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摘要：核相是输电线路转供电之前进行接地、断电及两侧相位一致性检测的必要步骤，而目前，随着10kV配网在电力系统中应用推广，环网的增加，新建或改建的10kV环网柜二次核相频率增加，这其中，可能会遭遇核相取孔异常问题，针对此，文章将结合核相的原理，融合双通道微型示波器，利用蓝牙/Wifi通讯方式，与智能终端设备相连，由此设计一种便携式的核相孔检测装置，便于运维人员实时监测二次核相孔的电压波形，确保供电安全。
关键词：核相孔；示波器；10kv环网柜；二次核相
引言
近年来，随着输配电网的改造，电力系统中的10kV配网的应用日渐深化，且为优化供电可靠性，多数进行了配网合环转供电工程改造，环网供电已经成为主流的供电模式，核相作为合环转供电操作中的重要环节，面临的10kV线路核相工作逐渐增多，传统的一次侧核相，线路倒闸操作繁杂且工作量大，会增加停电范围，且面对“一进多出”或“多进多出”的环网柜，增加了核相工作的复杂度，也影响配电线路的运行安全。而采用二次核相可有效规避上述问题，但是却面临核相孔取电异常，无法准确核相的问题，为攻克这一难题，设计一款可以实时检测核相孔运行状态的装置势在必行，而针对传统核相仪无法观测电压、电流、相位差等多参数，不能准确排查核相孔的问题，文章引入了一种广适性的双通道微型示波器，将采集的核相孔状态数据，并搭载Andriod系统的终端，观测、分析检测数据，以便及时进行运维管理。
1 10kV环网柜二次核相的原理
10kV环网供电模式的供电系统中，相与相之间存在一个存在不变的120°相位差，要实现两个或两个以上电网的并列运行，前提是确保电网的相位抑制，否则将无法实现电网的并列运行，甚至引致发供电设备的损害。但实践中，因为配电网限度和设备的相位并无法直接观测获取，需依赖于核相器测量10kV环网柜多路进、出线之间的相位和压差，此即为核相操作，10kV环网柜本体自带的二次核相孔是实现核相操作的装置。
通常在以下情况下，需要进行核相：
（1）电网并行运行需求或电源、电缆线路接线改动或方向变动后，投运之前；
（2）电源系统或设备完成运维或改造之后，投之前；
（3）新建、扩建配电系统或更换、大修变压器变压器、电压互感器设备后，为确定系统或设备符合相位排列要求，投运之前需进行核相。
10kV环网柜二次核相操作，目前，核相通常会选用450v或500v的交流电压表，进行相位检测信号的采集和显示，并依照图1的方法进行测量。
图1 10kV环网柜二次核相的原理
核相时首先将交流电压表第一端接入固定至“电源1”的一相，而另一端则分别对“电源2”的三相进行测试，而后，再将交流电压表的第一端接入固定在“电源1”的第二项，而另一端侧分别对“电源2”的三相进行测试，如此反复，进行9次，所得测试电压U≈0的两端表示相位一致，也即同相，测试电压U≈线电压的表示相位不一致，也即异相。
2 10kV环网柜二次核相孔异常问题
核相是合环转供电安全的基础和前提，目前，10 kV环网供电线路的核相通常会采用一次核相，但这将增加线路倒闸操作的工作量，给电缆线路带来安全隐患，并引致停电规模的扩展，而二次核相虽能保证一次相序、相位的准确、可靠性，却面临着核相孔取电异常问题，影响了正常的核相测试，根据实践经验，核相孔取电异常通常会因为取电电压低于核相仪启动电压，或是核相孔从一次取电后经过整流二次原件等原因形成，并引发如下核相异常问题：
（1）单侧电源二次核相异常
单侧电源送点值10kV环网柜，利用二次核相孔进行核相而发生异常时，也即出现与“同相电压差为0，异相电压差约为100V”条件不一致时，则预示着环网柜本体一次或二次接线错误，为此，需要重新检验接线正确与否，而后重核。
（2）异侧电源供电二次核相异常
异侧电源向环网柜的开关线路侧送电时，运用二次核相孔进行核相操作出现异常情况时，则表明两异侧电源异相，为此，可将其中一路进线作为基准，调相另一进线电缆，并在核相时测试当下的电压、线电压，而后，再结合所得结果勾画出对应的向量图，以对进线电缆进行针对性调相。
结束语
10kV配电系统中的环网供电模式，是将不同或同一变电所的不同母线的两回或多回馈线，彼此连接为一个环路进行供电，其弥补了单电源供电缺陷，可合理配置用电负荷，缩减供电半径。而为确保环网供电的安全，上述研究针对数字示波器体积大、不易携带的问题，将示波器与智能终端相融合，设计的一种基于移动APP配合蓝牙/Wifi通讯模块的移动示波器，作为二次核相孔检测装置，可更高效、便捷的进行核相孔数据采集和显示，为10kV 环网供电技术提供了应用支撑。
3.10kV环网柜二次核相孔检测装置设计
10KV环网柜自带的二次核相孔是针对两路电源在并列点的相位或相序进行检测的应用支撑，两路电源为同一用电设备供电时，相位或相序不同的交流电源并列或合环，将产生较大的电流损坏核相孔，造成取电异常，但目前，10kV环网柜二次核相孔尚未有专业的监测分析工具，通常，以10环网柜二次核相器自带的带电显示器用以检测、显示核相孔是否出现了异常取电问题，但是限于传统数字示波器体积大、不便移动性，无法满足二次核相孔复杂、多变的应用环境需求。为此，为解决上述问题，便于核相孔检测，实时显示、分析检测的电压波形，研究设计了一款便捷式的10kV环网柜二次核相孔检测装置，采用双通道微型示波器进行信号采集和波形显示，并利用蓝牙/Wifi将所得结果传输给Android智能终端设备，将其作为虚拟示波器，运维人员通过内置的APP检测软件便可实现实时在线的检测、分析和处理，由此，依托于智能终端设备的APP程序，构建一种基于虚拟示波器的可移动检测装置，框架如图1所示。
图2 基于智能终端的10Kv环网柜二次核相孔检测装置
双通道示波器检测信号采集模块：该模块是核相孔检测信号采集、波形存储、显示和分析的应用支撑，因双通道示波器可在两个不同的数据通道上各自寻址、读取数据，且两内存通道存在两个独立并行工作的、位宽为64bit的内存控制器，可使DDR内存达到128bit的位宽。研究选用低成本、高性能的Stu-02型双通道数字示波器，通过双通道采集10kV环网柜两个核相孔的电压信号，以便进行叠加分析，获取更精准的检测结果；同时，利用ADC模拟转换器将检测电压、电流、频率、相位差、调幅度等随时间变化的波形信号，转化为数字形式，并通过蓝牙或是Wifi无线将采集的检测信号传输给Andriod智能终端设备的APP应用程序，将移动终端变为虚拟示波器，由此，在智能终端设备上便可实时、便捷的观测二次核相孔的电压波形，及时发现取电异常问题，采取维护措施。
蓝牙/Wifi检测信号传输模块：因10kV环网供电模式应用范围广泛，二次核相孔检测环境各异，以往的蓝牙监测存在距离限制，故而，引入了Wifi无线传输形式，因嵌入式Wifi模块将无线射频芯片和MCU集成至电路板上，软硬件集成度高，简化了设计，满足了便携式的设计要求。为此，研究将采用集成无线射频芯片和微控制器STM32F205的EMW3162嵌入式Wifi模块，以其内置的Mxchip WNet网络软件库管理Wifi模块的MAC和TCP/IP协议栈，以便捷的构建无线网络通讯程序。
Android智能终端虚拟示波器模块：该模块是利用基于Andriod智能终端设备的APP软件程序，通过蓝牙/Wifi网络通信模块，向Stu-02型双通道数字示波器下发送检测命令，并将其采集的经过特定编码处理的10kV环网柜二次核相孔电压波形，进行相应分流缓存后，利用智能手机多程序并行处理和智能运算能力对双通道电压波形进行合成和处理；而后，利用智能终端设备APP内置的自动控制反馈节点，将分析处理后的二次核相孔异常监测的波形显示在智能手机屏幕上，便于运维人员进行直观、清晰的观测，进行高效、准确的运维管理，以实现二次核相孔的正常运行，确保10kV环网供电系统的供电安全。
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论文作者:周龙舟,阮家鑫
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/15
标签：示波器论文; 相位论文; 电压论文; 环网柜论文; 波形论文; 蓝牙论文; 电源论文; 《河南电力》2018年23期论文;