工频电压信号卫星同步采集技术在远程带电核相中的运用分析

李小晖 孙永发 邸庆民 杨俊俊 杨静芝

摘 要 在电力系统运行管理中，电压电流信号的同步采集非常重要，其能够为管理工作提供可供参考的依据，确保系统运行的稳定性和安全性。本文就工频电压信号卫星同步采集技术进行了分析和讨论，希望能够为在远程带电核相中的应用提供一定参考，帮助电力工作人员做好电力系统的运营和管理。

关键词 工频电压;信号同步采集技术;远程带电核相;运用

前言

伴随着经济的快速发展，社会对于电力的需求不断提高，要求快速可靠供电的同时，也强调电力系统的运行安全。电力系统在运行过程中，不仅会受到外部因素的影响而出现问题，还可能因为接线错误引发相序混乱的情况，其对于电网设备和电力系统的危害十分巨大，需要得到电力工作人员的高度重视。

1概述

带电核相装置在保障电力系统的安全规范运行方面，发挥着非常重要的作用，因为合理接线对于电力系统而言非常关键，在一次接线环节，如果出现相序错误，将不同相序的电源或者接线方式不同的接点合环与变压器进行连接，则可能造成配网系统短路等问题，严重时则会导致变压器的损坏。对此，提出了一种基于电压信号卫星同步采集原理的远程核相仪器，利用卫星同步时钟信号，实现不同点位测量时间的一致性，利用移动通信技术实现通过对比相角差的方式，明确两个点位的，在带电工况下完成核相工作，能够很好地适应各种状况下的核相校验需求[1]。

2远程带电电核相中工频电压信号卫星同步采集技术的应用

（1）原理和结构。传统核相装置对工频电压相位信号进行测量时，主要是借助过零比较法实现。利用比较器将正弦信号转换为方波信号，利用两条线路中的方波过零时间差和周期之比，能够计算出线路两路线路的相位差。但是此方法在线路中含有谐波，波形畸变时，过零点会偏移，会极大地影响相位测量的精度。另外，采用FSK将方波调制经过无线传送，频率的漂移也会影响相位的测量精度。新型基于卫星同步采集工频电压信号利用GPS接收到的秒脉冲信号作为启动信号，利用等间隔采样技术，对高速采集的信号进行FFT变换，可以得到基波的相位，抗谐波干扰能力强，不受波形畸变影响。同时由于采用GPS秒脉冲同步，不论位于任何地理位置，采样时间同步，可以在移动网络的通信基础上实现远程核相。

（2）信息传输技术。系统主机和高压采样器之间通信采用的是无线跳频通信技术，选择2.4GHz的ISM频段，其在全球范围内都可以正常使用，不需要用户专门申请通讯准许，在2400～2500MHz的范围内，用户可以根据实际需求，任意选择通讯频段。可以采用23个或者79个通信频道，相邻频道的间隔为1MHz，配合时分双工的方式完成信息传递，为了能够降低设备复杂性，强化对于各类干扰因素的抵抗能力，发射机采用了FM调制的方式。将最大发射功率划分为三个等级，分别是1mW（0dBm）、5mW（4dBm）和100mW（20dBm），当处于4～20dBm范围内时，需要采用功率控制，这种情况下，2.4G无线跳频通信设备的有效通讯距离在10-100m之间。

不同位置的主機之间通信采用基于4G移动网络的通信，只要有手机信号的地方都可以进行实时通信，进行远程核相[2]。

（3）信号处理技术。远程核相系统中，使用的电子元件具备抗静电、高内阻、抗干扰的特点，能够对50Hz工频交流电信号的进行等间隔采样，获得具备较高精度的初相角信号。

工频电网的交流正弦波因为非线性负载而引起畸变，虽然波形的畸变千变万化，但是非正弦周期波都可以按照傅立叶级数分解成直流、基波和一系列频率与基波频率成整数倍的正弦函数的谐波来表示，这些频率与基波频率成整数倍的正弦波就是高次谐波，还有一些不成整数倍的正弦波称为次谐波。周期非正弦波可以由傅立叶级数的数学表达式表示：

式中 B 0 为直流分量;A 1  和φ1  为基波的幅值和初相角; A 2 、A 3 、… 、A N和φ2 、φ3 … φN  为各次谐波的幅值和初相角（ 当φ1  = 0时， 则它们是相对于基波的相角） ;ω= 2πf  为角频率。将电压实时采样后进行FFT变换，就可得到基波和各次谐波的幅值和相位。

然后利用4G移动通信网络在远程测相的两端，完成数据交换以及核相分析。一般来讲，采集器以秒为间隔，进行测量计算后相位信号的发送接收，处于两端的工作人员可以通过核对的方式通知对方自己一端接收机所显示的相位，若相位差不超过30°，则认为联络点两端的线路处于同相。在整个核相过程中，对于工作人员的专业素质并没有非常严格的要求，可以对电力工作人员专业技术水平参差不齐的问题进行解决，借助有效的数据处理，能够减少测量误差，对特殊区域数据进行准确测量，配合卫星授时技术，测量距离可以超过500km，测量电压的等级范围在0.38～220kV之间。而在对66kV及以上的架空线路或者三相电进行测量时，要求绝缘杆必须具备较高的绝缘性，借助可靠的绝缘工具，为测量安全提供保障。

3远程带电核相应用前景

新的发展环境下，电力系统城市电缆复杂的趋势变得越发明显，环网改造需求明显增大，对于供电可靠性提出了更加严格的要求，如何在不停电的情况下进行核相操作，是一个行业性难题。从目前的研究成果分析，可以将其直接应用到架空线路、电缆线路等带电线路的核相工作，也可以利用GPS卫星授时技术进行同步采样，利用移动通信技术实现远程通信，提升核相距离，在电网改造环节，核相系统可以减少意外伤害，保障电力系统的安全性[3]。

4结束语

总而言之，将工频电压信号卫星同步采集技术应用到远程带电核相工作中，能够提升核相工作的效率，具备较高的准确率，可以为电力人员的工作提供参考依据，推动电力系统的健康发展。

参考文献

[1] 郭虎锋，张五悦，刘霄，等.锡盟—泰州特高压直流输电工程受端串联阀组中点分压器电压采集异常解决策略[J].电气技术，2020，21（6）：73-77.

[2] 耿萧.便携式心电信号采集电路的研究与设计[D].南京：南京邮电大学，2019.

[3] 朱嘉琪，杨永杰.地铁列车节点电压信号采集记录系统设计[J].城市轨道交通研究，2019，22（11）：83-87.