗位二極管和一個電阻防止二次側(cè)開路造成變換器內(nèi)部產(chǎn)生大電壓造成內(nèi)部絕緣擊穿。其后又加上了一個運放電路組成的電壓跟蹤電路用來緩沖、隔離和匹配阻抗。后設(shè)置一個測試電阻用于測試使用。最后接入一個由運放和兩個 RL 濾波器構(gòu)成的二階低通濾波電路，來減少頻率高于截止頻率的干擾信號通過。采集的轉(zhuǎn)化的電流信號（電壓形式）就可以輸入到單片機中處理。

3.結(jié)語

本文設(shè)計的三相負(fù)荷不平衡臺區(qū)的相位自動識別裝置在多個供電所進(jìn)行試點應(yīng)用，根據(jù)反饋，裝置能有效檢測臺區(qū)的不平衡程度和負(fù)載情況，對未知線路的相別具有識別功能，可以指導(dǎo)現(xiàn)場工作。