李小暉 孫永發(fā) 邸慶民 楊俊俊 楊靜芝

摘 要 在電力系統(tǒng)運(yùn)行管理中，電壓電流信號(hào)的同步采集非常重要，其能夠?yàn)楣芾砉ぷ魈峁┛晒﹨⒖嫉囊罁?jù)，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。本文就工頻電壓信號(hào)衛(wèi)星同步采集技術(shù)進(jìn)行了分析和討論，希望能夠?yàn)樵谶h(yuǎn)程帶電核相中的應(yīng)用提供一定參考，幫助電力工作人員做好電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)和管理。

關(guān)鍵詞 工頻電壓;信號(hào)同步采集技術(shù);遠(yuǎn)程帶電核相;運(yùn)用

前言

伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)于電力的需求不斷提高，要求快速可靠供電的同時(shí)，也強(qiáng)調(diào)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，不僅會(huì)受到外部因素的影響而出現(xiàn)問(wèn)題，還可能因?yàn)榻泳€(xiàn)錯(cuò)誤引發(fā)相序混亂的情況，其對(duì)于電網(wǎng)設(shè)備和電力系統(tǒng)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(tǒng)的安全規(guī)范運(yùn)行方面，發(fā)揮著非常重要的作用，因?yàn)楹侠斫泳€(xiàn)對(duì)于電力系統(tǒng)而言非常關(guān)鍵，在一次接線(xiàn)環(huán)節(jié)，如果出現(xiàn)相序錯(cuò)誤，將不同相序的電源或者接線(xiàn)方式不同的接點(diǎn)合環(huán)與變壓器進(jìn)行連接，則可能造成配網(wǎng)系統(tǒng)短路等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)導(dǎo)致變壓器的損壞。對(duì)此，提出了一種基于電壓信號(hào)衛(wèi)星同步采集原理的遠(yuǎn)程核相儀器，利用衛(wèi)星同步時(shí)鐘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)不同點(diǎn)位測(cè)量時(shí)間的一致性，利用移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)比相角差的方式，明確兩個(gè)點(diǎn)位的，在帶電工況下完成核相工作，能夠很好地適應(yīng)各種狀況下的核相校驗(yàn)需求[1]。

2遠(yuǎn)程帶電電核相中工頻電壓信號(hào)衛(wèi)星同步采集技術(shù)的應(yīng)用

（1）原理和結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)核相裝置對(duì)工頻電壓相位信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，主要是借助過(guò)零比較法實(shí)現(xiàn)。利用比較器將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，利用兩條線(xiàn)路中的方波過(guò)零時(shí)間差和周期之比，能夠計(jì)算出線(xiàn)路兩路線(xiàn)路的相位差。但是此方法在線(xiàn)路中含有諧波，波形畸變時(shí)，過(guò)零點(diǎn)會(huì)偏移，會(huì)極大地影響相位測(cè)量的精度。另外，采用FSK將方波調(diào)制經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)傳送，頻率的漂移也會(huì)影響相位的測(cè)量精度。新型基于衛(wèi)星同步采集工頻電壓信號(hào)利用GPS接收到的秒脈沖信號(hào)作為啟動(dòng)信號(hào)，利用等間隔采樣技術(shù)，對(duì)高速采集的信號(hào)進(jìn)行FFT變換，可以得到基波的相位，抗諧波干擾能力強(qiáng)，不受波形畸變影響。同時(shí)由于采用GPS秒脈沖同步，不論位于任何地理位置，采樣時(shí)間同步，可以在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的通信基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程核相。

（2）信息傳輸技術(shù)。系統(tǒng)主機(jī)和高壓采樣器之間通信采用的是無(wú)線(xiàn)跳頻通信技術(shù)，選擇2.4GHz的ISM頻段，其在全球范圍內(nèi)都可以正常使用，不需要用戶(hù)專(zhuān)門(mén)申請(qǐng)通訊準(zhǔn)許，在2400～2500MHz的范圍內(nèi)，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際需求，任意選擇通訊頻段?？梢圆捎?3個(gè)或者79個(gè)通信頻道，相鄰頻道的間隔為1MHz，配合時(shí)分雙工的方式完成信息傳遞，為了能夠降低設(shè)備復(fù)雜性，強(qiáng)化對(duì)于各類(lèi)干擾因素的抵抗能力，發(fā)射機(jī)采用了FM調(diào)制的方式。將最大發(fā)射功率劃分為三個(gè)等級(jí)，分別是1mW（0dBm）、5mW（4dBm）和100mW（20dBm），當(dāng)處于4～20dBm范圍內(nèi)時(shí)，需要采用功率控制，這種情況下，2.4G無(wú)線(xiàn)跳頻通信設(shè)備的有效通訊距離在10-100m之間。

不同位置的主機(jī)之間通信采用基于4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的通信，只要有手機(jī)信號(hào)的地方都可以進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，進(jìn)行遠(yuǎn)程核相[2]。

（3）信號(hào)處理技術(shù)。遠(yuǎn)程核相系統(tǒng)中，使用的電子元件具備抗靜電、高內(nèi)阻、抗干擾的特點(diǎn)，能夠?qū)?0Hz工頻交流電信號(hào)的進(jìn)行等間隔采樣，獲得具備較高精度的初相角信號(hào)。

工頻電網(wǎng)的交流正弦波因?yàn)榉蔷€(xiàn)性負(fù)載而引起畸變，雖然波形的畸變千變?nèi)f化，但是非正弦周期波都可以按照傅立葉級(jí)數(shù)分解成直流、基波和一系列頻率與基波頻率成整數(shù)倍的正弦函數(shù)的諧波來(lái)表示，這些頻率與基波頻率成整數(shù)倍的正弦波就是高次諧波，還有一些不成整數(shù)倍的正弦波稱(chēng)為次諧波。周期非正弦波可以由傅立葉級(jí)數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)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(dāng)φ1? = 0時(shí)， 則它們是相對(duì)于基波的相角） ;ω= 2πf? 為角頻率。將電壓實(shí)時(shí)采樣后進(jìn)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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程測(cè)相的兩端，完成數(shù)據(jù)交換以及核相分析。一般來(lái)講，采集器以秒為間隔，進(jìn)行測(cè)量計(jì)算后相位信號(hào)的發(fā)送接收，處于兩端的工作人員可以通過(guò)核對(duì)的方式通知對(duì)方自己一端接收機(jī)所顯示的相位，若相位差不超過(guò)30°，則認(rèn)為聯(lián)絡(luò)點(diǎn)兩端的線(xiàn)路處于同相。在整個(gè)核相過(guò)程中，對(duì)于工作人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)并沒(méi)有非常嚴(yán)格的要求，可以對(duì)電力工作人員專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平參差不齊的問(wèn)題進(jìn)行解決，借助有效的數(shù)據(jù)處理，能夠減少測(cè)量誤差，對(duì)特殊區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，配合衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)，測(cè)量距離可以超過(guò)500km，測(cè)量電壓的等級(jí)范圍在0.38～220kV之間。而在對(duì)66kV及以上的架空線(xiàn)路或者三相電進(jìn)行測(cè)量時(shí)，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(cè)量安全提供保障。

3遠(yuǎn)程帶電核相應(yīng)用前景

新的發(fā)展環(huán)境下，電力系統(tǒng)城市電纜復(fù)雜的趨勢(shì)變得越發(fā)明顯，環(huán)網(wǎng)改造需求明顯增大，對(duì)于供電可靠性提出了更加嚴(yán)格的要求，如何在不停電的情況下進(jìn)行核相操作，是一個(gè)行業(yè)性難題。從目前的研究成果分析，可以將其直接應(yīng)用到架空線(xiàn)路、電纜線(xiàn)路等帶電線(xiàn)路的核相工作，也可以利用GPS衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)進(jìn)行同步采樣，利用移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，提升核相距離，在電網(wǎng)改造環(huán)節(jié)，核相系統(tǒng)可以減少意外傷害，保障電力系統(tǒng)的安全性[3]。

4結(jié)束語(yǔ)

總而言之，將工頻電壓信號(hào)衛(wèi)星同步采集技術(shù)應(yīng)用到遠(yuǎn)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(zhǔn)確率，可以為電力人員的工作提供參考依據(jù)，推動(dòng)電力系統(tǒng)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[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(lián)閥組中點(diǎn)分壓器電壓采集異常解決策略[J].電氣技術(shù)，2020，21（6）：73-77.

[2] 耿蕭.便攜式心電信號(hào)采集電路的研究與設(shè)計(jì)[D].南京：南京郵電大學(xué)，2019.

[3] 朱嘉琪，楊永杰.地鐵列車(chē)節(jié)點(diǎn)電壓信號(hào)采集記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].城市軌道交通研究，2019，22（11）：83-87.