基于戶內環網柜智能核相方法研究

楊平禮 任明遠 李春華 李強仁 陳振勇

摘 要：環網柜在配電網絡體系中發揮著重要的作用。戶內環網柜智能核相方法的應用，可以在提升戶內環網柜智能化水平的基礎上，為整體配網性能的優化提供保障。文章從智能化環網柜系統的整體結構設計與功能優勢入手，對基于戶內環網柜的智能核相方法進行了探究。

關鍵詞：戶內環網柜；智能核相方法；相位檢測方法

中圖分類號：TM72 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0126-02

Abstract： Ring cabinets play an important role in the distribution network system. The application of intelligent phase checking method of indoor ring network cabinet can provide guarantee for the optimization of overall distribution network performance on the basis of raising the intelligent level of indoor ring network cabinet. Starting with the overall structural design and functional advantages of the intelligent ring network cabinet system， this paper probes into the intelligent phase checking method based on the indoor ring network cabinet.

Keywords： indoor ring network cabinet； intelligent phase checking method； phase detection method

環網柜在電力系統法術配電及電能消耗中發揮著開斷、關合線路，監測運行電量數據的功能。它可以在利用網絡機制實施自動化運作的基礎上，為供電部門的遠程智能化指揮管理提供保障，進而發揮出提升供電管理效率與供電管理質量的作用。隨著配電網絡系統整體負荷壓力的增加，傳統環網柜系統已經難以滿足電網系統的實際需求，智能化環網柜系統在電網系統中的應用，已經成為了電力系統運行可靠性的保障因素。

1 智能化環網柜系統的整體結構設計與功能優勢

1.1 智能化環網柜系統的整體結構設計

環網柜具有密封性能強、絕緣性能良好和后期保養簡單的優勢[1]。它可以為配電網系統的正常運行提供保障。一般情況下，智能化環網柜系統主要包含有以下內容：一是環網柜系統的控制模塊；二是環網柜的電源自供操作系統；三是環網柜系統的臭氧絕緣監測設備；四是環網柜的無源閉鎖裝置。出于滿足環網柜系統的智能化需求，設計人員需要在為環網柜的基礎功能提供保障的基礎上，對各個模塊進行智能化創新。如在智能化環網柜系統的控制模塊設計方面，相關人員需要為戶內環網柜的遙信功能與遠程網絡通信功能等功能提供保障，精準化的遙信算法可以在消除智能控制模塊中的遙信抖動與通信誤動的基礎上，對系統狀態進行有效記錄，遙控功能可以為環網柜智能化遠程操作體系的正常運行提供保障。

1.2 智能化環網柜系統的功能優勢

智能化環網柜系統的功能優勢主要表現在以下方面：一是，技術指標方面；二是系統結構；三是環網柜系統的整體功能性。通過對環網柜系統的系統結構進行分析，智能化裝置與集成化裝置的應用，有助于配網系統開關站的集中式監控體系的構建，插箱式結構與緊湊結構的應用，也可以發揮出節約裝置空間的作用。在環網柜系統整體功能性方面，智能化環網柜系統可以為配網系統開關站集中式監控體系的構建提供支持，也可以讓系統閉鎖方式得到優化，故而智能化戶外環網柜在電力系統具有著較為廣闊的應用前景。

2 戶內環網柜的智能核相方式

2.1 戶內環網柜核相方式存在的問題

高壓柜內兩路或多路電纜進線的相位核對，是電力系統相關操作人員在開關站開閉所、戶內環網柜合環供電路時不可缺少的措施[2]。在核相工作開展過程中，相關人員會讓兩核向棒接觸高壓回路的導電體，并通過利用電壓表測量兩核相棒的二次電壓的方式，確定兩個高壓回路的對應相位。這種核相方式是利用核相棒直接從高壓回路提取信號的措施，在核相工作實施過程中，相關人員需要在解開高壓開關柜柜鎖的情況下開展核相作業，核相過程存在著違反操作規程的問題。核相期間出現的重大責任事故會嚴重影響人身安全和設備安全。在兩個高壓回路中接入具有相同支柱的絕緣子式傳感器的措施也是一種較為常用的核相措施。支柱絕緣子式傳感器可以將二次信號引至插座，相關人員可以將移動式核相器安裝于插座之上，并借助核相器內包含的交流指示器開展核相操作。根據這一核相措施的實施情況，核相器中應用有高電阻值的電壓表和氖燈。設備在核相工作開展過程中會表現出攜帶不便及易損壞的問題。除此以外，這一核相方式并不能在距離相對較遠的戶內環網柜核相工作開展過程中。根據戶內環網柜核相方式的應用現狀，戶內環網柜智能核相方式的應用，是促進戶內環網柜系統智能化水平提升的有效措施。

2.2 戶內環網柜的智能核相方法

根據智能控制技術的發展現狀，適用于戶內環網柜核相工作的核相方法主要包含有以下內容：一是，過零點檢測法；二是，Prony法；三是，相關分析法；四是，波形變換法；五是瞬時值法。以過零點檢測法為例，這一核相方法與兩個或多個同頻信號過零點的時差之間具有一定的聯系，在過零點檢測法應用于戶內環網柜核相領域以后，相關人員可以在計算兩個或多個同頻信號過零點的信號差的基礎上，將時間差轉變為相位差[3]。下圖所示的內容為過零點檢測法的應用效果圖。

根據圖中所反映的內容，S1和S2指代的內容為兩種同頻化的正弦信號；T1和T2可以被看作是兩種正弦信號相鄰的過零點時刻，ΔT可以被看作是T1與T2之間的時間差。根據上述內容，相關人員可以借助信號采樣周期信號和時間差內的采樣點數等參數，將時間差轉化為相位差。在難以直接測取過零點的情況下，相關人員可以根據過零點附近的電壓正負變換特點，確定與2個正負電壓相鄰的采樣點，進而確定過零點的位置。Prony法是建立在譜分析技術基礎之上的信號處理技術，它可以在提取信號特征量的基礎上，對給定信號的頻率、幅值和相位等內容進行分析。相關分析法在戶內環網柜核相工作開展過程中，發揮出良好的噪聲抑制能力[4]。離散傅里葉變換法是瞬時值法的代表因素。在離散傅里葉變換法應用于戶內環網柜智能核相工作以后，相關人員可以在無需濾波的情況下，完成多個分量的計算。

2.3 戶內相位檢測方法的選擇

通過對不同的相位測量方式進行分析，過零點檢測法是易于實現的一種智能化核相方法；這種核相方法在實際應用過程中，可以表現出實時性強的特點，但是在被測信號出現一定波動的情況下，過零點檢測法的檢測結果會產生一定的誤差[5]。Prony法可以在低頻震蕩分析領域發揮自身的作用，但是在實際應用過程中也會出現抗干擾能力差的問題。根據戶內相位檢測工作的實際情況，這種檢測方式也可以在頻率估計及諧波分析等領域得到應用。相關分析法雖然具有噪聲抑制能力強的優勢，但是它對硬件設備的要求相對較高，在核相工作實施過程中，也會表現出缺乏實時性的問題。離散傅里葉變換法是一種較為理想的戶內相位檢測方式，這一檢測方式的濾波作用相對良好，其在實際應用過程中也可以表現出計算精準和計算速度快的優勢。

2.4 電力核相系統的軟硬件設計

根據智能控制的電力核相技術的發展現狀，嵌入式硬件是戶內環網柜智能核相工作中常用的一種核相系統。與之相關的嵌入式硬件多應用有32位主流架構。X86、ARM等微處理器是戶內環網柜智能核相系統中常用的硬件類型。以ARM處理器為例，此類處理器在實際應用過程中具有體積小、功耗低和低成本等優勢。它可以大量使用寄存器的基礎上，促進指令執行速度的提升。指令長度的固定化也是此類處理器的主要特點。

在電力核相系統軟硬件設計方面，智能化的電力核相系統主要由電力線、數據采集電路和嵌入式系統平臺等多部分內容構成。數據采集電路和嵌入式平臺電路可以被看作是系統之中的兩大核心線路。數據采集電路可以發揮出采集電力線信號模擬量的作用。根據戶內環網柜系統的實際特點，此類設備的核相以二次核相為主，故而電壓互感器的電路設計與整形電路需要滿足二次核相的實際需求。ADRAM存儲系統和FLASH存儲系統等系統也在嵌入使平臺的核心電路之中發揮著一定的作用。

在系統軟件平臺設計方面，Linux系統是戶內環網柜智能核相系統中的常用系統。與之相關的設備驅動程序需要滿足設備初始化、數據傳送（數據在內核與硬件之間的傳送）和數據讀取等功能。為提升智能核相系統的可操作性，系統設計者也可以將GoAhead服務器應用于系統的軟件平臺之中。B/S模式與Web服務之間的融合，可以為系統的電網遠程實時監控功能提供一定的保障。在系統允許的情況下，設計者也可以通過諧波分析和功率分析等方式，增加監控信息。

3 結束語

戶內環網柜傳統核相工作具有一定的復雜性。基于智能控制的電力核相系統的應用，是提升戶內環網柜智能化管理水平，提升核相工作安全性的可行措施。根據戶內環網柜的實際特點，離散傅里葉轉換法可以為核相結果的精度與準確度提供保障。嵌入式linux實時操作系統設計可以為系統的嵌入式特性提供保障。在戶內環網柜智能核相方法應用于核相工作以后，相關人員也可以借助和核相系統，對電網系統進行實時監控。

參考文獻：

[1]吳良云，韓云，陳友強.12kV固體絕緣環網柜的研究與發展現狀[J].電氣技術，2017（06）：8-12.

[2]莊世寧.環網柜狀態監測與故障告警系統的設計與實現探討[J].通訊世界，2015（21）：136-137.

[3]解蕾，姚建歆，李烽，等.基于超級電容的智能環網柜電源自供操作系統的設計[J].華東電力，2014，42（12）：2604-2606.

[4]崔雪寧.環網柜在配電系統中統一化的探討[J].河南電力，2013（04）：34-36.

[5]劉建鋒，王守德，王大偉，等.基于IEC61850標準的環網柜在線狀態監測系統研究[J].電網與清潔能源，2016（12）：55-58.