低壓相序相位儀及其檢測方法
2023-05-24 03:57:41 2
專利名稱：低壓相序相位儀及其檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種電力系統中用於在30 400V低壓情況下對三相電源相位進行核 對的低壓相序相位儀及其檢測方法。
背景技術：
隨著工業水平和生活水平的提高，用電負載日益增大，為了保證日常用電的可靠 供應，現在很多相鄰的供電系統進行合路供應，以保證在其中一個供電系統(如變電站)出 現故障的情況下，另一供電系統能夠繼續為其提供電壓。具體地是將一個變電站的三相電 源線與另一個變電站的相應相的三相電源線相連接，但是，在連接之前，需要對兩側的三相 電源線的對應相進行相位核對，即一側A相應與另一側的A相相位一致， 一側B相應與另一 側的B相相位一致， 一側C相應與另一側的C相相位一致，若相應線路相相位不一致而進行 合路連接，則容易造成變壓器短路事故。 目前進行相位核對的技術手段已經從直接核相法、濾波核相法過渡到了現今廣泛 採用的無線核相法。而其中的無線核相法，在低壓配電線路側，是通過核對同一側兩相電壓 差，再與另一側的兩相電壓差進行比較得到，由於是差值比較，對兩線路對應相的相位不能 確定相位差角度，因此，測量結果不能完全保證同相。而且，上述測量前期，需要先對單側電 源電路的相序進行判斷，其又需要使用另一套單獨功能儀器進行。因此，在複雜的現場環境 下，操作也極其不便。
發明內容
本發明目的就是為了克服上述不足而提供的一種能夠在線路帶電運行的狀態下， 通過有源線路的連接準確判斷低壓單電源線路的相序和雙電源線路的相位的裝置及其檢 測方法。 為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案為一種低壓相序相位儀，它包括兩 個發射器、與所述發射器無線連接的接收器，每個所述的發射器包括依次相電連接的分壓 電阻、A/D採樣電路、編碼電路、無線發射模塊，所述的接收器包括兩路相依次電連接的無線 接收模塊、解碼電路、與所述的兩路解碼電路輸出端相電連接的信號處理模塊、與所述的信 號處理模塊輸出端相連接的顯示電路； 當進行單電源線路的相序判斷時，其中一個發射器的分壓電阻一端與任一相電源 線路相連接另一端接地，所述發射器的分壓電阻、A/D採樣電路、編碼電路及無線發射模塊 之間形成通路，所述發射器將從分壓電阻上採集的相應相電源線路的電壓信息發射出去， 所述接收器對接收的信息進行運算處理並對相應相序進行顯示； 當進行雙電源線路的相位判斷時，所述的兩個發射器的分壓電阻的一端分別與 相應側電源線路的同一相線纜相連接，分壓電阻的另一端分別接地，兩個發射器將採集到 的信息相應地發射出去，接收器對接收的兩路信息進行運算處理以判斷兩相的相位是否一 致。
更進一步地，所述的發射器的A/D採樣電路與編碼電路之間還設置有濾波電路， 所述的濾波電路用於在編碼前濾除幹擾信號。 為了進一步地對電場、磁場的幹擾進行屏蔽，所述的發射器的線路板外密封地包 覆有一層或多層屏蔽銅材。 所述的多層屏蔽銅材之間填充有絕緣材料。 所述的接收器為手持式接收器，結構小巧，便於操作。 本發明還提供了一種低壓相序相位儀的檢測方法，其中，所述的信號處理模塊對 接收的信號進行相位判斷處理包括如下步驟
(a)、預設同相的兩信號最大偏差閾值； (b)、將從兩個發射器接收到的信號解碼後以其中一個基準信號，另一為比較信號 與該基準信號進行相似度對比，若兩者相似度小於閾值，則判斷兩相信號同相；
(c)、若兩者相似度大於閾值，將被比信號移位設定度數； (d)、將移位後的被比信號再次與基準信號比較，若相似度小於閾值，則輸出顯示
共移位的度數，即相差度數；否則進入步驟(c)。 進一步地，步驟(b)中兩對比信號為波形信號。 步驟(c)中，被比信號每次移位1度。 由於上述技術方案的運用，本發明有以下技術優點本發明相序相位儀在電力系 統正常運行的狀態下，將發射器的分壓電阻一端與待測線路相連接另一端接地，從而在線 路與發射器之間形成通路，接收器接收發射器發送的分壓電阻上的電壓信號，對電壓信號 進行處理從而可對單電源線路進行相序判斷；通過兩個發射器與兩側單電源線路的同一 相線纜相連接從而可實現對雙電源線路進行相位判斷，為雙電源線路各相是否一致提供參 考，以確保兩側電源是否可以合相，由於帶電進行相位核對是電力系統進行運行方式調整 的重要前提依據，本發明相位相序儀同時實現了對相序和相位的判斷，製成的設備小巧輕 便，便於操作人員安全檢測，其通過無線電信號來通信，使用範圍可以擴展到近20米，並且 可以穿過圍牆和隔板使用，使用起來比電壓表或有線核相器要簡單。而且其採用數位訊號 處理的方式使得該相序相位儀的測量精度更高、抗幹擾能力強、性能穩定，通過顯示電路進 行測量結果顯示，更為直觀，因此，具有較大的市場應用價值。
附圖1為本發明低壓相序相位儀應用示意圖；
附圖2為本發明低壓相序相位儀原理框圖； 附圖3為本發明低壓相序相位儀的發射器線路板屏蔽結構示意圖； 附圖4為本發明低壓相序相位儀的接收器進行相位處理的流程圖； 其中1、發射器；11、分壓電阻；12、 A/D採樣電路；13、編碼電路；14、無線發射模
塊；15、濾波電路； 1'、發射器；11'、分壓電阻；12'、 A/D採樣電路；13'、編碼電路；14'、無線發射模 塊；15'、濾波電路； 2、接收器；21、無線接收模塊；21'、無線接收模塊；22、解碼電路；22'、解碼電路； 23、信號處理模塊；24、顯示電路；
3、屏蔽銅材；4、絕緣材料；
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明的最佳實施方式作一介紹 如圖2所示的低壓相序相位儀，主要包括發射器和一手持接收器，其中，發射器為 兩個，兩個發射器的原理結構相同，具體地，發射器1包括依次相電連接的分壓電阻11、 A/ D採樣電路12、編碼電路13、無線發射模塊14，在使用時，通過A/D採樣電路12採集分壓電 阻11上的電壓信號，該電壓信號經編碼電路13進行編碼，最後由無線發射模塊14發射出 去。各功能模塊的具體電路可根據具體使用條件選擇公知的電路，在此對各具體電路不再 贅述。發射器l'包括依次相電連接的分壓電阻11'、A/D採樣電路12'、編碼電路13'、無線 發射模塊14'，在使用時，通過A/D採樣電路12'採集分壓電阻11'上的電壓信號，該電壓信 號經編碼電路13'進行編碼，最後由無線發射模塊14'發射出去。同樣，上述各功能模塊的 具體電路可根據具體使用條件選擇公知的電路，在此對各具體電路不再贅述。
由於在現場核定相過程中，幹擾信號有多種，來源和途徑亦各不相同。如通過線路 直接流入電力設備的電暈信號，相鄰設備、母線等的電場幹擾，其他電力設備內部的局放信 號，矽整流信號，電力系統內部的高頻保護和載波通訊信號，以及系統外的廣播通訊信號， 因此，在發射器1、1'的編碼電路13、13'進行相應的編碼之前，還加入有濾波電路15、15'， 濾波電路15、15'可採用高頻硬體濾波器及或軟體實現的數字濾波器實現。
接收器2主要包括兩與相應發射器的無線發射模塊14、14'相匹配的無線接收模 塊21、21'、與無線接收模塊21、21'輸出端相連接的解碼電路22、22'，所述的兩個解碼電路 22、22'的輸出端與一信號處理模塊23相電連接，信號處理模塊23的輸出端與一數字顯示 電路24相電連接，其中信號處理模塊23可採用Ti系列DSP晶片。以TMS320F28xx系列為 例，該晶片集成12位AD採樣模塊，採樣精度達到1/1024，單次採樣時間約10ns，任2個通道 的採樣相當於並行採樣，這樣由採樣時差引起的相角差可以忽略。結合150MHz主頻的CPU， 完全能保證運算後的電壓信號相角足夠精確。若採用片外AD採樣晶片，可以選用Ti公司 的TMS320C6xxx系列，其主頻可達300MHz，數位訊號處理能力更強。此外，為了進一步提高 精度還可以對雙路電壓信號交換採樣通道進行交叉採樣取平均值。 上述對本發明低壓相序相位儀的功能模塊進行了介紹，下面將對其工作過程說明 如下 如圖l所示，當需要檢測其中一路單電源線路的各相序時，將其中一發射器，如發 射器1的分壓電阻11 一端與一相線纜相接觸，分壓電阻11的另一端接地，從而，在電源正 常運行狀態下，該相線纜與發射器l之間形成通路，分壓電阻ll中有電流通過，從而在分壓 電阻11的另一端有電壓產生，A/D採樣電路12對電壓信號進行採樣後輸出，經過濾波電路 15濾除幹擾信號，編碼電路13對轉換後的電壓信號進行適於發射的編碼，由無線發射模塊 14發射出去，接收器2的無線接收模塊21無線接收到發射器1發射的信號後，經解碼電路 22解碼後的信號輸入至信號處理模塊23，信號處理模塊23將接收信號與基準信號相對比， 如預先設定基準信號為相位角是零度的正弦波，且該基準信號為A相，那麼當接收信號與 基準信號對比，兩者波形相吻合，則可判斷與發射器相連接的為A相；若接收信號與基準信 號對比，兩者波形在相位上滯後或超前120度，則可判斷與發射器相連接的為B相；若接收信號與基準信號對比，兩者波形在相位上滯後或超前240度，則可判斷與發射器相連接的 為C相，待確定單電源線路的一相的相序後，將發射器1斷開與該相的連接，同時將其與另 一相線纜相連，按照上述方式再判斷出此線纜的相序，當兩相線纜的相序判斷出來後，另一 線纜的相序也自然就得知了。 當需要進行雙電源線路的核相判斷時，首先按照上述的方式將兩單電源線路的各 相序判斷出來，然後將發射器1與第一路的A相線纜相連接，將發射器1'與第二路的A相線
纜相連接，同時兩發射器i、r接地，從而在各發射器i、r的分壓電阻ii、ir上分別有電 流流過，這樣，發射器i、r將分別採集的兩路電壓信號編碼後發射出去。接收器2接收上
述兩路信號，經相應的解碼後，解碼電路22、22'將相應信號一同發送至信號處理模塊23， 信號處理模塊23對接收的信號進行相位的判斷，具體判斷過程如下(圖4所示)
首先預設同相的兩信號的最大偏差閾值，該閾值可為經驗數值，然後將兩個接收 信號一個作為基準信號，另一作為比較信號，如設發射器1的發射信號為基準信號，發射器 1'的發射信號為比較信號，將比較信號與基準信號進行相似度對比，若兩者相似度小於閾 值，則判斷兩相信號同相，並輸出顯示； 若兩者相似度大於閾值，將比較信號進行移位，在本實施例中，移位的角度每次可 為1度，移位後對兩波形信號繼續比較，直至經一次或多次移位後的比較信號與基準信號 兩者相似度小於閾值，結束比較，輸出顯示移位的度數，直至兩者相似度小於閾值，結束比 較，輸出顯示移位的度數，即為雙電源線路同相的相位相差度數。需要說明的是，相似度可 根據需要設定為絕對值，這樣相差的度數也應為正數；也可為實際比較數值，如當被比信號 起點位於基準信號起點左側，相似度應為負數，若被比信號起點位於基準信號起點右側，相 似度應為正數，顯示電路可進行正負數值顯示，從而對兩者相位的判斷更加直觀。
按照上述方法對同相的兩路B相、C相可同樣進行相位判斷。 由於上述取樣靠電阻分壓產生，精度較高，幾乎沒有相位誤差，因此，測量結果較 精確。 為了方便操作，可在每個發射器1、1'的電阻連接端固定連接一金屬掛鈎，測量時， 通過將金屬掛鈎掛在相應的線路上即實現發射器與線路的有源連接。 上述已介紹到，為了消除幹擾信號，在發射器中採用濾波電路進行幹擾信號的濾 除，為了從源頭上抑制幹擾信號，可以對整套儀器系統進行電場、磁場屏蔽。具體地，對於電 場幹擾的屏蔽，主要靠反射損耗，因此採用具有高電導率的銅材。試驗表明，其屏蔽效能在 很寬的頻域範圍內可達到120dB以上。而對工頻磁場幹擾則採用高磁導率、低電導率的強 磁材料進行屏蔽。針對電力系統電磁幹擾的具體特點(工頻為主，高頻範圍寬)，在本發明 的相序相位儀的發射器上採用多層屏蔽結構，如圖3所示，其中心為實現發射器功能的印 刷板，在其外部包覆有兩層銅材屏蔽層3，在兩層屏蔽層3之間填充有絕緣材料4，從而達到 較好的屏蔽效果。 綜上，本發明相序相位儀可廣泛應用於電力系統中，其能對電源相位進行準確定 序和準確核對，尤其適合在30 400V低壓情況下使用。
權利要求
一種低壓相序相位儀，其特徵在於它包括兩個發射器(1、1』)、與所述發射器(1、1』)無線連接的接收器(2)，每個所述的發射器(1、1』)包括依次相電連接的分壓電阻(11、11』)、A/D採樣電路(12、12』)、編碼電路(13、13』)、無線發射模塊(14、14』)，所述的接收器(2)包括兩路相依次電連接的無線接收模塊(21、21』)、解碼電路(22、22』)、與所述的兩路解碼電路(22、22』)輸出端相電連接的信號處理模塊(23)、與所述的信號處理模塊(23)輸出端相連接的顯示電路(24)；當進行單電源線路的相序判斷時，其中一個發射器(1)的分壓電阻(11)一端與任一相電源線纜相連接另一端接地，所述發射器(1)的分壓電阻(11)、A/D採樣電路(12)、編碼電路(13)及無線發射模塊(14)之間形成通路，所述發射器(1)將從分壓電阻(11)上採集的相應相電源線路的電壓信息發射出去，所述接收器(2)對接收的信息進行運算處理並對相應相序進行顯示；當進行雙電源線路的相位判斷時，所述的兩個發射器(1、1』)的分壓電阻(11、11』)的一端分別與相應側電源線路的同一相線纜相連接，分壓電阻(11、11』)的另一端分別接地，兩個發射器(1、1』)將採集到的信息相應地發射出去，接收器(2)對接收的兩路信息進行運算處理以判斷兩相的相位是否一致。
2. 根據權利要求i所述的低壓相序相位儀，其特徵在於所述的發射器a、r)的a/d採樣電路(12、12')與編碼電路(12、12')之間還設置有濾波電路(15、15')，所述的濾波 電路(15、15')用於在編碼前濾除幹擾信號。
3. 根據權利要求i或2所述的低壓相序相位儀，其特徵在於所述的發射器a、r)的線路板外密封地包覆有一層或多層屏蔽銅材(3)。
4. 根據權利要求3所述的低壓相序相位儀，其特徵在於所述的多層屏蔽銅材(3)之 間填充有絕緣材料(4)。
5. 根據權利要求1或2或4所述的低壓相序相位儀，其特徵再與所述的發射器(1、 1')前端具有用於掛接在線纜上的金屬掛鈎。
6. 根據權利要求1或2或4所述的低壓相序相位儀，其特徵在於所述的接收器(2)為 手持式接收器。
7. —種根據權利要求1所述的低壓相序相位儀的檢測方法，其中，所述的信號處理模 塊(23)對接收的信號進行相位判斷處理包括如下步驟(a) 、預設同相的兩信號最大偏差閾值；(b) 、將從兩個發射器接收到的信號解碼後以其中一個基準信號，另一為比較信號與該 基準信號進行相似度對比，若兩者相似度小於閾值，則判斷兩相信號同相；(c) 、若兩者相似度大於閾值，將被比信號移位設定度數；(d) 、將移位後的被比信號再次與基準信號比較，若相似度小於閾值，則輸出顯示共移 位的度數，即相差度數；否則進入步驟(c)。
8. 根據權利要求7所述的低壓相序相位儀的檢測方法，其特徵在於步驟(b)中兩對 比信號為波形信號。
9. 根據權利要求7或8所述的低壓相序相位儀的檢測方法，其特徵在於步驟(c)中， 被比信號每次移位l度。
全文摘要
本發明涉及一種低壓相序相位儀，它包括兩個發射器、與發射器無線連接的接收器，每個發射器包括分壓電阻、A/D採樣電路、編碼電路、無線發射模塊，接收器包括兩路無線接收模塊、解碼電路、與兩路解碼電路輸出端相電連接的信號處理模塊、與信號處理模塊輸出端相連接的顯示電路，在電力系統正常運行的狀態下，將發射器的分壓電阻一端與待測線路相連接另一端接地，從而在線路與發射器之間形成通路，接收器對接收的電壓信號進行處理從而可對單電源線路進行相序判斷；通過兩個發射器與兩側單電源線路的同一相線纜相連接從而可實現對雙電源線路進行相位判斷，以確保兩側電源是否可以合相，適合在30～400V低壓情況下使用。
文檔編號G01R25/00GK101788607SQ20091021527
公開日2010年7月28日 申請日期2009年12月28日 優先權日2009年12月28日
發明者周文華, 張曦, 徐青龍, 範建新 申請人:江蘇省電力公司蘇州供電公司;蘇州市華強電氣有限公司