專利名稱：低壓相序相位儀及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)中用于在30 400V低壓情況下對三相電源相位進(jìn)行核 對的低壓相序相位儀及其檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)水平和生活水平的提高，用電負(fù)載日益增大，為了保證日常用電的可靠 供應(yīng)，現(xiàn)在很多相鄰的供電系統(tǒng)進(jìn)行合路供應(yīng)，以保證在其中一個供電系統(tǒng)(如變電站)出 現(xiàn)故障的情況下，另一供電系統(tǒng)能夠繼續(xù)為其提供電壓。具體地是將一個變電站的三相電 源線與另一個變電站的相應(yīng)相的三相電源線相連接，但是，在連接之前，需要對兩側(cè)的三相 電源線的對應(yīng)相進(jìn)行相位核對，即一側(cè)A相應(yīng)與另一側(cè)的A相相位一致， 一側(cè)B相應(yīng)與另一 側(cè)的B相相位一致， 一側(cè)C相應(yīng)與另一側(cè)的C相相位一致，若相應(yīng)線路相相位不一致而進(jìn)行 合路連接，則容易造成變壓器短路事故。 目前進(jìn)行相位核對的技術(shù)手段已經(jīng)從直接核相法、濾波核相法過渡到了現(xiàn)今廣泛 采用的無線核相法。而其中的無線核相法，在低壓配電線路側(cè)，是通過核對同一側(cè)兩相電壓 差，再與另一側(cè)的兩相電壓差進(jìn)行比較得到，由于是差值比較，對兩線路對應(yīng)相的相位不能 確定相位差角度，因此，測量結(jié)果不能完全保證同相。而且，上述測量前期，需要先對單側(cè)電 源電路的相序進(jìn)行判斷，其又需要使用另一套單獨(dú)功能儀器進(jìn)行。因此，在復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境 下，操作也極其不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是為了克服上述不足而提供的一種能夠在線路帶電運(yùn)行的狀態(tài)下， 通過有源線路的連接準(zhǔn)確判斷低壓單電源線路的相序和雙電源線路的相位的裝置及其檢 測方法。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種低壓相序相位儀，它包括兩 個發(fā)射器、與所述發(fā)射器無線連接的接收器，每個所述的發(fā)射器包括依次相電連接的分壓 電阻、A/D采樣電路、編碼電路、無線發(fā)射模塊，所述的接收器包括兩路相依次電連接的無線 接收模塊、解碼電路、與所述的兩路解碼電路輸出端相電連接的信號處理模塊、與所述的信 號處理模塊輸出端相連接的顯示電路； 當(dāng)進(jìn)行單電源線路的相序判斷時，其中一個發(fā)射器的分壓電阻一端與任一相電源 線路相連接另一端接地，所述發(fā)射器的分壓電阻、A/D采樣電路、編碼電路及無線發(fā)射模塊 之間形成通路，所述發(fā)射器將從分壓電阻上采集的相應(yīng)相電源線路的電壓信息發(fā)射出去， 所述接收器對接收的信息進(jìn)行運(yùn)算處理并對相應(yīng)相序進(jìn)行顯示； 當(dāng)進(jìn)行雙電源線路的相位判斷時，所述的兩個發(fā)射器的分壓電阻的一端分別與 相應(yīng)側(cè)電源線路的同一相線纜相連接，分壓電阻的另一端分別接地，兩個發(fā)射器將采集到 的信息相應(yīng)地發(fā)射出去，接收器對接收的兩路信息進(jìn)行運(yùn)算處理以判斷兩相的相位是否一 致。
更進(jìn)一步地，所述的發(fā)射器的A/D采樣電路與編碼電路之間還設(shè)置有濾波電路， 所述的濾波電路用于在編碼前濾除干擾信號。 為了進(jìn)一步地對電場、磁場的干擾進(jìn)行屏蔽，所述的發(fā)射器的線路板外密封地包 覆有一層或多層屏蔽銅材。 所述的多層屏蔽銅材之間填充有絕緣材料。 所述的接收器為手持式接收器，結(jié)構(gòu)小巧，便于操作。 本發(fā)明還提供了一種低壓相序相位儀的檢測方法，其中，所述的信號處理模塊對 接收的信號進(jìn)行相位判斷處理包括如下步驟
(a)、預(yù)設(shè)同相的兩信號最大偏差閾值； (b)、將從兩個發(fā)射器接收到的信號解碼后以其中一個基準(zhǔn)信號，另一為比較信號 與該基準(zhǔn)信號進(jìn)行相似度對比，若兩者相似度小于閾值，則判斷兩相信號同相；
(c)、若兩者相似度大于閾值，將被比信號移位設(shè)定度數(shù)； (d)、將移位后的被比信號再次與基準(zhǔn)信號比較，若相似度小于閾值，則輸出顯示
共移位的度數(shù)，即相差度數(shù)；否則進(jìn)入步驟(c)。 進(jìn)一步地，步驟(b)中兩對比信號為波形信號。 步驟(c)中，被比信號每次移位1度。 由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明相序相位儀在電力系 統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，將發(fā)射器的分壓電阻一端與待測線路相連接另一端接地，從而在線 路與發(fā)射器之間形成通路，接收器接收發(fā)射器發(fā)送的分壓電阻上的電壓信號，對電壓信號 進(jìn)行處理從而可對單電源線路進(jìn)行相序判斷；通過兩個發(fā)射器與兩側(cè)單電源線路的同一 相線纜相連接從而可實(shí)現(xiàn)對雙電源線路進(jìn)行相位判斷，為雙電源線路各相是否一致提供參 考，以確保兩側(cè)電源是否可以合相，由于帶電進(jìn)行相位核對是電力系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行方式調(diào)整 的重要前提依據(jù)，本發(fā)明相位相序儀同時實(shí)現(xiàn)了對相序和相位的判斷，制成的設(shè)備小巧輕 便，便于操作人員安全檢測，其通過無線電信號來通信，使用范圍可以擴(kuò)展到近20米，并且 可以穿過圍墻和隔板使用，使用起來比電壓表或有線核相器要簡單。而且其采用數(shù)字信號 處理的方式使得該相序相位儀的測量精度更高、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定，通過顯示電路進(jìn) 行測量結(jié)果顯示，更為直觀，因此，具有較大的市場應(yīng)用價值。


附圖1為本發(fā)明低壓相序相位儀應(yīng)用示意圖；
附圖2為本發(fā)明低壓相序相位儀原理框圖； 附圖3為本發(fā)明低壓相序相位儀的發(fā)射器線路板屏蔽結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4為本發(fā)明低壓相序相位儀的接收器進(jìn)行相位處理的流程圖； 其中1、發(fā)射器；11、分壓電阻；12、 A/D采樣電路；13、編碼電路；14、無線發(fā)射模
塊；15、濾波電路； 1'、發(fā)射器；11'、分壓電阻；12'、 A/D采樣電路；13'、編碼電路；14'、無線發(fā)射模 塊；15'、濾波電路； 2、接收器；21、無線接收模塊；21'、無線接收模塊；22、解碼電路；22'、解碼電路； 23、信號處理模塊；24、顯示電路；
3、屏蔽銅材；4、絕緣材料；
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實(shí)施方式作一介紹 如圖2所示的低壓相序相位儀，主要包括發(fā)射器和一手持接收器，其中，發(fā)射器為 兩個，兩個發(fā)射器的原理結(jié)構(gòu)相同，具體地，發(fā)射器1包括依次相電連接的分壓電阻11、 A/ D采樣電路12、編碼電路13、無線發(fā)射模塊14，在使用時，通過A/D采樣電路12采集分壓電 阻11上的電壓信號，該電壓信號經(jīng)編碼電路13進(jìn)行編碼，最后由無線發(fā)射模塊14發(fā)射出 去。各功能模塊的具體電路可根據(jù)具體使用條件選擇公知的電路，在此對各具體電路不再 贅述。發(fā)射器l'包括依次相電連接的分壓電阻11'、A/D采樣電路12'、編碼電路13'、無線 發(fā)射模塊14'，在使用時，通過A/D采樣電路12'采集分壓電阻11'上的電壓信號，該電壓信 號經(jīng)編碼電路13'進(jìn)行編碼，最后由無線發(fā)射模塊14'發(fā)射出去。同樣，上述各功能模塊的 具體電路可根據(jù)具體使用條件選擇公知的電路，在此對各具體電路不再贅述。
由于在現(xiàn)場核定相過程中，干擾信號有多種，來源和途徑亦各不相同。如通過線路 直接流入電力設(shè)備的電暈信號，相鄰設(shè)備、母線等的電場干擾，其他電力設(shè)備內(nèi)部的局放信 號，硅整流信號，電力系統(tǒng)內(nèi)部的高頻保護(hù)和載波通訊信號，以及系統(tǒng)外的廣播通訊信號， 因此，在發(fā)射器1、1'的編碼電路13、13'進(jìn)行相應(yīng)的編碼之前，還加入有濾波電路15、15'， 濾波電路15、15'可采用高頻硬件濾波器及或軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)。
接收器2主要包括兩與相應(yīng)發(fā)射器的無線發(fā)射模塊14、14'相匹配的無線接收模 塊21、21'、與無線接收模塊21、21'輸出端相連接的解碼電路22、22'，所述的兩個解碼電路 22、22'的輸出端與一信號處理模塊23相電連接，信號處理模塊23的輸出端與一數(shù)字顯示 電路24相電連接，其中信號處理模塊23可采用Ti系列DSP芯片。以TMS320F28xx系列為 例，該芯片集成12位AD采樣模塊，采樣精度達(dá)到1/1024，單次采樣時間約10ns，任2個通道 的采樣相當(dāng)于并行采樣，這樣由采樣時差引起的相角差可以忽略。結(jié)合150MHz主頻的CPU， 完全能保證運(yùn)算后的電壓信號相角足夠精確。若采用片外AD采樣芯片，可以選用Ti公司 的TMS320C6xxx系列，其主頻可達(dá)300MHz，數(shù)字信號處理能力更強(qiáng)。此外，為了進(jìn)一步提高 精度還可以對雙路電壓信號交換采樣通道進(jìn)行交叉采樣取平均值。 上述對本發(fā)明低壓相序相位儀的功能模塊進(jìn)行了介紹，下面將對其工作過程說明 如下 如圖l所示，當(dāng)需要檢測其中一路單電源線路的各相序時，將其中一發(fā)射器，如發(fā) 射器1的分壓電阻11 一端與一相線纜相接觸，分壓電阻11的另一端接地，從而，在電源正 常運(yùn)行狀態(tài)下，該相線纜與發(fā)射器l之間形成通路，分壓電阻ll中有電流通過，從而在分壓 電阻11的另一端有電壓產(chǎn)生，A/D采樣電路12對電壓信號進(jìn)行采樣后輸出，經(jīng)過濾波電路 15濾除干擾信號，編碼電路13對轉(zhuǎn)換后的電壓信號進(jìn)行適于發(fā)射的編碼，由無線發(fā)射模塊 14發(fā)射出去，接收器2的無線接收模塊21無線接收到發(fā)射器1發(fā)射的信號后，經(jīng)解碼電路 22解碼后的信號輸入至信號處理模塊23，信號處理模塊23將接收信號與基準(zhǔn)信號相對比， 如預(yù)先設(shè)定基準(zhǔn)信號為相位角是零度的正弦波，且該基準(zhǔn)信號為A相，那么當(dāng)接收信號與 基準(zhǔn)信號對比，兩者波形相吻合，則可判斷與發(fā)射器相連接的為A相；若接收信號與基準(zhǔn)信 號對比，兩者波形在相位上滯后或超前120度，則可判斷與發(fā)射器相連接的為B相；若接收信號與基準(zhǔn)信號對比，兩者波形在相位上滯后或超前240度，則可判斷與發(fā)射器相連接的 為C相，待確定單電源線路的一相的相序后，將發(fā)射器1斷開與該相的連接，同時將其與另 一相線纜相連，按照上述方式再判斷出此線纜的相序，當(dāng)兩相線纜的相序判斷出來后，另一 線纜的相序也自然就得知了。 當(dāng)需要進(jìn)行雙電源線路的核相判斷時，首先按照上述的方式將兩單電源線路的各 相序判斷出來，然后將發(fā)射器1與第一路的A相線纜相連接，將發(fā)射器1'與第二路的A相線
纜相連接，同時兩發(fā)射器i、r接地，從而在各發(fā)射器i、r的分壓電阻ii、ir上分別有電 流流過，這樣，發(fā)射器i、r將分別采集的兩路電壓信號編碼后發(fā)射出去。接收器2接收上
述兩路信號，經(jīng)相應(yīng)的解碼后，解碼電路22、22'將相應(yīng)信號一同發(fā)送至信號處理模塊23， 信號處理模塊23對接收的信號進(jìn)行相位的判斷，具體判斷過程如下(圖4所示)
首先預(yù)設(shè)同相的兩信號的最大偏差閾值，該閾值可為經(jīng)驗數(shù)值，然后將兩個接收 信號一個作為基準(zhǔn)信號，另一作為比較信號，如設(shè)發(fā)射器1的發(fā)射信號為基準(zhǔn)信號，發(fā)射器 1'的發(fā)射信號為比較信號，將比較信號與基準(zhǔn)信號進(jìn)行相似度對比，若兩者相似度小于閾 值，則判斷兩相信號同相，并輸出顯示； 若兩者相似度大于閾值，將比較信號進(jìn)行移位，在本實(shí)施例中，移位的角度每次可 為1度，移位后對兩波形信號繼續(xù)比較，直至經(jīng)一次或多次移位后的比較信號與基準(zhǔn)信號 兩者相似度小于閾值，結(jié)束比較，輸出顯示移位的度數(shù)，直至兩者相似度小于閾值，結(jié)束比 較，輸出顯示移位的度數(shù)，即為雙電源線路同相的相位相差度數(shù)。需要說明的是，相似度可 根據(jù)需要設(shè)定為絕對值，這樣相差的度數(shù)也應(yīng)為正數(shù)；也可為實(shí)際比較數(shù)值，如當(dāng)被比信號 起點(diǎn)位于基準(zhǔn)信號起點(diǎn)左側(cè)，相似度應(yīng)為負(fù)數(shù)，若被比信號起點(diǎn)位于基準(zhǔn)信號起點(diǎn)右側(cè)，相 似度應(yīng)為正數(shù)，顯示電路可進(jìn)行正負(fù)數(shù)值顯示，從而對兩者相位的判斷更加直觀。
按照上述方法對同相的兩路B相、C相可同樣進(jìn)行相位判斷。 由于上述取樣靠電阻分壓產(chǎn)生，精度較高，幾乎沒有相位誤差，因此，測量結(jié)果較 精確。 為了方便操作，可在每個發(fā)射器1、1'的電阻連接端固定連接一金屬掛鉤，測量時， 通過將金屬掛鉤掛在相應(yīng)的線路上即實(shí)現(xiàn)發(fā)射器與線路的有源連接。 上述已介紹到，為了消除干擾信號，在發(fā)射器中采用濾波電路進(jìn)行干擾信號的濾 除，為了從源頭上抑制干擾信號，可以對整套儀器系統(tǒng)進(jìn)行電場、磁場屏蔽。具體地，對于電 場干擾的屏蔽，主要靠反射損耗，因此采用具有高電導(dǎo)率的銅材。試驗表明，其屏蔽效能在 很寬的頻域范圍內(nèi)可達(dá)到120dB以上。而對工頻磁場干擾則采用高磁導(dǎo)率、低電導(dǎo)率的強(qiáng) 磁材料進(jìn)行屏蔽。針對電力系統(tǒng)電磁干擾的具體特點(diǎn)(工頻為主，高頻范圍寬)，在本發(fā)明 的相序相位儀的發(fā)射器上采用多層屏蔽結(jié)構(gòu)，如圖3所示，其中心為實(shí)現(xiàn)發(fā)射器功能的印 刷板，在其外部包覆有兩層銅材屏蔽層3，在兩層屏蔽層3之間填充有絕緣材料4，從而達(dá)到 較好的屏蔽效果。 綜上，本發(fā)明相序相位儀可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，其能對電源相位進(jìn)行準(zhǔn)確定 序和準(zhǔn)確核對，尤其適合在30 400V低壓情況下使用。
權(quán)利要求
一種低壓相序相位儀，其特征在于它包括兩個發(fā)射器(1、1’)、與所述發(fā)射器(1、1’)無線連接的接收器(2)，每個所述的發(fā)射器(1、1’)包括依次相電連接的分壓電阻(11、11’)、A/D采樣電路(12、12’)、編碼電路(13、13’)、無線發(fā)射模塊(14、14’)，所述的接收器(2)包括兩路相依次電連接的無線接收模塊(21、21’)、解碼電路(22、22’)、與所述的兩路解碼電路(22、22’)輸出端相電連接的信號處理模塊(23)、與所述的信號處理模塊(23)輸出端相連接的顯示電路(24)；當(dāng)進(jìn)行單電源線路的相序判斷時，其中一個發(fā)射器(1)的分壓電阻(11)一端與任一相電源線纜相連接另一端接地，所述發(fā)射器(1)的分壓電阻(11)、A/D采樣電路(12)、編碼電路(13)及無線發(fā)射模塊(14)之間形成通路，所述發(fā)射器(1)將從分壓電阻(11)上采集的相應(yīng)相電源線路的電壓信息發(fā)射出去，所述接收器(2)對接收的信息進(jìn)行運(yùn)算處理并對相應(yīng)相序進(jìn)行顯示；當(dāng)進(jìn)行雙電源線路的相位判斷時，所述的兩個發(fā)射器(1、1’)的分壓電阻(11、11’)的一端分別與相應(yīng)側(cè)電源線路的同一相線纜相連接，分壓電阻(11、11’)的另一端分別接地，兩個發(fā)射器(1、1’)將采集到的信息相應(yīng)地發(fā)射出去，接收器(2)對接收的兩路信息進(jìn)行運(yùn)算處理以判斷兩相的相位是否一致。
2. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的低壓相序相位儀，其特征在于所述的發(fā)射器a、r)的a/d采樣電路(12、12')與編碼電路(12、12')之間還設(shè)置有濾波電路(15、15')，所述的濾波 電路(15、15')用于在編碼前濾除干擾信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求i或2所述的低壓相序相位儀，其特征在于所述的發(fā)射器a、r)的線路板外密封地包覆有一層或多層屏蔽銅材(3)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓相序相位儀，其特征在于所述的多層屏蔽銅材(3)之 間填充有絕緣材料(4)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的低壓相序相位儀，其特征再與所述的發(fā)射器(1、 1')前端具有用于掛接在線纜上的金屬掛鉤。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的低壓相序相位儀，其特征在于所述的接收器(2)為 手持式接收器。
7. —種根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓相序相位儀的檢測方法，其中，所述的信號處理模 塊(23)對接收的信號進(jìn)行相位判斷處理包括如下步驟(a) 、預(yù)設(shè)同相的兩信號最大偏差閾值；(b) 、將從兩個發(fā)射器接收到的信號解碼后以其中一個基準(zhǔn)信號，另一為比較信號與該 基準(zhǔn)信號進(jìn)行相似度對比，若兩者相似度小于閾值，則判斷兩相信號同相；(c) 、若兩者相似度大于閾值，將被比信號移位設(shè)定度數(shù)；(d) 、將移位后的被比信號再次與基準(zhǔn)信號比較，若相似度小于閾值，則輸出顯示共移 位的度數(shù)，即相差度數(shù)；否則進(jìn)入步驟(c)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的低壓相序相位儀的檢測方法，其特征在于步驟(b)中兩對 比信號為波形信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的低壓相序相位儀的檢測方法，其特征在于步驟(c)中， 被比信號每次移位l度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低壓相序相位儀，它包括兩個發(fā)射器、與發(fā)射器無線連接的接收器，每個發(fā)射器包括分壓電阻、A/D采樣電路、編碼電路、無線發(fā)射模塊，接收器包括兩路無線接收模塊、解碼電路、與兩路解碼電路輸出端相電連接的信號處理模塊、與信號處理模塊輸出端相連接的顯示電路，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，將發(fā)射器的分壓電阻一端與待測線路相連接另一端接地，從而在線路與發(fā)射器之間形成通路，接收器對接收的電壓信號進(jìn)行處理從而可對單電源線路進(jìn)行相序判斷；通過兩個發(fā)射器與兩側(cè)單電源線路的同一相線纜相連接從而可實(shí)現(xiàn)對雙電源線路進(jìn)行相位判斷，以確保兩側(cè)電源是否可以合相，適合在30～400V低壓情況下使用。
文檔編號G01R25/00GK101788607SQ20091021527
公開日2010年7月28日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者周文華, 張曦, 徐青龍, 范建新 申請人:江蘇省電力公司蘇州供電公司;蘇州市華強(qiáng)電氣有限公司