一种电子式相位指示装置及其应用方法与流程

[0001]
本发明涉及一种电子式相位指示装置及其应用方法，属于电力工业的技术领 域。


背景技术：

[0002]
相位指示在输电线路设计、施工及其维护工作中具有重要意义，可以保证输 电线路工程在计划范围内顺利送电成功，可以为线路运维人员提供正确相位排列 方式，为运维工作提供安全基础。在实际工作中一般要求输电线路相位识别要带 电进行。
[0003]
目前，电网的相位指示主要是靠人工核相，在变电站间隔、电路杆塔上进行 黄绿红三种颜色来指示相位，由于新、旧线路连接点较多，旧线路一部分进行改 造的情况较多，就会导致相位指示混乱，而且各地区管理水平不一致，安装相位 指示牌的规范程度不同，也会使设计及运维人员错误判断相位。为避免相位错误， 设计人员常常需要沿整条线路进行相位核查，一直核到变电站间隔内，大大增加 了劳动强度，影响了设计效率。
[0004]
近几年，由于未能及时更换相位指示牌或相位色标，造成线路改造时线路相 位错误，延误工期导致工程不能按期正常送电，影响了整个电网的供电可靠性。 因此急需研制一种电子式相位指示器，在实际操作中在不影响电力设备正常工作 的前提下准确判断出每一相输电线路的相位,从线路始端至末端，在相位变化的 相应杆塔导线上安装，在进行线路施工图设计时，节省设计人员核对相位的时间， 缩短设计工期，同时减少线路运维单位基础资料收集的工作量。
[0005]
综上所述，目前还没有出现一种准确、快捷的新型电子式相位指示方法。


技术实现要素：

[0006]
针对现有技术的不足，本发明提供一种电子式相位指示装置。
[0007]
本发明还提供上述装置的应用方法。
[0008]
本发明所采用的原理为：在同一电网中a、b、c三相固定不变，a、b、c的 相位差是一定的，可以通过比较输电线路任意处与基准处的电流或电压波形，以 来准确判断任意处的相位排列。
[0009]
本发明是通过采集输电线路的电流、电压波形，对输电线路采样侧任一相波 形的特征值λ
t
与基准侧处λ0进行分析比较，根据三相波形相互间幅值及时间特 点，判断各处相位。
[0010]
由于高压输电线路要求设备有很强的绝缘性能，如果要准确测量线路电流、 电压幅值大小，目前来看有一定难度，但是采样侧的峰值可以不是准确数值，只 需判断峰值时间t及其变化规律，线路上的采样位置可以灵活确定，在不影响时 间t及变化规律基础上，减小采样装置的尺寸大小、绝缘要求，大大降低成本投 入。
[0011]
本发明的技术方案如下：
[0012]
一种电子式相位指示装置，包括：控制模块、与所述控制模块相连的采样模 块、授时模块、通信模块和相位显示模块；
[0013]
所述采样模块由电流或电压互感器组成，安全牢固地安装在输电线路杆塔上， 根据各电压等级绝缘性能的要求，合理调整安装位置，电压越高，可以离带电线 路越远，负责实时测量线路即时运行电流、电压波形，并将测量数据及时传输到 所述控制模块；
[0014]
所述控制模块采用单片机，控制模块接收所述采样模块的采样数据，进行电 流或电压的转换与放大，由内部ad将采样波形转换为数字信号；
[0015]
同时，控制模块还通过授时模块对内部时间进行统一校准，使所述采样侧与 基准侧的时钟保持一致，与整个电网系统的时钟相吻合；
[0016]
所述相位显示模块向控制模块发送采样命令，并且由授时模块发送同步脉冲 触发采样信号触发采样，由控制模块即时测量各相到达峰值的时间峰值时间t
a
、 峰值时间t
b
、峰值时间t
c
；经过分析比较后判断出a、b、c三相，分析比较方法 为基于整体电网的abc三相固定不变，则t
a
、t
b
、t
c
满足以下规律：
[0017]
t
a-t
b
＝nπ+120,t
a-t
c
＝nπ+240；
[0018]
所述相位显示模块用于显示被测线路的相位，所述相位显示模块通过超再生 遥控方式与所述控制模块相连；
[0019]
所述相位显示模块包括相位指示单元和通信触发信号发生单元；
[0020]
相位指示单元以文字指示相位的形式进行指示；
[0021]
或者，相位指示单元以指示灯区分指示相位的形式进行指示；例如，相位指 示单元可由三色led灯组成(黄绿红)，若控制模块判断是a相，则a相灯亮，b、 c相亦然；
[0022]
所述通信触发信号发生单元用于在相位检测时发出触发信号到控制模块，使 通信模块工作进行峰值时间信息的发送。是一种无线控制装置，可在相位检测时 发出触发信号到控制模块，使通信模块工作进行峰值时间信息的发送。
[0023]
根据本发明优选的，所述授时模块采用gps卫星授时。
[0024]
根据本发明优选的，所述授时模块为北天bs-280模块，该北天bs-280模块 通过串口将经纬度及时间信息发送给所述控制模块，并在引脚每秒钟输出1ms 的高电平，用于同步触发。该北天bs-280模块无需编程，上电且成功被卫星定 位到以后可通过串口持续发送数据，控制模块仅需对数据进行解析处理。
[0025]
根据本发明优选的，所述通信模块采用gprs模块，按电子式相位指示装置 采用多个，按照功能划分为基准侧和采样侧，基准侧用于采集整体电网的abc 三相的峰值时间t
a
、t
b
、t
c，
采样侧用于采集待测相位的线路峰值时间t
0，
所述基 准侧和采样侧的电子式相位指示装置是分别通过各自的通信模块进行即时通信；
[0026]
各相的峰值时间由所述控制模块控制所述通信模块进行短信发送；
[0027]
所述基准侧是指变电站出线处，在实际应用中，可根据地形特点，在交通方 便处合理设置基准侧；
[0028]
所述采样侧是指需要相位指示的任意线路杆塔处，包括一般耐张塔、t接处、 π接处、相位交换处等；
[0029]
所述控制模块测的每一相的峰值时间后，通过短信发送时间信息，并对两地 的峰值时间t0与t
a
、t
b
、t
c
进行比较，进而得出三相电的a、b、c相。
[0030]
根据本发明优选的，所述gprs模块为sim800l模块，该模块通过串口与所 述控制模块进行通信。
[0031]
如上述所述装置应用在相位指示的方法，包括设置一个绝对准确的相位基准 值，其特征在于，输电线路其他杆塔的相位指示装置通过与基准侧进行比较来判 断abc三相，具体包括：
[0032]
1)在变电站间隔出线三相位置各安装一套所述电子式相位指示装置，进行 多人监督式的人工核相，保证基准位置的相位指示绝对正确；
[0033]
2)核查人手持所述电子式相位指示装置在杆塔处即核查准确相位，例如： 在线路转角塔位置、特殊直线塔位置、方便核相位的位置、换相位的位置、线路 t接及开断位置分别安装所述电子式相位指示装置。
[0034]
根据本发明优选的，所述采样模块实时对输电线路相线进行测量，连续性的 采集即时运行相电流i
a
、i
b
、i
c
，或相电压v
a
、v
b
、v
c
，并同步将测量信息传输到 所述控制模块。
[0035]
根据本发明优选的，所述控制模块接收测量模块的输出信号相电流i
a
、i
b
、 i
c
，或相电压v
a
、v
b
、v
c
，由内部ad将采样波形转换为数字信号；同时，所述控 制模块还通过所述授时模块对内部时间t进行校准，并在接收到采样命令时由授 时模块发出的同步脉冲触发采样，测量各相到达峰值的时间峰值时间t1、峰值时 间t2、峰值时间t3；各相的峰值时间由所述控制模块控制所述通信模块通过短信 进行发送，经过分析比较后判断出a、b、c三相。
[0036]
根据本发明优选的，所述经过分析比较后判断出a、b、c三相的方法包括： 根据ta-tb＝nπ+120,ta-tc＝nπ+240规律，在任意同时钟的同一电网中，b相波 形峰值时间总是落后a相波形峰值时间nπ+120，c相波形峰值时间总是落后b 相波形峰值时间nπ+120，采样模块通过发短信将采样侧的波形峰值时间发送到 基准侧a相，相互比较计算，判断abc三相。
[0037]
本发明的优点在于：
[0038]
本发明所述装置及应用方法填补了本技术领域的技术空白，在进行线路施工 图设计时，能够节省设计人员核对相位的时间，缩短设计工期，可以广泛应用于 高压输电线路。
[0039]
1、本发明采用模块化结构，包括：单片机msp430f149、互感器、电源模块、 gps授时模块、gprs通信模块、超再生遥控等完成相位指示功能，可集成为一体 安装到线路上，具有技术成熟、稳定可靠、安装方便的优点。
[0040]
2、本发明采用gps授时模块，通过接收模块颜色及手持信号接收器相序显 示保证相位核对准确率100％。
[0041]
3、本发明所述控制模块安装选址灵活，安装方便、工作量小、工作效率高， 采用抗干扰、抗污的外壳，密封性良好，不受雨水、冰雪、粉尘和腐蚀性气体等 外界自然条件和人为因素干扰，确保其内部控制电路板运行安全可靠。
[0042]
4、本发明能节省施工图设计相位核对时间，提高相位核查准确率。
[0043]
5、本发明能节省相位指示牌安装费用及后期粉刷指示色标费用，提高经济 性；减少线路运维单位基础资料收集的工作量。
附图说明
[0044]
图1是本发明所述电子式相位指示装置的电路模块连接图；
[0045]
图2是本发明检测到的三相电源波形图；
[0046]
图3是实施例中选用的具体gps模块；
[0047]
图4是实施例中选用的具体gprs模块。
具体实施方式
[0048]
下面结合实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0049]
如图1-4所示。
[0050]
实施例1、
[0051]
一种电子式相位指示装置，包括：控制模块、与所述控制模块相连的采样模 块、授时模块、通信模块和相位显示模块；
[0052]
所述采样模块由电流或电压互感器组成，安全牢固地安装在输电线路杆塔上， 根据各电压等级绝缘性能的要求，合理调整安装位置，电压越高，可以离带电线 路越远，负责实时测量线路即时运行电流、电压波形，并将测量数据及时传输到 所述控制模块；
[0053]
所述控制模块采用单片机，控制模块接收所述采样模块的采样数据，进行电 流或电压的转换与放大，由内部ad将采样波形转换为数字信号；
[0054]
同时，控制模块还通过授时模块对内部时间进行统一校准，使所述采样侧与 基准侧的时钟保持一致，与整个电网系统的时钟相吻合；
[0055]
所述相位显示模块向控制模块发送采样命令，并且由授时模块发送同步脉冲 触发采样信号触发采样，由控制模块即时测量各相到达峰值的时间峰值时间t
a
、 峰值时间t
b
、峰值时间t
c
；经过分析比较后判断出a、b、c三相，分析比较方法 为基于整体电网的abc三相固定不变，则t
a
、t
b
、t
c
满足以下规律：
[0056]
t
a-t
b
＝nπ+120,t
a-t
c
＝nπ+240；
[0057]
所述相位显示模块用于显示被测线路的相位，所述相位显示模块通过超再生 遥控方式与所述控制模块相连；
[0058]
所述相位显示模块包括相位指示单元和通信触发信号发生单元；
[0059]
相位指示单元以文字指示相位的形式进行指示；
[0060]
或者，相位指示单元以指示灯区分指示相位的形式进行指示；例如，相位指 示单元可由三色led灯组成(黄绿红)，若控制模块判断是a相，则a相灯亮，b、 c相亦然；
[0061]
所述通信触发信号发生单元用于在相位检测时发出触发信号到控制模块，使 通信模块工作进行峰值时间信息的发送。是一种无线控制装置，可在相位检测时 发出触发信号到控制模块，使通信模块工作进行峰值时间信息的发送。
[0062]
所述授时模块采用gps卫星授时。其中，表1是gps模块引脚功能表。
[0063]
所述授时模块为北天bs-280模块，该北天bs-280模块通过串口将经纬度及 时间信息发送给所述控制模块，并在引脚每秒钟输出1ms的高电平，用于同步触 发。该北天bs-280模块无需编程，上电且成功被卫星定位到以后可通过串口持 续发送数据，控制模块仅需对数据进行解析处理。
[0064]
表1：gps模块引脚功能
[0065][0066]
所述通信模块采用gprs模块，按电子式相位指示装置采用多个，按照功能 划分为基准侧和采样侧，基准侧用于采集整体电网的abc三相的峰值时间t
a
、t
b
、 t
c，
采样侧用于采集待测相位的线路峰值时间t
0，
所述基准侧和采样侧的电子式相 位指示装置是分别通过各自的通信模块进行即时通信；
[0067]
各相的峰值时间由所述控制模块控制所述通信模块进行短信发送；
[0068]
所述基准侧是指变电站出线处，在实际应用中，可根据地形特点，在交通方 便处合理设置基准侧；
[0069]
所述采样侧是指需要相位指示的任意线路杆塔处，包括一般耐张塔、t接处、 π接处、相位交换处等；
[0070]
所述控制模块测的每一相的峰值时间后，通过短信发送时间信息，并对两地 的峰值时间t0与t
a
、t
b
、t
c
进行比较，进而得出三相电的a、b、c相。
[0071]
所述gprs模块为sim800l模块，该模块通过串口与所述控制模块进行通信。
[0072]
实施例2、
[0073]
如实施例1所述所述装置应用在相位指示的方法，包括设置一个绝对准确的 相位基准值，输电线路其他杆塔的相位指示装置通过与基准侧进行比较来判断 abc三相，具体包括：
[0074]
1)在变电站间隔出线三相位置各安装一套所述电子式相位指示装置，进行 多人监督式的人工核相，保证基准位置的相位指示绝对正确；
[0075]
2)核查人手持所述电子式相位指示装置在杆塔处即核查准确相位，例如： 在线路转角塔位置、特殊直线塔位置、方便核相位的位置、换相位的位置、线路 t接及开断位置分别安装所述电子式相位指示装置。
[0076]
如图1所示，所述基准侧和采样侧分别是独立的电子式相位指示装置，两者 通过即时通信相互联系。在基准侧包括与第一控制模块相连的第一采样模块、第 一授时模块和第一通信模块，在采样侧包括与第二控制模块相连的第二采样模块、 第二授时模块和第二通信模块。
[0077]
所述采样模块实时对输电线路相线进行测量，连续性的采集即时运行相电流 i
a
、i
b
、i
c
，或相电压v
a
、v
b
、v
c
，并同步将测量信息传输到所述控制模块。
[0078]
所述控制模块接收测量模块的输出信号相电流i
a
、i
b
、i
c
，或相电压v
a
、v
b
、 v
c
，由内部ad将采样波形转换为数字信号；同时，所述控制模块还通过所述授 时模块对内部时间t进行校准，并在接收到采样命令时由授时模块发出的同步脉 冲触发采样，测量各相到达峰值的时间峰值时间t1、峰值时间t2、峰值时间t3； 各相的峰值时间由所述控制模块控制所述通信模块通过短信进行发送，经过分析 比较后判断出a、b、c三相。
[0079]
所述经过分析比较后判断出a、b、c三相的方法包括：根据ta-tb＝nπ+120,ta-tc＝nπ+240规律，在任意同时钟的同一电网中，b相波形峰值时间总是 落后a相波形峰值时间nπ+120，c相波形峰值时间总是落后b相波形峰值时间 nπ+120，采样模块通过发短信将采样侧的波形峰值时间发送到基准侧a相，相 互比较计算，判断abc三相。
[0080]
应用例1、
[0081]
某一35kv线路改接工程进行相位核查，该工程包含5条老旧线路，分别来 自5个距离很远的变电站，且每条线路中间都经历过改造，有较多的排列方式改 变及t接，相位核查工作较为复杂，利用本发明进行相位核查，只需要在线路改 接附近利用相位指示模块监测每条线路的相位排列即可快速获得准确的相位。
[0082]
所述电子式相位指示装置，是通过以下过程实现的：
[0083]
设置一个绝对准确的相位基准值，输电线路其他杆塔的相位指示装置通过与 基准值进行比较来判断abc三相：在变电站间隔出线三相位置各安装一套相位指 示装置，进行多人监督式的人工核相，保证基准位置的相位指示绝对正确，然后 在线路转角塔位置、特殊直线塔位置、方便核相位的位置、换相位的位置、线路 t接及开断位置安装相位指示装置，核查人手持相位指示装置在杆塔处即可核查 准确相位。
[0084]
所述采样模块时对输电线路相线进行测量，连续性的采集即时运行相电流 i
a
、i
b
、i
c
，或相电压v
a
、v
b
、v
c
，并同步将采样信息传输到控制模块。
[0085]
所述控制模块接收采样模块的输出信号相电流i
a
、i
b
、i
c
，或相电压v
a
、v
b
、 v
c
，由内部ad将采样波形转换为数字信号。同时，单片机还通过外部授时模块 对内部时间t进行校准，并在接收到采样命令时由授时模块发出的同步脉冲触发 采样，采集各相到达峰值的时间峰值时间t1、峰值时间t2、峰值时间t3。各相的 峰值时间由单片机控制通信模块通过短信进行发送，经过分析分析比较后判断出 a、b、c三相。
[0086]
所述授时模块采用gps卫星授时(可用北天bs-280模块)，将经纬度及时间 信息发
送给控制模块，并在引脚每秒钟输出1ms的高电平，可用于同步触发。
[0087]
所述通信模块采用gprs(可用sim800l模块)，通过串口与控制模块进行通 信，每一相的峰值时间后，通过短信发送时间信息，并对两地的峰值时间进行比 较，进而得出三相电的a、b、c相。
[0088]
相位显示模块由相位指示单元、通信触发信号发生单元组成，相位指示单元 可由三色led灯组成(黄绿红)，若控制模块判断是a相，则a相灯亮，b、c相 亦然；通信触发信号发生单元是一种无线控制装置，可在相位检测是发出触发信 号到控制模块，使通信模块工作进行峰值时间信息的发送。
[0089]
应用例2、
[0090]
如应用例1所述电子式相位指示方法，其区别在于，该工程是要t接1条老 旧线路，该线路有较多的换位及排列方式改变，且该线路大部分都处于山区，很 难逐基杆塔核查，只需在一方便核查的地方及t接处核查即可。
[0091]
应用例3、
[0092]
如应用例1所述电子式相位指示方法，其区别在于，该工程是要新建一条线 路，该线路从已有变电站出线，进入到新建变电站中，在工程施工送电完成后， 在出线变电站间隔处、进线变电站间隔处、耐张塔处、导线换位处安装相位指示 装置，利用本发明电子式相位指示方法对新建全线线路相位进行准确指示。
[0093]
应用例4、
[0094]
如应用例1所述电子式相位指示方法，其区别在于，该项目是输变电运维人 员为了更好的对运行线路相位进行监测，在老旧线路、重要线路、连接点线路等 处安装相位指示装置，利用本发明电子式相位指示方法对线路相位进行准确指示。
[0095]
应用例5、
[0096]
如应用例1所述电子式相位指示方法，其区别在于，该项目是用户新建工程， 需要从电网多处进行连接，此种情况可以在用户线路与电网连接处安装相位指示 装置，对用户相位进行准确指示，用户线路也可以安装，由用户自愿进行。