電力線路相位無線檢測方法的研究與實現(xiàn)

本文提出一種高壓電力線路相位無線檢測 的新方法 ，該方法 由 個發(fā)送裝置和 個接收裝置組成 ，發(fā)送裝置主要利用 電

磁藕合和限幅電路采集電網(wǎng)電壓信號 ，將采集到的電網(wǎng)電壓信號進行 調(diào)制發(fā)送到接收裝置 ，接收裝置將接收到的來 自

個發(fā)送裝置的電壓信號進行解調(diào) ，解調(diào)后恢復(fù)原來相位信號進行實時 比較得到相位脈沖信號 ，從而間接地實現(xiàn)了對被測線路不同相之間的相位進行檢測 ，發(fā)送模塊采用高頻發(fā)送來解決強磁場干擾問題 ，利用該技術(shù)已成功地開發(fā) 了高壓電力線路無線核相儀，該裝置可以方便地對電網(wǎng)并網(wǎng)合閘進行檢測 。

引 言

相位與頻率是工頻交流信號 的 個重要參數(shù) ， 同頻正弦信號間相位差 的測量在工業(yè) 自動化 、 智能控制及通信、 電子 、地球物理勘探等許多領(lǐng)域都有著廣泛 的應(yīng)用 ，如網(wǎng)絡(luò)模型辯識 、 特性測試 、 故 障診 斷、 電網(wǎng)的功率 因素測量 、 電機功角測試 、 介質(zhì)材料損耗角的確定等。 在 電力系統(tǒng)監(jiān)控 中，常需要監(jiān)視功率 因數(shù) 、 有功功率 、 無功功率 等 ，這些量直接與交流 電的電壓和 電流的相位差角有關(guān) ，特別是在 電力 系統(tǒng) 中電 網(wǎng)并 網(wǎng)合 閘 、 新發(fā) 電站并網(wǎng) 、 新變電站投產(chǎn)前 ，輸變 電工程擴建 、 改造或主設(shè)備大修后 ，竣工投運現(xiàn)場經(jīng)常要做核相實驗 。 其 中，包括核對相序和相位 ，即需要測量并 網(wǎng) 的兩 電網(wǎng)對應(yīng)兩相 的相位差 ，以防止 由于相序或相位不 正確而短 路 ，造成設(shè)備損壞 ，給用戶帶來不必要 的麻煩等。 并 網(wǎng)合閘時要求兩 電網(wǎng)的電壓之間的相位嚴格相同，因此 ，這時就需要較精確測量 個電網(wǎng)對應(yīng)相之間的電壓相位差 ， 由此可 以看 出相位差測量的重要性，〕 。

常規(guī)測量中大多數(shù)均采用有線方式直接測量 ，可得到較精確的結(jié)果 ，對于低壓線路也較安全方便 但是對幾以上的高壓線路進行相位測量時 ，有線方式拖線長、操作不便且存在一定 的危險性 。 因此 ，為了克服高壓線路測量相位的缺點 ，本文提 出一種高壓 電力線路相位無線檢測 的新方法 。 該方法主要采用 個發(fā)送裝置和 個接收裝置來完成。 發(fā)送裝置使用時與被測線路接觸或接近 ，主要用于采集電壓相位信號 ，并通過調(diào)制電路把 電壓相位信號發(fā)送到接收裝置 接收裝置把接收到的 路調(diào)制信號進行解調(diào)恢復(fù) 出電網(wǎng) 電壓信號 ，把 路電網(wǎng)電壓信號進行 比較即可得到被測線路的相位差信號相位采集方法高壓電力線路電壓很高，周圍場強也很強 ，無線相位檢測裝置工作時，將發(fā)送裝置 的電極與高壓單相線路接觸或接近 ，根據(jù) 電磁場理論在電極上就可 以藕合 出具有相應(yīng)相位關(guān)系的工頻 電磁信號 ，該 電磁信號 又能在 電極 電感線圈上感應(yīng)出相應(yīng)電動勢 。 ， 。 當電極距離高壓 電力線路為 時 ，根據(jù)“ 畢奧一薩伐爾定律" 計算得 出此時電極以所 ， ’ 處 位’芯置 的 目 磁附感 ，郎應(yīng) 強一度 認為 月 ‘ 興兀。 “ 又 根 ，卜據(jù)川 電毛磁附感 ，郎應(yīng)定律 ，電動勢 的大小與穿過 電感線圈的磁通量的變化圖 高壓正 弦信號與限幅波關(guān)系示意圖在電路設(shè)計時，發(fā)送天線 同時也作為信號采集處理

電路簡稱電極。 當高壓線路進行相位檢測時 ， 電極與被測高壓線路相接觸 或接近 ，根據(jù)上述理論在電極上禍合出頻率為工頻 的電磁信號 ， 電磁信號在 電極 電感線圈上感應(yīng) 出電動勢 ，通過限幅電路把電網(wǎng)電壓信號取出。

濾波后 方波信號再分為 路 一路送至聲光顯示 電路進行聲光顯示 ，表示裝置 已經(jīng)正常工作 另一路送至發(fā)送模塊進行 調(diào)制 ，經(jīng)過發(fā)送模塊調(diào)制后的電網(wǎng)電壓方波信號又送 回至天線發(fā)送到接收裝置 。 電網(wǎng)電壓相位信號采集和處理電路。

數(shù)據(jù)無線傳輸方法

目前 ，無線數(shù)據(jù)傳輸在各個領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用 ，數(shù)字調(diào)制傳輸系統(tǒng)就是用數(shù)字基帶信號調(diào)制載波的一種傳輸系統(tǒng) ，這個系統(tǒng)也稱為數(shù)字頻帶傳輸 系統(tǒng)。 數(shù)字信號有 種傳輸方式 基帶傳輸 數(shù)字信號直接傳送 的方式是將信源發(fā)出的信息碼經(jīng)碼型變換及波形形成后直接傳送至接收端頻帶傳輸 用數(shù)字基帶信號調(diào)制載波后的傳送方式 ，頻帶傳輸?shù)妮d波的波形是任意的，但大多數(shù)的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)都選擇單頻信號 正 弦波或余弦波作為載波。

檢測裝置及其無線數(shù)據(jù)傳輸干擾指在工作數(shù)據(jù)頻段內(nèi)產(chǎn)生對有用信號造成損害的無用信號或電磁干擾 。 無用信號和 電磁干擾不 同，無用信號也是信號 電磁干擾是疊加在有用信號上 的電磁噪聲 ，它是除信號 以外所有 電磁發(fā)射或任何傳輸通道不應(yīng)出現(xiàn)的電磁現(xiàn)象 。高壓輸電線路在導(dǎo)線周圍形成一個強大的電場且導(dǎo)線表面場強較高 ，當輸 電線路表面 電場強度超過空氣分子的游離強度一般在 時 ，就可 聽到“ 刺刺" 的放電聲 ，嗅到臭氧認 的氣味 ，夜間還可 以看到導(dǎo)線周圍發(fā) 出的藍紫色熒光 ，這就是 電暈放 電。 當導(dǎo)線周圍空 間產(chǎn)生局部電暈放 電時 ，在其交流正半波發(fā)射出不同頻率的電磁輻射波 ，對線路鄰近無線數(shù)據(jù)信號傳輸及裝置產(chǎn)生干擾 絕緣子 、 金屬元件連接處 的間隙放 電火花放射出的更高頻率 ，也會產(chǎn)生時間斷續(xù) 的機率甚小 的電磁波干擾 。 對于高壓輸 電線路 ，這些干擾是不可避免的 ，因為輸 電線路設(shè)計時只考慮在好天氣下不 出現(xiàn)全面電暈時 ，但每天早 、 晚及 不 良氣候下還 是 可 能 出現(xiàn) 電暈的。 隨著電壓 的升 高 ，先 出現(xiàn)起 始 電暈 ， 然后 是 可見 電暈 ，最后形成全 面 電暈 。 由于 電暈放射 出不 同強度和不同頻率的電磁波 ，便形成裝置及其無線數(shù)據(jù)傳輸 的干擾根源 。 輸電線路電暈產(chǎn)生的脈沖電磁波沿著線路兩側(cè)橫向傳播 ，無線發(fā)送接收模塊受到脈沖電磁波干擾后 ，便會影響收發(fā)信號的質(zhì)量 ，在正常工作時接收 的有用信號 的波形幅值和相位受 到影 響 ，導(dǎo)致達不 到正常工作所需 的信噪 比。 在進行實際相位檢測時 ，發(fā)送裝置在 同高壓導(dǎo)線接觸或接近時會產(chǎn)生明顯的電暈現(xiàn)象。

電暈放 電 的單 個 脈 沖很 窄 ， 脈 沖寬度 在 娜 量級 。 實際交流線路 的電暈放 電多發(fā)生在工頻 的正 、 負峰值附近 ，有一系列脈 沖組成脈 沖群 ，其波形十分不規(guī)則 。脈沖群的持續(xù)時間約為 一 。 這樣一 系列的脈沖，必然產(chǎn)生豐富的高頻分量 。 隨著頻率 的提高 ，其頻譜分量減少 。 大量的測量結(jié)果統(tǒng)計出輸電線路電暈放 電的頻譜特性在 一 之間，一般無線 電噪聲的頻譜特性不受季節(jié) 、 時間、 氣候等條件的影響 。 輸 電線路的電暈可產(chǎn)生被稱為電磁干擾 的高頻噪聲。 研究表明，在數(shù) 以上的頻率點 ，電暈噪聲電平顯著降低。 輸電線路電暈對無線電的干擾 ，主要是指對無線 電接收機 的中波段 內(nèi)的干擾 ，而在一般情況下 ，輸電線路對短波的干擾很小 ?？垢蓴_的措施解決抗干擾問題需要選擇發(fā)送 模塊 的合適頻 率個 發(fā) 送 模 塊 的 發(fā) 射 接 收 頻 率 分 別 為 和巧 ，以及合理的對發(fā)送接收信號進行處理 ，在裝置 中設(shè)置濾波等電路得到 的有用信號 。 在高壓無線相位檢測裝置設(shè)計 的同時采用屏蔽 、 數(shù)字地和模擬地嚴格一點供地 ，屏蔽地 ，加去禍 電容和放 電管等措施解決磁場抗干擾問題以及無線數(shù)據(jù)傳輸問題〕 。

結(jié) 論

高壓無線核相儀可 以對 高壓線路進行相位檢測 ，為了保證在通信過程 中不對其他設(shè)備產(chǎn)生影響，在設(shè)計時限制了其通信距離不 能超過 。 此項技術(shù)的進一步研究 ，可推廣應(yīng)用到對高壓 電力線路避雷器阻性泄漏電流的無線檢測等場合 。

參考文獻

實驗 目的是為了驗證所設(shè)計的高壓無線核相儀測量高壓電力線路電壓相位差的精度和無線通信距離。實驗主要利用 組調(diào)壓器和 組 高壓實驗變壓器調(diào)壓器和高壓實驗變壓器串聯(lián)在一起 ，調(diào)壓器主要用于改變實驗變壓器的輸 出電壓 ，使其在 一 范圍內(nèi)變化來完成 。 實驗時調(diào)壓器的輸人端采用 種接線方式一種方式是將 個調(diào)壓器輸入端接在三相 電源 同一條端

線上構(gòu)成同相電路 ，即相當于構(gòu)成 個同相電網(wǎng)另一種方式是將 個調(diào)壓器輸人端接在三相電源不 同的端線上構(gòu)成異相電路 ，即相 當于構(gòu)成 個異相 電網(wǎng)。 實驗時要求接收裝置同 個實驗變壓器保持一定距離 測量發(fā)送裝置的發(fā)送距離，把高壓無線核相儀測量的 個實驗變壓器輸出端的電壓相位差與示波器測試調(diào)壓器輸人端的電壓相位差 比較 ，實驗結(jié)果表明，高壓無線核相儀測量精度在 “ 以 內(nèi)。 通過調(diào)整發(fā)送模塊的供 電電壓 設(shè)計時采用 供電和天線的長度設(shè)計時發(fā)送天線的長度取 。 ，接收天線的長度取 。 可 以 限制發(fā)送距離在 以 內(nèi)。 目前電網(wǎng)并 網(wǎng)核相時兩 電網(wǎng)同相和不 同相的相位差值 ， 國外 的標準是相位差值小 于 " 認 為是同相 ，相位差值大于 認為是異相 ，所 以設(shè)計的高壓無線核相儀符合電網(wǎng)并網(wǎng)核相的檢測要求。