二次核相仪及核相方法

二次核相仪及核相方法
【专利摘要】本发明公开了一种二次核相仪及核相方法，其中所述二次核相仪包括：低压PT模块组，A/D模块，主控MCU模块，人机交互模块和电源模块。在使用时，只需将6路待核电压的线路接入对应接口，送电后自动开始核相，直到核相成功，中间无需人工干扰，因此核相操作简单；另外，由于只需要采集一个周期20ms内的电压大小就可以正确核相，故整个核相过程需要等待的时间很短，大大提高了核相效率；最后，在现有人工核相的硬件条件下，可实现对任意电压等级的三相电相序的智能检测，适用范围广。
【专利说明】二次核相仪及核相方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于三相电相序判断，尤其是一种二次核相仪及核相方法。

【背景技术】
[0002] 二次核相是电力系统维护人员经常性的操作。在变压器或者电压互感器完成安装 或大修后、变压器或者电压互感器变动过内外部接线或者接线组别后、电源线路或电缆接 线变动或走向发生变化后、与合环或并列有关的二次回路检修时改动过等情形下，都必须 要进行三相电路定相，即核相试验，以确保不同电源点提供的电源三相相序一致。核相试验 就是核实需要合环或并列的两个电源系统（或者变压器、电压互感器）的相序是否一致、正 确。
[0003] 对于380V系统，一般用万用表进行定相；对于10-35KV中性点非接地系统，一般用 专用高压定相杆进行定相；对于ll〇kv及以上中性点直接接地系统，一般都采用二次核相 方法来判断相位是否正确。
[0004] 目前的二次核相普遍采用的是现场人工判别的方法，即需要人工挂线、测量两个 系统的电压的大小、相位，然后做出相位是否一致的判断，其存在以下问题：
[0005] 核相过程需要开工作票，做安全措施，需要配合运行人员操作，因此等待时间很 长，大大降低了继保班的工作效率；如果发生错相，待一次调整相位后再次进行二次定相， 所需等待时间久更长，而且对操作人员的经验要求比较高；人工定相过程中，多种因素导致 存在错误的可能性，一旦二次定相错误，将会对设备和电网造成重大损失和影响。


【发明内容】

[0006] 发明目的：提供一种二次核相仪及核相方法，以解决现有技术存在的上述问题。
[0007] 技术方案：一种二次核相仪，包括：
[0008] 低压PT模块组，将待核的电压等级转换为A/D转换模块允许接入的电压等级之 内；
[0009] A/D模块，与所述低压PT模块组连接，完成电压信号由模拟量到数字量的转化，为 主控MCU模块提供数字量表示的待测电压；
[0010] 主控MCU模块，用于计算核相参数、判断核相逻辑，以及处理核相结果；
[0011] 人机交互模块，使用触摸显示屏，与主控MCU模块连接，用于接收输入的仪器关键 参数并保存、启动核相的信号，实时显示仪器运行状态、各电压大小以及故障解决方案；
[0012] 电源模块，为上述各模块供电。
[0013] 所述电源模块采用双电源供电模式：在较高电压等级或较低电压等级情况下，系 统通过电池供电；在380V系统中，电源模块可以从接入该仪器的六相电源线中取任一相， 变压整流稳压后为该仪器的其他模块供电。
[0014] 采用上述二次核相仪进行核相的方法，包括如下步骤：
[0015] S1、接线、通电并初始化各个功能模块，系统进行自身检测，保证通讯、输入设置可 以正常工作；
[0016] S2、接收用户设置的核相参数，包括：核相精度、同相电压差值上限、非同相电压差 值下限、非同相电压差值上限、待核电压标称值、待核电压标称值下限，以及待核电压标称 值上限；
[0017] S3、采样并计算如下参数：A相电压UA、B相电压UB、C相电压Uc、I相电压仏、II相 电压Un、III相电压Um、A相与I相之间线电压Uai、A相与II相之间线电压U aii、A相与III 相之间线电压υΑΠΙ、B相与I相之间线电压UBI、B相与II相之间线电压UBII、B相与III相 之间线电压UBIII、C相与I相之间线电压Ua、C相与II相之间线电压υαι，以及C相与III 相之间线电压υαπ;
[0018] S4、相电压故障排除：根据用户设置的待核电压标称值上限及下限，对于6个相电 压 U"i = A、B、C、I、II、III):
[0019] 当它们都满足Ubasel彡Ui彡Ub_2时，转到步骤S5 ;否则，输出故障排除意见至触摸 显示屏，等待通过触摸显示屏输入的指令；故障排除后，根据接收到的继续核相指令返回， 执行步骤S1 ;
[0020] S5、确定待核两侧电压的频率差：计算A相电压频率fA，I相电压频率fp A相与I 相电压频率差Λ f，输出以上3个参数到触摸显示屏，如果频率差小于预设值，则执行下一 步，反之提示故障，采用同样的方法确定B相和C相的频率是否符合要求；
[0021] S6、相位核定：当待核两端电压频率一致、相位差足够小时，且满足条 件f 心,2时，即认为=?/ΛΛ，输出核相结果及解决方案至触摸显示 屏；如果接线有误，通过触摸显示屏显示错误，并执行步骤S1再次核相；如果核相完全正 确，核相结束，其中，Xp X2 = a, Β，C y2 = I，II，III。
[0022] 有益效果：在使用时，只需将6路待核电压线路接入对应接口，送电后自动开始核 相，直到核相成功，中间无需人工干扰，因此核相操作简单；另外，由于只需要采集一个周期 20ms内的电压大小就可以正确核相，故整个核相过程需要等待的时间很短，大大提高了核 相效率；最后，可实现在现有人工核相的硬件条件下，对任意电压等级的三相电相序的智能 检测，适用范围广。

【专利附图】

【附图说明】
[0023] 图1是本发明的核相原理图。
[0024] 图2是本发明的结构框图。
[0025] 图3是本发明的核相过程示意图。
[0026] 图4是本发明核相方法的整体流程图。
[0027] 图5是本发明的核相处理方案图。

【具体实施方式】
[0028] 如图1和图2所示，本发明包括默认相序三相电压接线口和待核的三相接线口、触 摸显示屏、仪器保护外壳。其中，I、II、III为待核的三相接线口，即相序未知的三相；A、B、 C为待并的三相接线口，即相序已知或者可设为已知的三相接线口；人机交互接口即触摸 显示屏，可直接手触输入更改仪器的关键参数并保存、手触选择开始启动核相等，同时可以 实时显示仪器运行状态、各电压大小以及最后的解决方案。
[0029] 如图2所示的内部原理图，主要包括5大功能模块：低压PT模块组、A/D模块、MCU 主控模块、人机交互模块和电源模块。
[0030] 其中，低压PT模块组，即二次侧为规定低压的电压互感器，用于电压等级的转换， 将待核的电压等级转换为A/D转换模块允许接入的电压等级之内。依据该仪器的设计要 求，选用6个380V/5V规格型的低压PT，380V可以直接接入该仪器，而更高的电压等级经过 配备的PT二次侧标准100V后直接接入该仪器，故该仪器能够实现在现有人工核相的硬件 条件下，对任意电压等级的三相电的相序智能检测。6个低压PT模块构成低压PT模块组， 分别将待核的三相和待并的三相共六组电压同时转换成规定低压，其中低压PT的一次侧 接高压待核线路，二次侧接电压A/D模块输入端。
[0031] A/D模块，即模拟信号转换成数字信号模块，完成电压信号由模拟量到数字量的转 化，为主控MCU模块提供待测电压大小的数字量表示。A/D模块由专用转换芯片及其辅助电 路构成，接收来自低压PT模块组二次侧的低压模拟信号，输出数字信号传送给主控MCU模 块。
[0032] 主控MCU模块，内置核相程序，所述核相程序是该发明专利的核心，完成核相参数 计算、核相逻辑判断、核相结果处理等主要功能。亦有支持显示、存储等功能。
[0033] 人机交互接口，即触摸显示屏，可直接手触输入更改仪器的关键参数并保存、手触 选择开始启动核相等，同时可以实时显示仪器运行状态、各电压大小以及最后的解决方案。 [0034] 电源模块，从接入该仪器的六相电源线中取任一相，变压整流稳压后为该仪器的 其他模块供电，无需另外单独的电源供电，既减小了仪器体积，又解决了户外单独配置电源 比较麻烦的问题。
[0035] 主控MCU模块参数计算和判断的具体过程如下：
[0036] 首先该仪器能检测到待核和带并是否有缺相或其他故障。判断依据为：若有一相 电压大小为零或者低于其他对称相电压70%及以上，则为缺相故障或者其他严重故障，应 当及时断电检修。
[0037] 若无缺相故障，且认为待并侧三相相序为正确相序，则待核侧和待并侧的相电压 之间的差只有可能是图5的6种情况之一，主控MCU模块则根据采集到的六相的电压信 息，进行核相，核相步骤具体如下：
[0038] S1、初始化系统：系统开机之后，程序首先需初始化，并对系统自身检测，确保通 讯、输入设置等功能正常；
[0039] S2、接收核相参数：包括核相精度K(系统默认值为1000)、Kxyl(系统默认值为 0. 98)、Kxy2 (系统默认值为1. 04)，同相电压差值上限Usetl (系统默认值为IV)，非同相电压 差值下限Uset2 (系统默认值为375V)，非同相电压差值上限Uset3 (系统默认值为415V)，待核 电压标称值Ubase (系统默认值为220V)，待核电压标称值下限Ubasel (系统默认值为250V)，待 核电压标称值上限Ubase2(系统默认值为200V);
[0040] S3、电压采样并进行如下参数计算：A相电压UA，B相电压UB，C相电压UC，I相电压 Up II相电压Un，III相电压Uni，A相与I相之间线电压UAI，A相与II相之间线电压U AII， A相与III相之间线电压UAIII，B相与I相之间线电压Ubi，B相与II相之间线电压心^相 与III相之间线电压UBIII，C相与I相之间线电压Ua，C相与II相之间线电压υ αι，C相与 III相之间线电压υαπ，A相电压频率fA，I相电压频率fp A相电压频率与I相电压频率差 Δ f ；
[0041] S4、相电压故障排除：根据用户设置的待核电压标称值上限Ubase2及下限Ubasel，对 于6个相电压Uji =A、B、C、I、II、III)，当它们都满足Ubasel彡仏彡队_2时，执行第5) 步，否则输出故障排除意见至人机交互窗口，等待人机交互窗口输入指令。核相人员排除故 障之后，输入继续核相指令。系统受到继续核相指令后返回执行S1 ;
[0042] S5、待核两侧电压频率差确定：计算A相电压频率fA，I相电压频率fp A相与I相 电压频率差Λ f，输出以上3个参数到触摸屏显示模块；
[0043] S6、相位核定：当待核两端电压频率一致、相位差足够小时，9个相电压Uxy(x = A， B，C ;y = I，II，III)满足的等量关系必将是图5所示6种等量关系的情况之一（考虑到 采样路径中及计算过程中可能存在的误差，当Run、R2.r2 (Xp x2 = A, B，C ;yi，丫2 = I，ii， III)满足条件[Λτ1 时，即认为=u。输出核相结果及处理建议 至人机交互模块，如果接线有误，提示核相工作人员改正，并再次核相，执行第1)步；如果 核相完全正确，核相结束。
[0044] 如图4所示，本发明的核相方法如下：
[0045] 在保证待核三相和待并三相侧断路器均断开断电的情况下，分别将线接入该智能 核相仪的对应接口，仪器默认待核三相接入Ι、Π 、ΙΙΙ三相接口，待并三相接入A、B、C三相 接口。接线完毕后，两侧断路器合闸通电，此时电源模块开始工作，为其他各模块提供工作 所需的电压等级。
[0046] 主控MCU开始工作，进入初始化阶段。其中初始化的内容有人机交互初始化和A/D 模块初始化。初始化阶段并未开始A/D转换和数据传输。若需要修改关键参数，则由操作人 员在人机交互界面输入更改，并确定保存。若按默认状态，则可以直接跳过参数修改，直接 选择开始检测相序。整个相序检测过程全由主控MCU自动检测完成，过程如上文所述，中间 无需人工操作。由于只需检测一个正弦周期20ms的电压，检测过程需要等待时间很短，检 测完成后自动在触摸显示屏显示检测的相序结果，并给出可视化的正确并网接线方案。结 束阶段，必须在两侧断路器分闸并确定安全后再拆线。
[0047] 在本发明中，为使核相精度进一步提高，引入核相精度K，将同相电压差值按比例 线性放大，放大后的同相电压差值仍须小于等于非同相电压差值。
[0048] 从上文可以看出：本发明操作简单，操作人员只需将待核两侧的线路接入仪器的 对应接口，送电后便会自动开始核相，直到核相成功，中间无需人工干扰；核相快速准确，只 需要采集一个周期20ms内的电压大小就可以准确核相，故整个核相过程需要等待的时间 很短，大大提高了核相效率；能够完全代替现有复杂、效率低且不安全的人工核相操作，并 可实现在现有人工核相的硬件条件下，对任意电压等级的三相电相序的智能核相。
[0049] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中 的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这 些等同变换均属于本发明的保护范围。
[0050] 另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可 能的组合方式不再另行说明。
【权利要求】
1. 一种二次核相仪，其特征在于，包括： 低压P T模块组，将待核的电压等级转换为A/D转换模块允许接入的电压等级之内； A/Ο模块，与所述低压P T模块组连接，完成电压信号由模拟量到数字量的转化，为主控 M C U模块提供数字量表示的待测电压； 主控M C U模块，用于计算核相参数、判断核相逻辑，以及处理核相结果； 人机交互模块，使用触摸显示屏，与主控M C U模块连接，用于接收输入的仪器关键参数 并保存、启动核相的信号，实时显示仪器运行状态、各电压大小以及故障解决方案； 电源模块，为上述各模块供电。
2. 如权利要求1所述的二次核相仪，其特征在于，所述电源模块采用双电源供电模式： 在高电压等级或低电压等级情况下，系统通过电池供电；在380V系统中，电源模块可以从 接入该仪器的六相电源线中取任一相，变压整流稳压后为该仪器的其他模块供电。
3. -种采用权利要求1或2所述的二次核相仪进行核相的方法，其特征在于，包括如下 步骤： 51、 接线、通电并初始化各个功能模块，系统进行自身检测，保证通讯、输入设置可以正 常工作； 52、 接收用户设置的核相参数，包括：核相精度、同相电压差值上限、非同相电压差值下 限、非同相电压差值上限、待核电压标称值、待核电压标称值下限，以及待核电压标称值上 限； 53、 采样并计算如下参数：Α相电压UA、Β相电压UB、C相电压U。、I相电压Up II相电 压Un、III相电压Uni、A相与I相之间线电压Uai、A相与η相之间线电压U aii、A相与ΠΙ相 之间线电压UAIII、Β相与I相之间线电压UBI、Β相与π相之间线电压U BII、Β相与ΠΙ相之间 线电压UBIII、C相与I相之间线电压Ua、C相与π相之间线电压υ αι，以及C相与ΠΙ相之间 线电压ucm; 54、 相电压故障排除：根据用户设置的待核电压标称值上限及下限，对于6个相电压 Uji = A、B、C、I、TT、III): 当它们都满足Ubasel < U , < Ub_2时，转到步骤S5 ;否则，输出故障排除意见至触摸显 示屏，等待通过触摸显示屏输入的指令；故障排除后，根据接收到的继续核相指令返回，执 行步骤S1 ; 55、 确定待核两侧电压的频率差：计算A相电压频率fA，I相电压频率fp A相与I相电 压频率差Λ f，输出以上3个参数到触摸显示屏，如果频率差小于预设值，则执行下一步，反 之提示故障，采用同样的方法确定B相和C相的频率是否符合要求； 56、 相位核定：当待核两端电压频率一致、相位差足够小时，且UxlylUx2y2满足条件 Kxyl彡|Uxlyl-Ux2y2| < Kxy2时，即认为Uxlyl = Ux2y2，输出核相结果及解决方案至触摸显示屏； 如果接线有误，通过触摸显示屏显示错误，并执行步骤S1再次核相；如果核相完全正确，核 相结束，其中，X" x2 = A, B，C $，y2 = I，II，III。
4. 如权利要求3所述的核相方法，其特征在于，还包括： 步骤SO、检测是否有缺相或其他故障：若有一相电压大小为零或者低于其他对称相电 压70%及以上，则为缺相故障或者其他严重故障。
【文档编号】G01R29/18GK104062513SQ201410214362
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】汤奕, 谭光慧, 谭敏刚, 申振 申请人:东南大学