統(tǒng)一基準(zhǔn)源（UFS）核相儀技術(shù)研究的現(xiàn)狀、目標(biāo)、內(nèi)容
核相是指在電力系統(tǒng)電氣操作中用儀表或其他手段核對兩電源或環(huán)路相位、相序是否相同。在實(shí)際電力的運(yùn)行中，對相位差的測量，新建、改建、擴(kuò)建后的變電所和輸電線路，以及在線路檢修完畢、向用戶送電前，都必須進(jìn)行三相電路核相試驗(yàn)，以確保輸電線路相序與用戶三相負(fù)載所需求的相序一致。但是現(xiàn)有核相裝置在核相效率、操作規(guī)程、測點(diǎn)位置及數(shù)量等方面還存在諸多不足，因此，迫切需要開發(fā)新型的核相裝置來提高電網(wǎng)核相運(yùn)維管理效率，適應(yīng)智能化電網(wǎng)的發(fā)展。
1 核相儀發(fā)展研究現(xiàn)狀
10kV 以上的電力設(shè)備投運(yùn)前，核相工作目前采用的方法主要有兩種，直接核相和間接核相，也分別稱為“一次核相”和“二次核相”。目前，進(jìn)行的核相試驗(yàn)采用直接核相和間接核相結(jié)合的辦法。也就是高壓部分進(jìn)行一次核相，同時在 PT 二次部分進(jìn)行二次電壓核相，以確保待核設(shè)備電源與系統(tǒng)電源的相位、相序都一致，無任何接線錯誤。對于高壓一次核相儀器，已經(jīng)從有線核相方式發(fā)展到無線核相方式，但是在核相操作步驟上沒有多大的變化。
傳統(tǒng)“一次核相”主要采用核相儀器及核相棒來完成。在電力系統(tǒng)的低壓配電網(wǎng)中，目前廣泛應(yīng)用的方式有兩種，分別為有線核相方式和無線核相方式。有線核相方式在核相時，需要4人同時進(jìn)行配合。一人擔(dān)任指揮，兩人穿絕緣靴、戴絕緣手套擔(dān)任核相員，一人儀表記錄。核相工作根據(jù)指揮人員的命令進(jìn)行，核相員將高壓引線固定在核相棒上，長短適宜，用核相棒引高壓線接觸高壓電源點(diǎn)時，兩人需動作協(xié)調(diào)，配合默契，以免出差錯，發(fā)生危險。采用有線方式，拖線很長時使用極不方便。而無線核相方式需要 2 人同時進(jìn)行配合，一人操作一人監(jiān)護(hù)。將發(fā)射器和接收器分別連接絕緣桿，掛到高壓相線上。
“二次核相”方法采用 PT，對 PT 側(cè)二次設(shè)備的相位進(jìn)行核相或 0.4kV 以下交流電進(jìn)行核相，一般應(yīng)用萬用表進(jìn)行。采用“二次核相”方法時，如果 PT 一次或二次回路接線錯誤，會嚴(yán)重影響核相工作的正確性。
兩種核相方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，“一次核相”方法精確度高，但是由于其工作電壓高，對核相操作人員易造成人身安全問題，稍有失誤易造成安全事故；“二次核相”方法工作電壓低，因而操作過程較為安全，但由于其采用間接核相，如果 PT 一次或二次回路如果接線錯誤，就無法保證核相的結(jié)果正確，因此核相的結(jié)果可靠程度卻比一次核相方法低。目前，電力系統(tǒng)中廣泛采用“一次核相”和“二次核相”相結(jié)合的方法，既增加了人力物力成本，又需要更高的安全保障制度。
2 改進(jìn)核相儀需要解決的問題
綜上所述，對于傳統(tǒng)核相方法，不管是一次核相方法還是二次核相方法，都存在下列問題：
1）電源必須是同一電網(wǎng)同一電壓等級下的不同拓?fù)潼c(diǎn)；
2）核相所需的兩電源信號必須同時采集；
3）參與一個核相試驗(yàn)的人員很多，人工成本很大；
4）步驟很多，花費(fèi)時間長；
5）核相有一定的危險性，特別是有線核相方式，必須考慮人員的配合協(xié)調(diào)和人身安全問題；
6）兩電源點(diǎn)相距不能太遠(yuǎn)，據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)表明，一般兩核相棒的距離不宜超過 10米。對于無線核相方式，其地面接收器的距離離兩個發(fā)射器（核相棒所在位置）不應(yīng)超過15米。
按上述特點(diǎn)，從中看到傳統(tǒng)核相方式有很多可以改進(jìn)的地方。是否能夠在考慮減少核相人員的同時，不增加或者甚至減輕核相人員的工作量，又能保證核相試驗(yàn)的順利完成？這不僅僅是個技術(shù)問題，而且它在安全管理和經(jīng)濟(jì)上帶來的收益也是可以明顯預(yù)見的。傳統(tǒng)的核相方法，至少要兩檔以上的人員才能完成，而且只能針對同一電壓等級的電源設(shè)備，在應(yīng)用范圍上有諸多限制。
3統(tǒng)一基準(zhǔn)源（UFS）的核相儀研究目標(biāo)和內(nèi)容
3.1 研究目標(biāo)
《電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》定義的同步相量是以標(biāo)準(zhǔn)時間信號作為采樣過程的基準(zhǔn)，通過對采樣數(shù)據(jù)計算而得的相量。因而，電力系統(tǒng)交流電氣量的相量之間存在著確定的相位關(guān)系。基于此，開發(fā)一種基于同步相量測量核相方法的廣域核相裝置。并通過廣域電網(wǎng)核相裝置測量待核相兩端的電壓相量值，比較兩測量點(diǎn)之間的相量角度，以此相量角度來判斷測量點(diǎn)兩側(cè)的相位關(guān)系，確定待核相兩側(cè)的相序是否正確。
3.2 系統(tǒng)架構(gòu)
統(tǒng)一基準(zhǔn)源（UFS）的核相儀系統(tǒng)架構(gòu)包括服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層、授相源、待核相四個部分。
（1）服務(wù)層
服務(wù)層包含數(shù)據(jù)防火墻、通訊交換機(jī)和授相服務(wù)器三部分組成，數(shù)據(jù)防火墻提供了對整個數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)安全支撐，通訊交換機(jī)為授相服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換設(shè)備。授相服務(wù)器定時召喚在線核相主機(jī)同步相量信息并將數(shù)據(jù)存儲到授相服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。便攜式核相儀可通過GPRS實(shí)時查詢授相服務(wù)器中的同步相量信息對帶核相線路進(jìn)行核相計算。
（2）網(wǎng)絡(luò)層
在線核相主機(jī)通過內(nèi)置GPRS模塊將采集到的同步相量信息發(fā)送到授相服務(wù)器，作為授相的標(biāo)準(zhǔn)源。
便攜式核相儀通過GPRS獲取授相服務(wù)器的同步相量數(shù)據(jù)，并通過就地采集的同步相量數(shù)據(jù)對線路相位進(jìn)行識別。
（3）授相源
在線核相主機(jī)安裝于已知相位的的母線PT二次側(cè)，裝置安裝配置后。通過自身GPRS模塊向遠(yuǎn)端服務(wù)層授相服務(wù)器進(jìn)行注冊識別。授相服務(wù)器定時向在線核相主機(jī)查詢同步相量信息，并在內(nèi)存中對同步相量信息進(jìn)行緩存，同時將同步相量信息存儲至服務(wù)器中。
（4）待核相
便攜式核相儀將采集口、GPS天線正確連接，打開終端（如手機(jī)、平板、筆記本電腦等）的無線熱點(diǎn)功能后核相儀會自行連接該無線熱點(diǎn)。操作員通過終端Web瀏覽器打開便攜核相儀的操作界面選擇相應(yīng)的核相線路。核相儀通過終端GPRS獲取授相服務(wù)器的實(shí)時同步相量數(shù)據(jù)，并通過自身采集的同步相量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較對線路相位進(jìn)行計算識別。并將結(jié)果展示到Web界面中，提供給操作員作為線路相位識別參考。
3.3 通信交互方案
為了便于使用及可靈活的部署在各個測量點(diǎn)，核相儀應(yīng)該具備準(zhǔn)確的時鐘信號，測量點(diǎn)兩端的信息能夠流暢的交互，并且信息交互不能有距離限制，同時應(yīng)該具有良好的人機(jī)交互界面。
（1）授時方式
考慮到現(xiàn)場安裝的方便、靈活、穩(wěn)定的要求，采用衛(wèi)星授時方式。衛(wèi)星授時通過GPS/北斗衛(wèi)星的授時方式可以達(dá)到20納秒的授時精度，完全滿足相量測量的時鐘要求，此種方式安裝方便，不受其他外部設(shè)備的限制，只要衛(wèi)星天線能夠正常接收衛(wèi)星信號即可完成授時要求。
（2）通信方式
考慮到裝置會為每個采樣點(diǎn)加入準(zhǔn)確的時標(biāo)信號，因此，網(wǎng)絡(luò)本省的延時不會影響設(shè)備的正常運(yùn)行。由于設(shè)備本身具有存儲功能，網(wǎng)絡(luò)中斷時可將臨時數(shù)據(jù)存入內(nèi)置存儲器中，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給服務(wù)器，GPRS網(wǎng)絡(luò)中斷時間一般比較短，不會對核相工作帶來障礙。依據(jù)現(xiàn)有的GPRS 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，且信號覆蓋范圍廣、可利用基站多，因此，選取GPRS的無線通信方式。
（3）人機(jī)交互方式
裝置在使用時需要進(jìn)行必要的參數(shù)配置，使測量信息與實(shí)際測量值的信息吻合，最終的核相結(jié)果也需要通過交互界面展示給用戶。WEB顯示利用WEB界面可以給用戶展示豐富的信息量。此外，WEB界面具有良好的兼容性，用戶可以通過電腦、手機(jī)、平板等終端直接連接讀取數(shù)據(jù)，不需要專用的顯示器件，可以大幅度降低裝置的硬件成本。利用WEB方式利于實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲、分析等工作。WEB方式在用戶體驗(yàn)、設(shè)備穩(wěn)定性、設(shè)備性價比等方面都要優(yōu)于液晶顯示的方式，因此選用WEB的人機(jī)交互界面。
4 效益分析
（1）采用該廣域電網(wǎng)核相儀進(jìn)行核相工作，可以明顯減少核相工作強(qiáng)度，核相過程中一端可使用固定的授相源，不需要頻繁變更，僅需在待核相端安裝一臺核相設(shè)備即可；改變傳統(tǒng)每個核相點(diǎn)需要安裝兩臺核相裝置的過程，核相過程的工作量僅為原來的一半。
（2）解決了傳統(tǒng)核相過程中，由于核相儀通信距離的限制，導(dǎo)致核相點(diǎn)不能超過10米的問題，更便于選擇安全的核相點(diǎn)，保證了核相過程中人員的人身安全。同時核相工作也不在局限在同一電壓等級進(jìn)行核相工作，設(shè)備應(yīng)用場合更廣。
（3）核相數(shù)據(jù)自動保存在后臺服務(wù)器端，可以生產(chǎn)核相報告，以便于日后查看核相數(shù)據(jù)。
5 結(jié)語
統(tǒng)一基準(zhǔn)源（UFS）的核相儀基于同步相量測量的核相技術(shù)，保證了電網(wǎng)核相準(zhǔn)確度，提高了核相效率；核相操作方便，降低了人工操作風(fēng)險，突破現(xiàn)有核相儀核相棒間距離限制；實(shí)現(xiàn)了多地點(diǎn)靈活核相，突破現(xiàn)有核相儀測點(diǎn)位置及測點(diǎn)數(shù)量限制，提升了電網(wǎng)運(yùn)維管理效率，具有廣闊的推廣前景。
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1 核相儀發(fā)展研究現(xiàn)狀
10kV 以上的電力設(shè)備投運(yùn)前，核相工作目前采用的方法主要有兩種，直接核相和間接核相，也分別稱為“一次核相”和“二次核相”。目前，進(jìn)行的核相試驗(yàn)采用直接核相和間接核相結(jié)合的辦法。也就是高壓部分進(jìn)行一次核相，同時在 PT 二次部分進(jìn)行二次電壓核相，以確保待核設(shè)備電源與系統(tǒng)電源的相位、相序都一致，無任何接線錯誤。對于高壓一次核相儀器，已經(jīng)從有線核相方式發(fā)展到無線核相方式，但是在核相操作步驟上沒有多大的變化。
傳統(tǒng)“一次核相”主要采用核相儀器及核相棒來完成。在電力系統(tǒng)的低壓配電網(wǎng)中，目前廣泛應(yīng)用的方式有兩種，分別為有線核相方式和無線核相方式。有線核相方式在核相時，需要4人同時進(jìn)行配合。一人擔(dān)任指揮，兩人穿絕緣靴、戴絕緣手套擔(dān)任核相員，一人儀表記錄。核相工作根據(jù)指揮人員的命令進(jìn)行，核相員將高壓引線固定在核相棒上，長短適宜，用核相棒引高壓線接觸高壓電源點(diǎn)時，兩人需動作協(xié)調(diào)，配合默契，以免出差錯，發(fā)生危險。采用有線方式，拖線很長時使用極不方便。而無線核相方式需要 2 人同時進(jìn)行配合，一人操作一人監(jiān)護(hù)。將發(fā)射器和接收器分別連接絕緣桿，掛到高壓相線上。
“二次核相”方法采用 PT，對 PT 側(cè)二次設(shè)備的相位進(jìn)行核相或 0.4kV 以下交流電進(jìn)行核相，一般應(yīng)用萬用表進(jìn)行。采用“二次核相”方法時，如果 PT 一次或二次回路接線錯誤，會嚴(yán)重影響核相工作的正確性。
兩種核相方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，“一次核相”方法精確度高，但是由于其工作電壓高，對核相操作人員易造成人身安全問題，稍有失誤易造成安全事故；“二次核相”方法工作電壓低，因而操作過程較為安全，但由于其采用間接核相，如果 PT 一次或二次回路如果接線錯誤，就無法保證核相的結(jié)果正確，因此核相的結(jié)果可靠程度卻比一次核相方法低。目前，電力系統(tǒng)中廣泛采用“一次核相”和“二次核相”相結(jié)合的方法，既增加了人力物力成本，又需要更高的安全保障制度。
2 改進(jìn)核相儀需要解決的問題
綜上所述，對于傳統(tǒng)核相方法，不管是一次核相方法還是二次核相方法，都存在下列問題：
1）電源必須是同一電網(wǎng)同一電壓等級下的不同拓?fù)潼c(diǎn)；
2）核相所需的兩電源信號必須同時采集；
3）參與一個核相試驗(yàn)的人員很多，人工成本很大；
4）步驟很多，花費(fèi)時間長；
5）核相有一定的危險性，特別是有線核相方式，必須考慮人員的配合協(xié)調(diào)和人身安全問題；
6）兩電源點(diǎn)相距不能太遠(yuǎn)，據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)表明，一般兩核相棒的距離不宜超過 10米。對于無線核相方式，其地面接收器的距離離兩個發(fā)射器（核相棒所在位置）不應(yīng)超過15米。
按上述特點(diǎn)，從中看到傳統(tǒng)核相方式有很多可以改進(jìn)的地方。是否能夠在考慮減少核相人員的同時，不增加或者甚至減輕核相人員的工作量，又能保證核相試驗(yàn)的順利完成？這不僅僅是個技術(shù)問題，而且它在安全管理和經(jīng)濟(jì)上帶來的收益也是可以明顯預(yù)見的。傳統(tǒng)的核相方法，至少要兩檔以上的人員才能完成，而且只能針對同一電壓等級的電源設(shè)備，在應(yīng)用范圍上有諸多限制。
3統(tǒng)一基準(zhǔn)源（UFS）的核相儀研究目標(biāo)和內(nèi)容
3.1 研究目標(biāo)
《電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》定義的同步相量是以標(biāo)準(zhǔn)時間信號作為采樣過程的基準(zhǔn)，通過對采樣數(shù)據(jù)計算而得的相量。因而，電力系統(tǒng)交流電氣量的相量之間存在著確定的相位關(guān)系。基于此，開發(fā)一種基于同步相量測量核相方法的廣域核相裝置。并通過廣域電網(wǎng)核相裝置測量待核相兩端的電壓相量值，比較兩測量點(diǎn)之間的相量角度，以此相量角度來判斷測量點(diǎn)兩側(cè)的相位關(guān)系，確定待核相兩側(cè)的相序是否正確。
3.2 系統(tǒng)架構(gòu)
統(tǒng)一基準(zhǔn)源（UFS）的核相儀系統(tǒng)架構(gòu)包括服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層、授相源、待核相四個部分。
（1）服務(wù)層
服務(wù)層包含數(shù)據(jù)防火墻、通訊交換機(jī)和授相服務(wù)器三部分組成，數(shù)據(jù)防火墻提供了對整個數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)安全支撐，通訊交換機(jī)為授相服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換設(shè)備。授相服務(wù)器定時召喚在線核相主機(jī)同步相量信息并將數(shù)據(jù)存儲到授相服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。便攜式核相儀可通過GPRS實(shí)時查詢授相服務(wù)器中的同步相量信息對帶核相線路進(jìn)行核相計算。
（2）網(wǎng)絡(luò)層
在線核相主機(jī)通過內(nèi)置GPRS模塊將采集到的同步相量信息發(fā)送到授相服務(wù)器，作為授相的標(biāo)準(zhǔn)源。
便攜式核相儀通過GPRS獲取授相服務(wù)器的同步相量數(shù)據(jù)，并通過就地采集的同步相量數(shù)據(jù)對線路相位進(jìn)行識別。
（3）授相源
在線核相主機(jī)安裝于已知相位的的母線PT二次側(cè)，裝置安裝配置后。通過自身GPRS模塊向遠(yuǎn)端服務(wù)層授相服務(wù)器進(jìn)行注冊識別。授相服務(wù)器定時向在線核相主機(jī)查詢同步相量信息，并在內(nèi)存中對同步相量信息進(jìn)行緩存，同時將同步相量信息存儲至服務(wù)器中。
（4）待核相
便攜式核相儀將采集口、GPS天線正確連接，打開終端（如手機(jī)、平板、筆記本電腦等）的無線熱點(diǎn)功能后核相儀會自行連接該無線熱點(diǎn)。操作員通過終端Web瀏覽器打開便攜核相儀的操作界面選擇相應(yīng)的核相線路。核相儀通過終端GPRS獲取授相服務(wù)器的實(shí)時同步相量數(shù)據(jù)，并通過自身采集的同步相量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較對線路相位進(jìn)行計算識別。并將結(jié)果展示到Web界面中，提供給操作員作為線路相位識別參考。
3.3 通信交互方案
為了便于使用及可靈活的部署在各個測量點(diǎn)，核相儀應(yīng)該具備準(zhǔn)確的時鐘信號，測量點(diǎn)兩端的信息能夠流暢的交互，并且信息交互不能有距離限制，同時應(yīng)該具有良好的人機(jī)交互界面。
（1）授時方式
考慮到現(xiàn)場安裝的方便、靈活、穩(wěn)定的要求，采用衛(wèi)星授時方式。衛(wèi)星授時通過GPS/北斗衛(wèi)星的授時方式可以達(dá)到20納秒的授時精度，完全滿足相量測量的時鐘要求，此種方式安裝方便，不受其他外部設(shè)備的限制，只要衛(wèi)星天線能夠正常接收衛(wèi)星信號即可完成授時要求。
（2）通信方式
考慮到裝置會為每個采樣點(diǎn)加入準(zhǔn)確的時標(biāo)信號，因此，網(wǎng)絡(luò)本省的延時不會影響設(shè)備的正常運(yùn)行。由于設(shè)備本身具有存儲功能，網(wǎng)絡(luò)中斷時可將臨時數(shù)據(jù)存入內(nèi)置存儲器中，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給服務(wù)器，GPRS網(wǎng)絡(luò)中斷時間一般比較短，不會對核相工作帶來障礙。依據(jù)現(xiàn)有的GPRS 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，且信號覆蓋范圍廣、可利用基站多，因此，選取GPRS的無線通信方式。
（3）人機(jī)交互方式
裝置在使用時需要進(jìn)行必要的參數(shù)配置，使測量信息與實(shí)際測量值的信息吻合，最終的核相結(jié)果也需要通過交互界面展示給用戶。WEB顯示利用WEB界面可以給用戶展示豐富的信息量。此外，WEB界面具有良好的兼容性，用戶可以通過電腦、手機(jī)、平板等終端直接連接讀取數(shù)據(jù)，不需要專用的顯示器件，可以大幅度降低裝置的硬件成本。利用WEB方式利于實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲、分析等工作。WEB方式在用戶體驗(yàn)、設(shè)備穩(wěn)定性、設(shè)備性價比等方面都要優(yōu)于液晶顯示的方式，因此選用WEB的人機(jī)交互界面。
4 效益分析
（1）采用該廣域電網(wǎng)核相儀進(jìn)行核相工作，可以明顯減少核相工作強(qiáng)度，核相過程中一端可使用固定的授相源，不需要頻繁變更，僅需在待核相端安裝一臺核相設(shè)備即可；改變傳統(tǒng)每個核相點(diǎn)需要安裝兩臺核相裝置的過程，核相過程的工作量僅為原來的一半。
（2）解決了傳統(tǒng)核相過程中，由于核相儀通信距離的限制，導(dǎo)致核相點(diǎn)不能超過10米的問題，更便于選擇安全的核相點(diǎn)，保證了核相過程中人員的人身安全。同時核相工作也不在局限在同一電壓等級進(jìn)行核相工作，設(shè)備應(yīng)用場合更廣。
（3）核相數(shù)據(jù)自動保存在后臺服務(wù)器端，可以生產(chǎn)核相報告，以便于日后查看核相數(shù)據(jù)。
5 結(jié)語
統(tǒng)一基準(zhǔn)源（UFS）的核相儀基于同步相量測量的核相技術(shù)，保證了電網(wǎng)核相準(zhǔn)確度，提高了核相效率；核相操作方便，降低了人工操作風(fēng)險，突破現(xiàn)有核相儀核相棒間距離限制；實(shí)現(xiàn)了多地點(diǎn)靈活核相，突破現(xiàn)有核相儀測點(diǎn)位置及測點(diǎn)數(shù)量限制，提升了電網(wǎng)運(yùn)維管理效率，具有廣闊的推廣前景。
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