云同步工频电压波形初相角对比系统的研究

温丽娜　吴　忠　蓝道林　巫水萍

（1. 鞍山恒泰电气有限公司 2. 国网浙江省电力公司衢州供电公司）

云同步工频电压波形初相角对比系统的研究

温丽娜1吴忠2蓝道林2巫水萍2

（1. 鞍山恒泰电气有限公司 2. 国网浙江省电力公司衢州供电公司）

本文介绍了云同步工频电压波形初相角对比设备的功能和组成，它由手持主机、六接触点采集器和六个矩阵天线等配件组成。此外，还对其设计思路和原理进行了详细的阐述。

初相角；比对；云同步

1　国内工频电压波形初相角对比技术研究水平的现状和发展趋势

在现阶段的合环并网过程中，确认电力电缆或架空线的相位、相序是一道必不可少的工序，这是因为许多线路或是由于日深年久，或是因为敷设时未严格按照相关的作业标准步骤进行工作而导致的相序牌丢失或错误，使得并网合环时难以判断相序、相位而无法进行并网合环；此外，普通的核相设备只能完成基本的相序相位测量，而无法完成相位标准的统一化，因为没有一个统一化的相位标准，这也导致了即使相序牌完好，也无法直接并网合环，还需要进一步的验证，所以，才导致每次施工时都需要进行电压波形初相角的比对，这样做不仅会因为反复的工作而降低并网合环的效率，也会使得现场的工作人员因长期反复地做同一样工作而产生懈怠的心理。

在当下，互联网技术的高速发展正在冲击着各行各业，许多传统产业因此发生了翻天覆地的变化，电力行业也在时代的大潮中发生了重要转折。2003的2月到3月之间，全美65位从事电力行业或进行相关研究的专家汇聚一堂，讨论传统电网存在的问题，并在会后，发表了一份报告——《“GRID 2030”A NATIONAL VISION FOR ELECTRICITY'S SECOND 100 YEARS》，还在这一份报告中提出了智能电网的概念，“一个完全自动化的电力传输网络，能够监视和控制每个用户和电网节点，保证从电厂到终端用户整个输配电过程中所有节点之间的信息和电能的双向流动。”智能电网的建设是一个巨大的历史性工程，也是电网的发展趋势，现如今基于互联网技术建设的各类测量或管理设备已成为电网日常生产、管理的生力军。

并网合环作为电网运行的一项基础性工作，对电网的安全、稳定运行有着不可忽视的影响，也是整个输配电过程中最为重要的节点之一，而并网合环的关键点之一便是电压波形初相角的比对，也就是核相，所以在智能电网的大潮下，核相系统的智能化已成为一种趋势，也许在今天只是将互联网与核相技术相结合，但是在未来，可能还会有更多的高新技术加入到核相中，为今后的智能电网建设建立更加坚固的基石。

2　云同步工频电压波形初相角对比系统的设计思路及技术路线

2.1云同步工频电压波形初相角对比系统的设计思路

云同步工频电压波形初相角对比技术包括一台服务器，一台基准校相终端和多个远程校相终端。具体的思路是：在某一电网或子电网的范围内设立一台校相服务器（即云服务器），该服务器通过高速宽带接入 Internet，服务器上运行我公司设计的专业应用软件，提供网络服务器和数据库服务器的功能。同时为每台服务器配备一台基准校相终端，该校相仪可以24h不间断地采集当地电网的A、B、C三相工频电压波形初相角的信息，以及GPS秒时间信息，然后将这些信息实时传输到服务器。如图1所示。

服务器有了这些信息，就可以确定在统一的时间里当地电网A、B、C三相的相角；并将这些信息存储到数据库中，便于用户查询。同时，服务器提供网络连接功能，远程校相终端可以通过TCP/IP方式同服务器建立连接，并将测量点采集到的相角信息连带采集时刻的GPS秒时间信息发送给服务器，服务器通过将该信息同基准校相终端采集到的在同一 GPS秒时间当地电网的A、B、C三相的工频电压波形初相角比对就可以确定远程测量点线路为A相、B相还是C相。服务器再将比对结果发回远程校相终端，这样测量点的工作人员就可以第一时间知道测量结果。

图1　云同步工频电压波形初相角对比系统的设计思路图

如果GPRS通讯或互联网通讯不正常，出现远程校相终端和服务器暂时无法连接的情况也不要紧，由于远程校相终端具有记录功能，可以将测量结果存储下来，在适当的时候再将校相仪同服务器建立 TCP连接，自动进行比对。万一出现远程校相终端同服务器无法建立TCP连接的情况，工作人员也可以通过任意一台连接互联网的电脑访问服务器的数据库，人工比对某一GPS时刻的电网的相角信息。

2.2云同步工频电压波形初相角对比系统的技术路线

云同步工频电压波形初相角对比系统的技术路线如图2所示。

图2　云同步工频电压波形初相角对比系统的技术路线图

3　云同步工频电压波形初相角对比系统的技术关键及原理说明

3.1云同步技术

云同步工频电压波形初相角对比系统借助于移动通讯网络和互联网这两大通讯平台在基准校相终端和远程校相终端进行数据交换，通讯采用TCP传输控制协议，这是一种非常可靠的传输层控制协议，它能够最大程度地保证数据的完整性。这样只要在远程校相终端接入网络的情况下，就可以通过网络自动稳定地互传数据，若比对后发现双方的工频电压波形初相角的角差在规定范围内，则可以确定相位。

3.2GPS时钟同步

在云同步工频电压波形初相角对比系统中，时钟的同步指的是基准校相终端和远程校相终端之间时间一致的过程。因为交流电的相位是在时刻变化的，所以，当进行工频电压波形初相角对比时，需要保证对比的数据是在同一时刻采集的，所以，在这里便用到了GPS时钟同步，因为通常它的误差会小于100ns。

3.3信号采集

在进行网络校相时，使用一个采集器进行采集，采集器的上面，是一个金属感应挂钩，只需要将采集器通过绝缘杆挂在架空线上即可。当有电压信号时，采集器会自动进入工作状态，进入工作状态后采集器会间隔一秒采集一次工频电压波形初相角信号，每次采集到信号后，首先都会通过滤波电路，先进行滤波的好处是可以避免干扰信号进一步放大，完成第一次的滤波后再进行信号的放大，信号放大后再完成一次滤波，将杂波干扰控制到最小。信号处理完成后，会通过2.4G无线传输模块将其传送给远程校相终端。

4　云同步工频电压波形初相角对比系统的特点

首先，云同步工频电压波形初相角对比系统是一套基于传统核相技术与互联网技术之上而研发的一款校相设备。与传统的校相不同，传统的校相是人为的校相，现场操作者的主观意识决定了校相的结果，在不同的时间、不同的地点、不同的操作人员可能最终的校相结果也各不相同；而云同步工频电压波形初相角对比系统在建设时，会在一固定地点安装一台作为今后校相标准的基准校相终端，这个终端会24小时不间断地采集工频电压波形初相角信号，并在修正后将此信号作为以后工频电压波形初相角对比的标准，每当现场进行校相时，通用采集器通过2.4G无线通讯模块将信号传输给手持主机，然后手持主机通过互联网将数据传输给基准校相终端，基准校相终端接收到信号后，可以将标准信号通过互联网传输给手持主机，并完成工频电压波形初相角对比。

5　云同步工频电压波形初相角对比系统的应用效果分析

工频电压波形初相角对比系统作为最新一代的核相设备，其成功应用不仅为电力电缆或架空线的校相核相提供了统一的标准，也为今后智能电网建立及发展提供更为有效的参考。

工频电压波形初相角对比系统以市为单位安装一台基准校相终端，基准校相终端运行后，可以统一当地的相位相色标识，使电网的并网、合环供电以及校相准确率得到根本性保证，从而提高了供电的可靠率，减少了停电时间和不必要的经济损失。

云同步工频电压波形初相角对比系统统一了电网系统的相色相位的标准。这样做，不仅为供电系统带来方便，减少了电能损耗，提高供电效率，还能够提供适应未来经济社会发展需要的优质电力服务。全面提升了电网的安全控制水平、经营管理水平和事件突发时的应急反应能力。云同步工频电压波形初相角对比技术的成功应用确保了人员的安全性以及供电可靠率。利用云同步技术，实现了远距离电力线之间的初相角差值的测量，突破了地域局限性，使电网安全控制水平、经营管理水平得到全面提升。有利于维护最广大人民的根本利益，促进社会和谐、稳定的发展。

6　结束语

云同步工频电压波形初相角对比技术确保供电系统的规范、安全、便捷，不再出现由于相位不同而对并网供电造成影响，确保用户用电正常、工业发展有序的进行，切实保障人民切身利益，维护社会稳定与和谐，树立供电系统在人民心中的良好形象。

［1］ United States Department of Energy Office of Electric Transmission and Distribution. "GRID 2030"A NATIONAL VISION FOR ELECTRICITY'S SECOND 100 YEARS［R］. USA： United States Department of Energy Office of Electric Transmission and Distribution，2003.

［2］ 张涛. 智能电网技术发展与应用［J］. 城市建设理论研究， 2014（9）.

［3］ 马志进. 配电网统一相色标识系统［J］. 农村电气化，2014（8）： 38-40.

（2015-08-10）