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二次核相儀及核相方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種二次核相儀及核相方法，其中所述二次核相儀包括：低壓PT模塊組，A/D模塊，主控MCU模塊，人機(jī)交互模塊和電源模塊。在使用時(shí)，只需將6路待核電壓的線路接入對(duì)應(yīng)接口，送電后自動(dòng)開始核相，直到核相成功，中間無需人工干擾，因此核相操作簡單；另外，由于只需要采集一個(gè)周期20ms內(nèi)的電壓大小就可以正確核相，故整個(gè)核相過程需要等待的時(shí)間很短，大大提高了核相效率；最后，在現(xiàn)有人工核相的硬件條件下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意電壓等級(jí)的三相電相序的智能檢測，適用范圍廣。
【專利說明】二次核相儀及核相方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于三相電相序判斷，尤其是一種二次核相儀及核相方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 二次核相是電力系統(tǒng)維護(hù)人員經(jīng)常性的操作。在變壓器或者電壓互感器完成安裝 或大修后、變壓器或者電壓互感器變動(dòng)過內(nèi)外部接線或者接線組別后、電源線路或電纜接 線變動(dòng)或走向發(fā)生變化后、與合環(huán)或并列有關(guān)的二次回路檢修時(shí)改動(dòng)過等情形下，都必須 要進(jìn)行三相電路定相，即核相試驗(yàn)，以確保不同電源點(diǎn)提供的電源三相相序一致。核相試驗(yàn) 就是核實(shí)需要合環(huán)或并列的兩個(gè)電源系統(tǒng)（或者變壓器、電壓互感器）的相序是否一致、正 確。
[0003] 對(duì)于380V系統(tǒng)，一般用萬用表進(jìn)行定相；對(duì)于10-35KV中性點(diǎn)非接地系統(tǒng)，一般用 專用高壓定相桿進(jìn)行定相；對(duì)于ll〇kv及以上中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，一般都采用二次核相 方法來判斷相位是否正確。
[0004] 目前的二次核相普遍采用的是現(xiàn)場人工判別的方法，即需要人工掛線、測量兩個(gè) 系統(tǒng)的電壓的大小、相位，然后做出相位是否一致的判斷，其存在以下問題：
[0005] 核相過程需要開工作票，做安全措施，需要配合運(yùn)行人員操作，因此等待時(shí)間很 長，大大降低了繼保班的工作效率；如果發(fā)生錯(cuò)相，待一次調(diào)整相位后再次進(jìn)行二次定相， 所需等待時(shí)間久更長，而且對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)要求比較高；人工定相過程中，多種因素導(dǎo)致 存在錯(cuò)誤的可能性，一旦二次定相錯(cuò)誤，將會(huì)對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)造成重大損失和影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：提供一種二次核相儀及核相方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。
[0007] 技術(shù)方案：一種二次核相儀，包括：
[0008] 低壓PT模塊組，將待核的電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換為A/D轉(zhuǎn)換模塊允許接入的電壓等級(jí)之 內(nèi)；
[0009] A/D模塊，與所述低壓PT模塊組連接，完成電壓信號(hào)由模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)化，為 主控MCU模塊提供數(shù)字量表示的待測電壓；
[0010] 主控MCU模塊，用于計(jì)算核相參數(shù)、判斷核相邏輯，以及處理核相結(jié)果；
[0011] 人機(jī)交互模塊，使用觸摸顯示屏，與主控MCU模塊連接，用于接收輸入的儀器關(guān)鍵 參數(shù)并保存、啟動(dòng)核相的信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示儀器運(yùn)行狀態(tài)、各電壓大小以及故障解決方案；
[0012] 電源模塊，為上述各模塊供電。
[0013] 所述電源模塊采用雙電源供電模式：在較高電壓等級(jí)或較低電壓等級(jí)情況下，系 統(tǒng)通過電池供電；在380V系統(tǒng)中，電源模塊可以從接入該儀器的六相電源線中取任一相， 變壓整流穩(wěn)壓后為該儀器的其他模塊供電。
[0014] 采用上述二次核相儀進(jìn)行核相的方法，包括如下步驟：
[0015] S1、接線、通電并初始化各個(gè)功能模塊，系統(tǒng)進(jìn)行自身檢測，保證通訊、輸入設(shè)置可 以正常工作；
[0016] S2、接收用戶設(shè)置的核相參數(shù)，包括：核相精度、同相電壓差值上限、非同相電壓差 值下限、非同相電壓差值上限、待核電壓標(biāo)稱值、待核電壓標(biāo)稱值下限，以及待核電壓標(biāo)稱 值上限；
[0017] S3、采樣并計(jì)算如下參數(shù)：A相電壓UA、B相電壓UB、C相電壓Uc、I相電壓仏、II相 電壓Un、III相電壓Um、A相與I相之間線電壓Uai、A相與II相之間線電壓U aii、A相與III 相之間線電壓υΑΠΙ、B相與I相之間線電壓UBI、B相與II相之間線電壓UBII、B相與III相 之間線電壓UBIII、C相與I相之間線電壓Ua、C相與II相之間線電壓υαι，以及C相與III 相之間線電壓υαπ;
[0018] S4、相電壓故障排除：根據(jù)用戶設(shè)置的待核電壓標(biāo)稱值上限及下限，對(duì)于6個(gè)相電 壓 U"i = A、B、C、I、II、III):
[0019] 當(dāng)它們都滿足Ubasel彡Ui彡Ub_2時(shí)，轉(zhuǎn)到步驟S5 ;否則，輸出故障排除意見至觸摸 顯示屏，等待通過觸摸顯示屏輸入的指令；故障排除后，根據(jù)接收到的繼續(xù)核相指令返回， 執(zhí)行步驟S1 ;
[0020] S5、確定待核兩側(cè)電壓的頻率差：計(jì)算A相電壓頻率fA，I相電壓頻率fp A相與I 相電壓頻率差Λ f，輸出以上3個(gè)參數(shù)到觸摸顯示屏，如果頻率差小于預(yù)設(shè)值，則執(zhí)行下一 步，反之提示故障，采用同樣的方法確定B相和C相的頻率是否符合要求；
[0021] S6、相位核定：當(dāng)待核兩端電壓頻率一致、相位差足夠小時(shí)，且滿足條 件f 心,2時(shí)，即認(rèn)為=?/ΛΛ，輸出核相結(jié)果及解決方案至觸摸顯示 屏；如果接線有誤，通過觸摸顯示屏顯示錯(cuò)誤，并執(zhí)行步驟S1再次核相；如果核相完全正 確，核相結(jié)束，其中，Xp X2 = a, Β，C y2 = I，II，III。
[0022] 有益效果：在使用時(shí)，只需將6路待核電壓線路接入對(duì)應(yīng)接口，送電后自動(dòng)開始核 相，直到核相成功，中間無需人工干擾，因此核相操作簡單；另外，由于只需要采集一個(gè)周期 20ms內(nèi)的電壓大小就可以正確核相，故整個(gè)核相過程需要等待的時(shí)間很短，大大提高了核 相效率；最后，可實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有人工核相的硬件條件下，對(duì)任意電壓等級(jí)的三相電相序的智能 檢測，適用范圍廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的核相原理圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0025] 圖3是本發(fā)明的核相過程示意圖。
[0026] 圖4是本發(fā)明核相方法的整體流程圖。
[0027] 圖5是本發(fā)明的核相處理方案圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括默認(rèn)相序三相電壓接線口和待核的三相接線口、觸 摸顯示屏、儀器保護(hù)外殼。其中，I、II、III為待核的三相接線口，即相序未知的三相；A、B、 C為待并的三相接線口，即相序已知或者可設(shè)為已知的三相接線口；人機(jī)交互接口即觸摸 顯示屏，可直接手觸輸入更改儀器的關(guān)鍵參數(shù)并保存、手觸選擇開始啟動(dòng)核相等，同時(shí)可以 實(shí)時(shí)顯示儀器運(yùn)行狀態(tài)、各電壓大小以及最后的解決方案。
[0029] 如圖2所示的內(nèi)部原理圖，主要包括5大功能模塊：低壓PT模塊組、A/D模塊、MCU 主控模塊、人機(jī)交互模塊和電源模塊。
[0030] 其中，低壓PT模塊組，即二次側(cè)為規(guī)定低壓的電壓互感器，用于電壓等級(jí)的轉(zhuǎn)換， 將待核的電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換為A/D轉(zhuǎn)換模塊允許接入的電壓等級(jí)之內(nèi)。依據(jù)該儀器的設(shè)計(jì)要 求，選用6個(gè)380V/5V規(guī)格型的低壓PT，380V可以直接接入該儀器，而更高的電壓等級(jí)經(jīng)過 配備的PT二次側(cè)標(biāo)準(zhǔn)100V后直接接入該儀器，故該儀器能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有人工核相的硬件 條件下，對(duì)任意電壓等級(jí)的三相電的相序智能檢測。6個(gè)低壓PT模塊構(gòu)成低壓PT模塊組， 分別將待核的三相和待并的三相共六組電壓同時(shí)轉(zhuǎn)換成規(guī)定低壓，其中低壓PT的一次側(cè) 接高壓待核線路，二次側(cè)接電壓A/D模塊輸入端。
[0031] A/D模塊，即模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)模塊，完成電壓信號(hào)由模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn) 化，為主控MCU模塊提供待測電壓大小的數(shù)字量表示。A/D模塊由專用轉(zhuǎn)換芯片及其輔助電 路構(gòu)成，接收來自低壓PT模塊組二次側(cè)的低壓模擬信號(hào)，輸出數(shù)字信號(hào)傳送給主控MCU模 塊。
[0032] 主控MCU模塊，內(nèi)置核相程序，所述核相程序是該發(fā)明專利的核心，完成核相參數(shù) 計(jì)算、核相邏輯判斷、核相結(jié)果處理等主要功能。亦有支持顯示、存儲(chǔ)等功能。
[0033] 人機(jī)交互接口，即觸摸顯示屏，可直接手觸輸入更改儀器的關(guān)鍵參數(shù)并保存、手觸 選擇開始啟動(dòng)核相等，同時(shí)可以實(shí)時(shí)顯示儀器運(yùn)行狀態(tài)、各電壓大小以及最后的解決方案。 [0034] 電源模塊，從接入該儀器的六相電源線中取任一相，變壓整流穩(wěn)壓后為該儀器的 其他模塊供電，無需另外單獨(dú)的電源供電，既減小了儀器體積，又解決了戶外單獨(dú)配置電源 比較麻煩的問題。
[0035] 主控MCU模塊參數(shù)計(jì)算和判斷的具體過程如下：
[0036] 首先該儀器能檢測到待核和帶并是否有缺相或其他故障。判斷依據(jù)為：若有一相 電壓大小為零或者低于其他對(duì)稱相電壓70%及以上，則為缺相故障或者其他嚴(yán)重故障，應(yīng) 當(dāng)及時(shí)斷電檢修。
[0037] 若無缺相故障，且認(rèn)為待并側(cè)三相相序?yàn)檎_相序，則待核側(cè)和待并側(cè)的相電壓 之間的差只有可能是圖5的6種情況之一，主控MCU模塊則根據(jù)采集到的六相的電壓信 息，進(jìn)行核相，核相步驟具體如下：
[0038] S1、初始化系統(tǒng)：系統(tǒng)開機(jī)之后，程序首先需初始化，并對(duì)系統(tǒng)自身檢測，確保通 訊、輸入設(shè)置等功能正常；
[0039] S2、接收核相參數(shù)：包括核相精度K(系統(tǒng)默認(rèn)值為1000)、Kxyl(系統(tǒng)默認(rèn)值為 0. 98)、Kxy2 (系統(tǒng)默認(rèn)值為1. 04)，同相電壓差值上限Usetl (系統(tǒng)默認(rèn)值為IV)，非同相電壓 差值下限Uset2 (系統(tǒng)默認(rèn)值為375V)，非同相電壓差值上限Uset3 (系統(tǒng)默認(rèn)值為415V)，待核 電壓標(biāo)稱值Ubase (系統(tǒng)默認(rèn)值為220V)，待核電壓標(biāo)稱值下限Ubasel (系統(tǒng)默認(rèn)值為250V)，待 核電壓標(biāo)稱值上限Ubase2(系統(tǒng)默認(rèn)值為200V);
[0040] S3、電壓采樣并進(jìn)行如下參數(shù)計(jì)算：A相電壓UA，B相電壓UB，C相電壓UC，I相電壓 Up II相電壓Un，III相電壓Uni，A相與I相之間線電壓UAI，A相與II相之間線電壓U AII， A相與III相之間線電壓UAIII，B相與I相之間線電壓Ubi，B相與II相之間線電壓心^相 與III相之間線電壓UBIII，C相與I相之間線電壓Ua，C相與II相之間線電壓υ αι，C相與 III相之間線電壓υαπ，A相電壓頻率fA，I相電壓頻率fp A相電壓頻率與I相電壓頻率差 Δ f ；
[0041] S4、相電壓故障排除：根據(jù)用戶設(shè)置的待核電壓標(biāo)稱值上限Ubase2及下限Ubasel，對(duì) 于6個(gè)相電壓Uji =A、B、C、I、II、III)，當(dāng)它們都滿足Ubasel彡仏彡隊(duì)_2時(shí)，執(zhí)行第5) 步，否則輸出故障排除意見至人機(jī)交互窗口，等待人機(jī)交互窗口輸入指令。核相人員排除故 障之后，輸入繼續(xù)核相指令。系統(tǒng)受到繼續(xù)核相指令后返回執(zhí)行S1 ;
[0042] S5、待核兩側(cè)電壓頻率差確定：計(jì)算A相電壓頻率fA，I相電壓頻率fp A相與I相 電壓頻率差Λ f，輸出以上3個(gè)參數(shù)到觸摸屏顯示模塊；
[0043] S6、相位核定：當(dāng)待核兩端電壓頻率一致、相位差足夠小時(shí)，9個(gè)相電壓Uxy(x = A， B，C ;y = I，II，III)滿足的等量關(guān)系必將是圖5所示6種等量關(guān)系的情況之一（考慮到 采樣路徑中及計(jì)算過程中可能存在的誤差，當(dāng)Run、R2.r2 (Xp x2 = A, B，C ;yi，丫2 = I，ii， III)滿足條件[Λτ1 時(shí)，即認(rèn)為=u。輸出核相結(jié)果及處理建議 至人機(jī)交互模塊，如果接線有誤，提示核相工作人員改正，并再次核相，執(zhí)行第1)步；如果 核相完全正確，核相結(jié)束。
[0044] 如圖4所示，本發(fā)明的核相方法如下：
[0045] 在保證待核三相和待并三相側(cè)斷路器均斷開斷電的情況下，分別將線接入該智能 核相儀的對(duì)應(yīng)接口，儀器默認(rèn)待核三相接入Ι、Π 、ΙΙΙ三相接口，待并三相接入A、B、C三相 接口。接線完畢后，兩側(cè)斷路器合閘通電，此時(shí)電源模塊開始工作，為其他各模塊提供工作 所需的電壓等級(jí)。
[0046] 主控MCU開始工作，進(jìn)入初始化階段。其中初始化的內(nèi)容有人機(jī)交互初始化和A/D 模塊初始化。初始化階段并未開始A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸。若需要修改關(guān)鍵參數(shù)，則由操作人 員在人機(jī)交互界面輸入更改，并確定保存。若按默認(rèn)狀態(tài)，則可以直接跳過參數(shù)修改，直接 選擇開始檢測相序。整個(gè)相序檢測過程全由主控MCU自動(dòng)檢測完成，過程如上文所述，中間 無需人工操作。由于只需檢測一個(gè)正弦周期20ms的電壓，檢測過程需要等待時(shí)間很短，檢 測完成后自動(dòng)在觸摸顯示屏顯示檢測的相序結(jié)果，并給出可視化的正確并網(wǎng)接線方案。結(jié) 束階段，必須在兩側(cè)斷路器分閘并確定安全后再拆線。
[0047] 在本發(fā)明中，為使核相精度進(jìn)一步提高，引入核相精度K，將同相電壓差值按比例 線性放大，放大后的同相電壓差值仍須小于等于非同相電壓差值。
[0048] 從上文可以看出：本發(fā)明操作簡單，操作人員只需將待核兩側(cè)的線路接入儀器的 對(duì)應(yīng)接口，送電后便會(huì)自動(dòng)開始核相，直到核相成功，中間無需人工干擾；核相快速準(zhǔn)確，只 需要采集一個(gè)周期20ms內(nèi)的電壓大小就可以準(zhǔn)確核相，故整個(gè)核相過程需要等待的時(shí)間 很短，大大提高了核相效率；能夠完全代替現(xiàn)有復(fù)雜、效率低且不安全的人工核相操作，并 可實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有人工核相的硬件條件下，對(duì)任意電壓等級(jí)的三相電相序的智能核相。
[0049] 以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中 的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這 些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0050] 另外需要說明的是，在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛 盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可 能的組合方式不再另行說明。
【權(quán)利要求】
1. 一種二次核相儀，其特征在于，包括： 低壓P T模塊組，將待核的電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換為A/D轉(zhuǎn)換模塊允許接入的電壓等級(jí)之內(nèi)； A/Ο模塊，與所述低壓P T模塊組連接，完成電壓信號(hào)由模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)化，為主控 M C U模塊提供數(shù)字量表示的待測電壓； 主控M C U模塊，用于計(jì)算核相參數(shù)、判斷核相邏輯，以及處理核相結(jié)果； 人機(jī)交互模塊，使用觸摸顯示屏，與主控M C U模塊連接，用于接收輸入的儀器關(guān)鍵參數(shù) 并保存、啟動(dòng)核相的信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示儀器運(yùn)行狀態(tài)、各電壓大小以及故障解決方案； 電源模塊，為上述各模塊供電。
2. 如權(quán)利要求1所述的二次核相儀，其特征在于，所述電源模塊采用雙電源供電模式： 在高電壓等級(jí)或低電壓等級(jí)情況下，系統(tǒng)通過電池供電；在380V系統(tǒng)中，電源模塊可以從 接入該儀器的六相電源線中取任一相，變壓整流穩(wěn)壓后為該儀器的其他模塊供電。
3. -種采用權(quán)利要求1或2所述的二次核相儀進(jìn)行核相的方法，其特征在于，包括如下 步驟： 51、 接線、通電并初始化各個(gè)功能模塊，系統(tǒng)進(jìn)行自身檢測，保證通訊、輸入設(shè)置可以正 常工作； 52、 接收用戶設(shè)置的核相參數(shù)，包括：核相精度、同相電壓差值上限、非同相電壓差值下 限、非同相電壓差值上限、待核電壓標(biāo)稱值、待核電壓標(biāo)稱值下限，以及待核電壓標(biāo)稱值上 限； 53、 采樣并計(jì)算如下參數(shù)：Α相電壓UA、Β相電壓UB、C相電壓U。、I相電壓Up II相電 壓Un、III相電壓Uni、A相與I相之間線電壓Uai、A相與η相之間線電壓U aii、A相與ΠΙ相 之間線電壓UAIII、Β相與I相之間線電壓UBI、Β相與π相之間線電壓U BII、Β相與ΠΙ相之間 線電壓UBIII、C相與I相之間線電壓Ua、C相與π相之間線電壓υ αι，以及C相與ΠΙ相之間 線電壓ucm; 54、 相電壓故障排除：根據(jù)用戶設(shè)置的待核電壓標(biāo)稱值上限及下限，對(duì)于6個(gè)相電壓 Uji = A、B、C、I、TT、III): 當(dāng)它們都滿足Ubasel < U , < Ub_2時(shí)，轉(zhuǎn)到步驟S5 ;否則，輸出故障排除意見至觸摸顯 示屏，等待通過觸摸顯示屏輸入的指令；故障排除后，根據(jù)接收到的繼續(xù)核相指令返回，執(zhí) 行步驟S1 ; 55、 確定待核兩側(cè)電壓的頻率差：計(jì)算A相電壓頻率fA，I相電壓頻率fp A相與I相電 壓頻率差Λ f，輸出以上3個(gè)參數(shù)到觸摸顯示屏，如果頻率差小于預(yù)設(shè)值，則執(zhí)行下一步，反 之提示故障，采用同樣的方法確定B相和C相的頻率是否符合要求； 56、 相位核定：當(dāng)待核兩端電壓頻率一致、相位差足夠小時(shí)，且UxlylUx2y2滿足條件 Kxyl彡|Uxlyl-Ux2y2| < Kxy2時(shí)，即認(rèn)為Uxlyl = Ux2y2，輸出核相結(jié)果及解決方案至觸摸顯示屏； 如果接線有誤，通過觸摸顯示屏顯示錯(cuò)誤，并執(zhí)行步驟S1再次核相；如果核相完全正確，核 相結(jié)束，其中，X" x2 = A, B，C $，y2 = I，II，III。
4. 如權(quán)利要求3所述的核相方法，其特征在于，還包括： 步驟SO、檢測是否有缺相或其他故障：若有一相電壓大小為零或者低于其他對(duì)稱相電 壓70%及以上，則為缺相故障或者其他嚴(yán)重故障。
【文檔編號(hào)】G01R29/18GK104062513SQ201410214362
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】湯奕, 譚光慧, 譚敏剛, 申振 申請(qǐng)人:東南大學(xué)