（国网孝感供电公司 湖北孝感市 432100）
State Grid Xiaogan Power Company，Hubei Xiaogan 432100
摘要：在新建、改建、扩建及电缆改接等电力工程中，如遇电网相位变动，设备第一次送电时需进行核相。目前核相的主要方式是利用核相棒在待核相高压母线两侧直接进行核相，此传统核相方式由于核相时存在要解开软连接和反复停送电，不仅费时，而且操作人员存在触电的风险。本文设计一种高压开关柜低压核相装置，本装置以单片机为核心，利用高压传感器采集电压相位信息，通过独特的上升沿触发采集算法，实现了在开关柜内的核相。
关键词：高压开关柜；低压核相；核相装置
引言
随着电力系统10 kV配网不断完善，环网形式的增多，新建及扩建的10 kV配网线路的核相工作越来越多，也越来越突出。目前对10 kV配网线路的核相都是采用一次侧核相，这就往往使得在启动送电操作中增加操作的工作量，甚至人为地扩大了停电范围。
1传统核相工作存在的问题
目前传统的核相方式主要是在主变与开关柜连接处进行核相。此方式需运维人员反复进行停送电操作，同时检修人员需进行登高作业，需反复拆除和恢复软连接，整个核相过程繁琐且时间长。随着10kV配网不断完善，环网形式的普及，新建及扩建10kV配网线路的核相工作越来越多，利用核相棒在高压母线上核相太过费时费力。
除了目前采用的母联桥处进行核相，开关柜内也存在一处天然断开点。若在开关柜内进行核相，只需要在开关柜上下触头处对两侧相位进行比对，省去反复停送电的时间。但若采用目前的核相装置，需专人用专门的工具将金属活门打开，在开关柜金属活门上下触头处核相。这种方法存在几点问题：①开关柜内核相需带电开启后柜门，违反安全作业规程。②在开启开关柜内部挡板需占用2人，而开关柜附近往往空间狭小，人员多会给核相工作造成不便。③核相时核相棒存在滑脱的危险，一旦滑脱会造成安全距离不足，有造成接地短路故障的隐患，危害电网、人身、设备安全。
为了适应日益增长的核相需求，解决传统核相装置在开关柜内核相所存在的操作不便以及安全隐患，本文设计一种新型高压开关柜低压核相装置。本装置依据相位差检测原理，对比开关柜两侧相位信号，得到相位是否正确的结果。
2高压开关柜低压核相装置的设计
2.1装置的核相原理
本装置利用电容传感器采集相位信号，发送至信号处理电路，利用过零检测法判断所测高压线路是否为同相，最后经显示部分输出核相结果，原理流程图如图1所示。
图1 装置原理流程图
《DL/T 971-2005 中华人民共和国电力行业标准》中规定：
核相仪所指示的不正确相位关系角误差不应超过士10"。核相仪应清晰地指示不正确的相位关系。所需的相位角误差由不正确相位关系所给出的指示也取决于电网的情况。
根据上述原理，本文设计了高压开关柜低压核相装置，该核相装置的具体电路设计。信号1和信号2是相位差为Φ的两个同频信号，将某一信号反相再与另外一信号进行与操作即可得到相位差信号，该相位差信号再通过积分回路进入比较器，即可输出核相结果。
2.2高压开关柜低压核相装置的总体结构
高压开关柜低压核相装置由信号采集模块、通讯模块、信号分析处理单元、显示部分和电源模块五部分构成，原理框图如图2所示。
利用高压传感器，采集两路电压信号，通过电压过零测量比较回路测量两路电压的幅值、波形、频率，对两路电压的幅值及相位进行比较，最终通过通信模块和显示装置配合显示测量结论，通过高分辨率LCD显示电压向量关系、相位角、相位相序是否一致等信息，同时进行语音播放测试结果，可输出接点，闭锁断路器或隔离开关，并可实现远方通信。
图2 高压开关柜低压核相装置原理框图
2.2.1信号采集模块的设计
经调查，高压开关柜内有三组高压传感器，可以将高压母线的电压信号经由传感器内的高压电容转换为小电流信号，再将高压信息传输到带电显示装置进行电压信息的显示。
信号采集模块主要是将交流信号进行处理和转换，本装置利用带电显示装置的电容式高压传感器，采集输出端上具有相位关系、频率为工频的电压信号，通过限幅电路把具有相位关系的电压波形信号取出，并送到比较器整形。
2.2.2通讯模块的设计
通讯模块是设备用于信号传输的通道，进行声音、画面等资料的传输，目前的通讯模块主要有RS-232、RS-485两种。其中TD501D485隔离收发模块具有输入输出相互隔离、总线保护、抗干扰能力好、能同时连接32个节点的优点。因此选用TD501D485隔离收发模块作为本装置的通讯模块。
2.2.3信号分析处理单元的设计
本装置选择了能同时处理6路信号的STM32F103单片机作为信号分析处理单元。
2.2.4显示部分的设计
结合实际工作的需要，将启动界面、操作说明、带电显示与核相界面综合设计，操作面显示相位差范围为-180°~+180°，核相结果显示为“同相”、“异相”、“？”，通过红、绿、黄三种不同颜色进行提示：红色代表“异相”，绿色代表“同相”，黄色代表“线路故障”。
将合适的提示音录入语音芯片，当核相结果为同相时，播报“相位正确”；当核相结果为异相时，播报“请注意，相位错误”，具有触屏、语音提示及多界面切换功能。
2.2.5电源模块的设计
本装置采用LH10 系列AC/DC 电源作为装置的供电电源，其具有交直流两用、低功耗、高效率、高可靠性、安全隔离等优点。
3、总结
本文首先介绍了传统核相装置的诸多不足，随后提出了基于过零法进行相位检测，并对实际零部件进行选择设计，研制出了本高压开关柜低压核相装置。本高压开关柜低压核相装置具有实用、直观、可操作性强等特点，解决了开关柜核相难的问题，经过现场试验，效果优异。
参考文献：
[1]陈玉辉，裘青云，等.基于相位差式高压开关柜核相装置的研究与设计.华东电力
[2]严文杰，吴志杭，等.一种实用的新型单片机核相方式.科技展望.
论文作者:徐政,刘闯,杨国波
论文发表刊物:《河南电力》2019年4期
论文发表时间:2019/10/31
标签：开关柜论文; 装置论文; 相位论文; 高压论文; 信号论文; 低压论文; 相位差论文; 《河南电力》2019年4期论文;