基于脉冲识别停电核相装置的应用开发

王辉 陈秋明 覃宗涛

（广西电网有限责任公司桂林供电局）

基于脉冲识别停电核相装置的应用开发

王辉 陈秋明 覃宗涛

（广西电网有限责任公司桂林供电局）

本文主要介绍基于脉冲识别原理拓展研发一款线路带电或者不带电情况下都可进行电缆核相的仪器设备，大幅提升其核相距离，适用于架空线路、电缆线路等停电线路和带电线路核相以及停电线路相别及接地故障校验。此外，文中还对这种核相仪的原理及特点进行了分析、说明。

停电核相；脉冲信号；卫星授时；DFT滤波器

0 引言

随着我国用电需求量的不断增加，电网规模不断扩增大，电网线路的维修及施工也与日俱增，施工线路并网前，不带电施工时会经过线路校验，但这种方法却不能保证施工完成后并网相位正确，只能并网后合上开关进行带电核相来测量并网是否正确[1]。一旦并网线路接错，既需重新请示停电，手续繁琐，又影响网内用户的正常生产和生活用电，最重要的是开关端需重新接线，造成人力及物力的浪费。

本文针对该技术瓶颈，经过科学论证并结合试验数据和理论基础，研发出基于脉冲识别技术对停电线路进行核相的装置，在停送电检修、合环并网中得到应用。该创新技术不但弥补了在停电核相方面的技术空缺，并且也避免了因为并网线路接错造成的不必要损失，减少了人力及物力的浪费，具有重大的经济和社会意义。

1 原理与设计

1.1 停电核相示意图

停电核相示意图见图1。

1.2 停电核相原理

如图1所示，这套核相装置包括：甲端信号采集器、发射钳、发射主机、接收钳、接收主机、乙端信号采集器。

为了论证脉冲信号测试的合理性，假设发射机所在的一端为甲端，接收机所在的一端为乙端。首先将发射钳卡在停电线路的某一条导线上，然后连接发射机，当甲端的信号采集器采集到电压相位过零点信息时，会将发送一个信号给发射机，发射机此时通过发射钳发射一个单极性的脉冲信号作用到待测的停电线路；接收机在乙端接收到信号后，会通知乙端采集器采集电压相位过零点信息，然后与接收到信号的时间做对比，如果发射机与接收机同一时间采集到过零点信息，则两端为同相，然后观察采集到的脉冲电流方向，如脉冲电流方向为正向，则可确认甲端的发射钳和乙端的接收钳放在同一条导线上从而对线缆进行核相识别。

1.3 脉冲电流的判定

发射机发送一个单极性电压脉冲信号，并将这一信号馈入要识别的架空线路某一条导线中，为保证有大的信号电流流过，导线另一端试验时进行了良好的接地。为了信号在接收端完整清晰用于采集分析，发射的信号电流必须只从待测导线中流过，判定极性一个明显的标准就是馈入导线中的信号脉冲电流的方向，而作为返回的信号电流可以从其他若干条导线中流过，它们的流径方向相反，所以极性相反。这个判别原理是发射的信号电流只流经一根导线、而实际返回信号电流则流经了多根导线，所以发射信号的那一条导线上的电流强度会远远大于其他导线。为了防止出现误差提高判定的严谨性，信号电流幅度也需要作为佐证判定。

图1 停电核相示意图

1.4 信号的发出技术和接收技术

脉冲信号的发出是利用发射钳的工作原理来实现的，发射钳能跟踪源端信号的频率和相位，并且发生的信号强度可调。发射钳通过电感耦合方式向停电电缆中注入交变电流。

发射钳的接法是将输出线绕在待测电缆的铅皮周围，耦合圈数为5～7圈。通过耦合线圈向电缆发射信号，电缆可视作一个电流互感器，电流互感器原理如图2所示。当电缆中产生感生电动势和感生电流，通过电缆向周围发射电磁波信号。电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量 ，二次侧不可开路。

图2 电流互感器原理图

接收信号通过接收钳来完成。接收钳的本质也是一个电流互感器，接收主机会在电路中串联一台放大器和低噪声滤波电路，测量时利用电流互感器夹住被测导线，当导线中有信号电流流过，就会产生磁场并在电流互感器的线圈中感应出电压，所感应出的电压极性是由信号电流方向和电流互感器线圈的方向共同决定。电流互感器线圈中感应出的电压在通过接收主机的采集分析在主机屏幕上显示出来。

1.5 信号检测分析技术

接收主机在检测到线路上的电流后，要进行滤波。滤波运算是信号处理中的基本运算，滤波器的设计也就相应成为数字信号处理的最基本问题之一。信号带有噪声或无用信号，滤波器的作用是将这些干扰成分滤除，也就是让特定频段的信号传递给核相系统，通过达到对信号筛选的效果，如图3所示。数字滤波器是按照程序计算信号，达到滤波的目的。通过对数字滤波器的存储器编写程序，就可以实现各种滤波功能。对数字滤波器来说，增加功能就是增加程序，不用增加元件，不受元件误差的影响，对低频信号的处理也不用增加芯片的体积。

图3 数字滤波器方框图

针对现有的技术，经过论证对信号滤波主要采用数字滤波技术中的DFT调制滤波器组，DFT调制滤波器组具备一个独特的优点：将信号的正负频率分开处理，故DFT调制滤波器组使用于处理复信号和构建二维方向滤波器组[5]。该滤波方法能够有效地控制系统的失真水平，而且可以根据实际要求调整目标函数中的加权参数折中分析和综合原形滤波器的阻带衰减以适应不同的应用问题[6]。进行滤波后，要对信号进行进一步地放大处理，然后对信号进行计算，提取或计算出相位及脉冲方向等信息，实现对脉冲信号的有效采集和运算。

1.6 GPS卫星授时技术

引入GPS卫星授时技术是系统的创新点，通过该技术，确保远程核相时采集精准的时间信息作为核相依据，为核相提供时间参考，降低核相的难度。GPS时钟是一种接受GPS卫星发射的低功率无线电信号，通过计算得出GPS时间的接收装置。为获得准确的GPS时间，GPS时钟必须先接受到至少4颗GPS卫星的信号，计算出自己所在的三维位置。在已经得出具体位置后，GPS时钟只要接受到1颗GPS卫星信号就能保证时钟的走时准确性。时钟同步误差: 如以中科院国家授时中心的地钟产品为例，其同步精度以参考码元前沿或起始相对于1PPS前沿的偏差计，分别达0.3μs和0.2ms。

在停电核相过程中，接收机分别在两端联络点进行核相，通常情况下，采集器每间隔5s向接收机发送一次相位信号，相位信号是通过过零检测法获取的，然后在两端联络点的工作人员通过电话通知对方，自己这一端接收机显示的相位和GPS提供的时间信息，相位差≤30°时，可判定联络点两端线路为同相[3]。整个核相过程不需要人员掌握专业指示，解决人员专业水平参差不齐、特殊区域测量数据困难的难题，通过卫星授时技术测量距离可以在500km以上，电压等级为0.38～220kV。不足之处：处于用电安全考虑，必须采用绝缘性可靠的绝缘杆对66kV以上电缆进行核相。

2 停电核相装置的应用开发分析

目前研究成果可以直接应用于电力系统架空线路，电缆线路等停电线路、带电线路的核相以及停电线路的参数校验。并申报国家专利和科技奖项，争取成为停电核相的行业标准，同时这个成果可以实现电网准时快速的供电，减少繁杂冗余的测试，实现面对对象、面对用户的构想，达到安全性的提升，在建设、检修故障中减少操作人员触电及其他意外伤害的可能，使电力系统安全得到保障，维护成本得到压缩，使停送电的工作效率得到进一步的提高[4]。同时针对网络化、信息大数据的特点，项目今后的研发主要方向是利用GPS卫星授时技术和互联网技术的工频线路定相系统应用，突破地域局限性，摆脱了以往电力核相设备只支持较近距离的两个电力系统核相的尴尬局面，使核相不受距离限制，使核相距离可以跨越省市。

3 结束语

基于脉冲识别的停电核相测试仪的使用确保不再出现因并网线路接错而对并网供电造成工业用电的设备反转、电气烧损影响生产，确保用户用电正常、工业生产有序地进行。经过本文的论证和试验证明是可靠的、科学的、有商业价值的成品仪器，该仪器一机多用，功能全面，突破传统核相模式，对停电和不停电的线路都能完成准确核相，节约了时间成本和直接经济成本。

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

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

[3]温丽娜,吴忠,蓝道林,等.云同步工频电压波形初相角对比系统的研究[J],电工文摘,2015(5):50-52.

[4]都文蔚.广义核相技术研究与其在浦东电网运行工作中的应用[J].电气工程,2013（2）.

[5] Shui Penglang.Image denoising using 2-d oversampled DFT modulated filter banks[J].IET image processing,2009,3(3):163-173.

[6]林英.过采样 DFT 滤波器组的一种简单设计方法[J].电子科技, 2006(9).

2017-09-13）