一種實用的新型高壓無線核相裝置的設(shè)計

董國威，汪　雷，宋　毅，宋根華

(國網(wǎng)宣城供電公司， 安徽 宣城 242000)

在準周期信號中,相位是主要要素。信號處理和電子測量的主要內(nèi)容是對相位及相位差進行測量。高壓線路與低壓線路之間需要進行相位差檢測，如對三相電不平衡度進行測量主要是對三相線路電壓相位差進行測量，而對避雷器阻性電流進行檢測主要是對總電流和電壓之間的相位差進行測量。當新建變電站和發(fā)電站投產(chǎn)及并網(wǎng)之前，以及擴建輸變電工程，對主設(shè)備進行改造后，在工程竣工投運時需要進行核相試驗，也就是業(yè)界通常所說的定相。定相主要是核對相位和相序，需要對并網(wǎng)兩電網(wǎng)對應(yīng)相的相位差進行測量[1]。我國在對高低壓線路進行相位檢測時通常采用有線檢測方式，尤其是在高壓線路相位檢測中。但這種檢測方式通常需要將兩個裝置在兩根導線之前進行同時接觸，而有線檢測過程中會帶有長長的拖線，使用不方便，在高壓檢測時也具有較大的危險性。高壓無線核相裝置在西方發(fā)達國家早就得到了開發(fā)與使用，為了對我國現(xiàn)有高壓線路相位有線檢測方式的弊端加以改善，減少高壓線路相位檢測的危險，本文設(shè)計一種實用的新型高壓無線核相裝置，對電力線路參數(shù)進行測量，為業(yè)界工作展開提供借鑒。

1　高壓無線核相裝置的總體結(jié)構(gòu)

高壓無線核相裝置主要是由接受裝置與發(fā)送裝置組成，兩個裝置之間的連接關(guān)系主要是由電極來實現(xiàn)，用導線進行連接。電極不僅是接受裝置與發(fā)送裝置的發(fā)射天線，也是作為接收信號天線，在使用過程中通過絕緣操作桿將發(fā)送裝置掛在導線上，而絕緣操作桿將接收裝置頂在導線上[2]。當發(fā)送裝置在工作狀態(tài)向接收裝置發(fā)射無線信號時，該信號具有相位特性，當接收裝置和帶電被測導線產(chǎn)生接觸時，對發(fā)送裝置所發(fā)射的無線信號進行接受，并將自身所測量的相位信號和所接受的相位信號之間進行比較，根據(jù)其相位差的不同，所產(chǎn)生的聲光信號也不同，從而判斷該聲光信號是同相還是異相。

2　高壓無線核相裝置設(shè)計

2.1　發(fā)送裝置

在高壓無線核相裝置設(shè)計中，發(fā)送裝置的主要組成包括窗口比較器、發(fā)送模塊、發(fā)送天線、信號采集處理電路、驅(qū)動模塊、聲光信號電路、計數(shù)器、頻率可調(diào)方波發(fā)生器等。而發(fā)送天線也是信號采集處理電路的一部分。在相位測量時，按照電磁場理論，線路和電極之間耦合產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。將有相位關(guān)系的頻率作為工頻，并產(chǎn)生電磁信號，在電極電感線圈上電磁信號會感應(yīng)出相應(yīng)的電動勢，并根據(jù)諧振電路所具有的選頻特點，取出有相位關(guān)系的電網(wǎng)電壓信號，將其與相位為零并經(jīng)窗口比較器整形后的基準方波信號加以比較，將比較所得的差值作為電網(wǎng)電壓信號初相角[3]。將初相角發(fā)送到發(fā)送模塊時，發(fā)送模塊對接收的相位信號進行調(diào)制后，再將其發(fā)送給接收裝置。

在發(fā)送模塊設(shè)計中，采用DC-100 kHz的調(diào)制速度對幅移相控信號進行調(diào)制，工作頻率控制在400～450 MHz。頻率可調(diào)方波發(fā)生器產(chǎn)生基準的方波信號，根據(jù)電網(wǎng)頻率將其頻率范圍確定為45～55 Hz之間。計數(shù)器在發(fā)射裝置啟動后自檢計數(shù)，自檢結(jié)束后，發(fā)送裝置啟動會將具有相位信息的調(diào)制信號發(fā)送給接收裝置。驅(qū)動模塊則主要是在驅(qū)動發(fā)光管和蜂鳴器中使用，也就是產(chǎn)業(yè)聲光信號。在信號自檢時，蜂鳴器會連續(xù)鳴叫，這時所有的發(fā)光管同時閃爍，而閃爍的次數(shù)則由計數(shù)器進行統(tǒng)一控制[4]。在自檢結(jié)束之后蜂鳴器停止鳴叫，這時只有一只發(fā)光管燈亮，則說明高壓線路有電流存在，發(fā)送裝置處于工作狀態(tài)中，正在對信號進行發(fā)送。

2.2　接收裝置設(shè)計

接收裝置的主要組成部分包括窗口比較器、接收模塊、信號采集處理電路、接收天線、聲光信號電路、頻率可調(diào)方波發(fā)生器、驅(qū)動模塊等[5]。接收天線也是一種信號采集處理電路，在對相位進行測量時，發(fā)射裝置將含有初相角的相位信號進行調(diào)制發(fā)送給接收裝置。將初相角和接受模塊所接受的相位信號在窗口比較器進行相位比較，比較所得的差值就是兩條線路測量相位差。但電網(wǎng)頻率在運行過程中并不總是絕對標準的，基準頻率也不是和電網(wǎng)基準頻率相一致，因此所測量相位差存在一定的偏差，在所測量線路相位差之間小于10°時為同相，當線路相位差大于30°則為異相[6]。

接受模塊解調(diào)速度通常為433.90 MHz，工作頻率為450 MHz左右，接受信號靈敏度為-100 dBm，為確保使用效果達到最佳，接收天線長度通常為15 cm左右。在接收試驗中，如高壓線路電壓為10 kV，接受天線長度為15 cm，接收裝置和測試導線之間的距離為5 cm，在設(shè)定的距離范圍內(nèi)信號可以正常接收。而當高壓線路為30 kV時，接受天線長度15 cm，接收裝置和測試導線之間距離在1～20 cm范圍內(nèi)信號都可以正常接收，但接收裝置和測試線路之間相接觸的部分則不能正常接收信號。當接收天線長度減少為6 cm時，與測試線路相接處部分的信號則可以正常接收，因此實際接收天線長度通常取6 cm左右，使接收距離降低。

頻率可調(diào)方波發(fā)生器產(chǎn)生基準的方波信號，根據(jù)電網(wǎng)頻率將其頻率范圍確定為45～55 Hz之間[7]。驅(qū)動模塊驅(qū)動發(fā)光管和蜂鳴器，在核相時如果為同相，則蜂鳴器會發(fā)生連續(xù)鳴叫，這時所有的發(fā)光管會同時閃爍。如果核相為異相，則蜂鳴器會停止鳴叫，這時只有一只發(fā)光管燈亮，說明相位為異相，線路有電流流過。

3　結(jié)束語

高壓無線核相裝置是一種新型相位檢測方式，可以對10～35 kV的高壓線路進行安全核相，且使用較為方便。在核相過程中接收裝置與發(fā)送裝置之間無需采用導線進行連接，相位信息通過無線方式進行傳送，和有線檢測方式相比較而言，這種核相方式更加簡單、快捷，同時也減少了在對高壓線路核相時存在的危險因素。發(fā)送裝置和接收裝置均使用堿性電池為信號的接收和發(fā)送提供電力支持。兩個裝置之間的距離一般根據(jù)用戶的需求來進行明確，根據(jù)長期實踐經(jīng)驗來看距離通常為10 cm以上。而工作狀態(tài)的開啟和關(guān)閉無需再另設(shè)開關(guān)裝置。當測試裝置和導線之間相接觸后，統(tǒng)一采用電磁信號來對工作狀態(tài)進行控制。發(fā)送模塊和接收模塊都采用微功耗設(shè)計理念，實現(xiàn)節(jié)能。與此同時，接收裝置和發(fā)送裝置也可以作為高壓線路驗電器。

在設(shè)計高壓無線核相裝置的過程中主要采用放電管加去耦電容等措施，使電磁場干擾問題以及無線數(shù)據(jù)通信問題得到有效解決；同時采用窗口比較器和諧振電路使無線檢測相位采集問題得以解決。無線核相裝置在業(yè)界值得進一步研究和推廣，高壓線路電力參數(shù)測量與檢測采用無線檢測方式來實現(xiàn)，對高壓線路檢測工作來說具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]柳睿,章曉亮,宋琳,柯德源,等.一種低壓電纜核相裝置的研發(fā)[J].電氣應(yīng)用,2014, (18):71-76.

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[4]張金波,王俊,范梅榮,等.實用高壓電力線路無線核相儀的設(shè)計[J].電力自動化設(shè)備, 2005, 25(10):65-67.

[5]張金波,王宏華,李開霞,等.高壓電力線路相位無線檢測方法的研究與實現(xiàn)[J].儀器儀表學報, 2006, 27(11):1505-1508.

[6]姚庭鏡,曲鴻春,蔣冬,等.基于無線同步的智能二次核相儀設(shè)計[J].廣東科技,2015, 24 (18):31-33.