摘要：为了解决现有高压开关柜采用电压差法核相相序时，存在无法核相或核相存在误判的问题，提出研究和设计一种基于相位差法的高压开关柜二次核相仪，该核相仪利用不同两相之间的电压差作为是否同相，还是异相判据，使核相试验更加准确，不会产生误判，经实际测试使用完全满足高压开关柜核相试验要求。
关键词：相位差、高压开关柜、二次核相
0引 言
开关设备检修后，正常投运时为了防止进出线出现相序错误，导致供电电压相序混乱，必须对三相进出线电压进行相序核定，只有三相进出线相序一致才能进行合闸并网送电，而目前市场上的开关柜二次有线核相基本采用电压差法进行相序核定，通常同相电压差理论为零，异相电压差不为零，大约有几V到几十V的交流电压，若采用线路电压进行一次核相基本没有大的误差，但是若采用开关柜上的带电显示器电容分压获得的电压信号进行二次核相，经常会出现同相电压差不为零，导致无法核相，产生的主要原因是电容传感器的容量不同厂家容量不同，分压比不一至，导致电压参差不齐，这样给电压差法核相带来困难，为此本文提出一种基于相位差法的高压开关柜二次有线核相仪，该核相仪利用开关柜带电显示器上的核相孔从分压电容处获取线路电压相位信息，利用电压差进行核相，电压差小于10°即同相，电压差大于30°即异相，进而实现高压开关柜送电前的核相试验。
1相位检测方法的选择
目前相位检测方法很多，大致可分为模拟方法和数字方法两类，模拟方法是将两路信号过零点时间差转化成电压或者电流，从而计算出频率。采用模拟方法检测相位，需要一套专用的硬件电路，并且对相差信号的变化不敏感，精度较差。数字方法是直接用计数脉冲对相位差脉冲进行填充，然后计算计数脉冲个数，再取平均值求相位，因此，计数脉冲频率越高，测量精度越高。对于硬件可采用各种电仪表和机械式仪表，利用矢量法、相乘器法、二极管鉴别法及取样混频法等，还可利用计算机组成的测试系统等，实际应用中可以根据具体条件采用不同的方法，常用的几种方法有过零法、波形变换法、快速相位检测方法和相关分析法等。
对于快速相位检测方法其测量精度在很大程度上依赖于双极性锯齿波波形的选取，而双极性锯齿波的确定又反过来取决于输入正弦电压信号的峰值，而由于电网电压上存在着波动，实际上这个双极性锯齿波很不稳定将会极大地影响测量的精度，因此快速相位检测方法并不适应于本设计。
而对于相关分析法，虽然在理论上它是最佳选择，但实际上它的精度直接取决于信号的采样点数，这对正弦信号的模数转换提出了很高的要求，而另一方面，随着采样点数的增加，根据其算法复杂程度将随其成平方关系增长，这样，若采用相关分析法，那么对硬件以及软件的设计要求都将十分的严格，特别是如果想要再提高精度的话，还需要更加严格的硬件和更加复杂的程序，代价十分大。
因此，本文设计选择了一种过零法和波形变换法相结合的方法，将信号通过过零电路波形变换处理后变成矩形波，再将双路矩形波信号输入到对应的检测电路得出相位差脉冲信号，通过测出脉冲信号的占空比，即可得出相位差，占空比的检测类似于频率的检测，只需要测出矩形波的高电平宽度即可，此方法不仅硬件电路容易实现，而且软件算法简单易行。
过零法基本原理是通过计算两个或多个同频信号过零时间差，再将时间差转换为相位差，如图1所示。
图1过零法原理图
判断两个信号过零点时刻与的时间间隔，可以将时间差转化为相位差，信号采样周期为τ，n为两信号过零点时刻与间采样点数，信号周期为T。相位差的计算公式
为:P=2∏/T=2∏τn/T。
波形变换法考虑到电网电压由于非线性因素(如负荷)而出现的畸变，对信号需要进行滤波，以使其采样信号接近正弦波，然后通过波形变换成为矩形波，若将两个矩形波进行异或处理，则输出脉宽即对应相位差，如图2所示，测出脉冲的宽度，则可求出对应相位差。
图2波形变换法原理图
3 核相仪硬件电路设计
基于相位差法高压开关柜二次核相仪主要包括第一核相引线、接地线、第二核相引线、信号处理单元、微处理器单元、同相指示、异相指示、电源单元；第一核相引线、第二核相引线一端分别插入开关柜对应相带电显示器核相孔中，另一端分别插入信号处理单元的输入端端子上，获取开关柜电压信号；接地线一端用鳄鱼夹与大地接触，另一端插入信号处理单元的输入端接地端子上；信号处理单元的输出端与微处理器单元的输入端I/O口连接；同相指示、异相指示的输入端分别与微处理器单元的输出端I/O口连接；电源单元的输出端与微处理器单元的对应电源接口连接，原理框图如图3所示。
图3 相位差式开关柜二次有线核相装置原理框图
4 结 论
利用相位差法设计了高压开关柜二次核相仪，该核相仪利用开关柜上配置的专用电容传感器，获得高压开关进出线电压信号，不需要另外配置传感器，大大降低了核相装置制造成本，利用电压差核对两个电源对应相，使核相试验更加准确，防止出现误判的可能，相位差式开关柜二次有线核相装置可以对10-35kV高压开关柜,通过核相孔针对任意电压等级开关柜之间进行直接核相，核相操作简单，适用范围广。
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论文作者:李璐,霍明霞,贾鹏举,刘洋,张远东,张胜利
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/6
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