摘要：本文在相位伏安表的基础上，研制新的数字无线传输方式的模数转换装置，能够同步测量二次电压、电流及与另一个点的电压、电流及两个点之间的相位，解决现场试验工作中存在的试验电缆过长所引起的问题；同时还能够实现抗干扰高精度模数转换，装置必须要能够在严酷的电磁干扰现场，较宽的输入范围内实现保证精度的幅值和相位测量。带负荷测试时能够以统一的电压基准，分次多点测量，测量结果统一合成向量图，直接显示。
关键词：带负荷向量测试；无线电压基准；无线相位同步测量
一、变电站采取无线带负荷测试方法的原因
变电站新设备投运或者电流二次回路改动过的设备恢复送电时，需要进行带负荷向量测试，即测量三相负荷电流的有效值和相对于基准电压的相位并判断相序，以检测二次电流、电压回路的正确性，进而保证保护正确动作。在常规变电站的测试中，电压、电流模拟量都位于同一保护装置屏后，通过三相相位伏安表能够轻松完成，但是在智能变电站中，保护屏后不再有电压、电流的模拟量输入，电压的模拟量位于母线电压合并单元上，电流的模拟量位于各间隔合并单元上，两者相距数米甚至数十米，因此，带负荷向量的测试就是个相对有些难度的问题。在常规主变差动保护中也需要分别以高压电压为基准，同时测量高中低三侧电流的幅值和相位，从而对二次回路接线进行判别。
目前，国内主流数字相位伏安表均采用一个主机、多个输入的方式，仅适用于电压、电流模拟量同屏的传统变电站。对于远距离测相技术的研究要么是采用GPS信号同步，要么是采用专用同步脉冲线。采用GPS信号同步，硬件复杂，成本高；采用专用同步脉冲线要铺设专用电缆，不方便使用。因此国内尚无一种方便快捷的适用于智能变电站，能够测量多个不同地点之间的信号的幅值和相位，进行带负荷向量测试，直接显示六角图的手持式仪表，国外也尚未见到同类产品。
二、工作原理与技术方案
无线带负荷向量测试仪设计方案包括包括一个电压基准和一个测量显示主机，电压基准和测量主机之间采用无线通信。该仪表的测量显示主机不但能独立工作，完成三相电压、三相电流信号各项电参数的测量计算；由于电压基准和测量主机各带有电源，之间为无线通信，发布同步指令，实现不同测量点基于与电压基准间的电压、电流的频率、幅值、相位等电参数的同步测量计算。并可以进行多次分开测量，将所有输入测量结果以指定测量基准统一在一个向量图中在显示器上直接显示，从而进行PT核相和带负荷向量测试。
图1
电压基准设计用于电压大小及相关电参数的测量。在一个测量周期内，可测出输入的电压的幅值、频率。可以通过无线通信与测量主机同步测量，可以通过蓝牙和USB实现与上位机和其他测量设备之间的数据传输。设计原则定位轻便易携带，测量简单快速，LCD显示、低功耗。
硬件设计的基本思路是将输入信号进行取样，经隔直放大后送入ADC进行采样转换，然后通过单片机对采样结果加以分析和处理，再将处理好的数据通过LCD屏幕显示出来，或者将结果通过蓝牙或USB传送给其他设备。根据这个思路得到硬件方案的模块框图1如下：
从图1中可以看出整个功率表主要由五个大的模块组成，分别是MCU、LCD、无线通信、采样电路和电源模块，小模块有USB、蓝牙、电压基准电路、充电电路等。电源模块是由电池供电，经由电源管理VBAT后输入给3.3V稳压电路再给其他模块供电。
测量显示主机，设计用于电压、电流大小及相关电参数的测量。设计6路输入（通道属性、量限可配置），三路电压输入通道相互绝缘隔离，三路电流采用钳形电流互感器输入，安全可靠。可在不断开被测电路的情况下同时测量1-3 路交流电压、1-3 路交流电流的幅值及其各量间的相位，测量单/三相有功功率、有功功率因数、无功功率、无功功率因数、频率等电参数。所有电力参数的计算均在一个测量周期内完成。
可以通过无线通信与测量主机同步测量，可实现各输入电力参数的测量，并以向量图或者表格方式显示于3.5寸高亮度TFT触摸屏。将测量结果或趋势图存储于TF卡，可上位机读出显示记录；可以通过蓝牙和USB实现与上位机和其他测量设备之间的数据传输。操作简单、使用方便、测量快速、稳定、结果可靠。
三、结束语
基于数字无线通信的智能变电站带负荷测试仪包括一个电压基准和一个测量显示主机，利用无线通信技术实现不同测量点基于同一电压基准间的电压、电流的频率、幅值、相位等电参数的同步测量计算，可以在不同电压等级侧进行多次分开测量，将所有测量结果以统一测量基准在一个向量图中在显示器上直接显示，从而进行PT核相和带负荷向量测试，解决了智能变电站不在同一位置的电压电流之间测相难题，也适用于传统变电站。
参考文献：
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[2]林冶等智能变电站二次系统原理与现场实用技术[M]北京中国电力出版社2016年9月
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论文作者:郭佳欢1,王海滨2,熊天禄1,王贺1,张杰1,高腾
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/14
标签：测量论文; 电压论文; 相位论文; 向量论文; 电流论文; 基准论文; 变电站论文; 《电力设备》2018年第27期论文;