国网绍兴供电公司 傅力帅 陆晓东 章 琦 张毅磊 吴一飞 西安双英科技股份有限公司 王海滨 高永峰

引 言

所谓低压台区并网就是将两个低压电力系统发生电气连接实现功率交换的行为，这样就可以把负荷高的线路上的一部分负荷调整到负荷低的线路上，使得用户负荷处于均衡状态。但在并网前需确认两路电源系统的相序，确保两路电源系统相序一致，因为相位或相序不同的电源系统并网后将产生很大的电流，导致电气设备的损坏等重大的电力安全事故，以确保输电线路相序与用户三相负载所需求的极性和相序一致。但由于历史原因，当时布线时没考虑全面，用户末端A、B、C三相相位分不清，开始时电工也是哪相方便接哪相，尤其是老旧小区线路比较乱，使得相位识别困难，进而很难调整，但又必须调整改造，并且国家电网公司为解决低电压和线损大问题，专门对供电公司的电压合格率作为一项指标进行考核，这就需要一种能够识别A、B、C三相相位的仪器协助电工对低压线路进行改造。

在电力系统中两路电源基本是一个电源系统（图1），使用万用表分别测量电源1的A相与电源2的A、B、C三相线电压差，若小于额定电压的5%则为电源1的A相同相，三路依次测量可判断出两路电源的相序。上述方法在现场作业中需一人在电源1处一人在电源2处一人监护，共需三人才能完成。需要做3×2=6次测量，若两处电源距离较远需给万用表配很长的延长线，存在一定的安全风险，同时两人间需来回走动或大声喊话影响别人工作，中途测量错误需要重新测量，相当繁琐。因此研究一种适用于两路电源一次性判断三相电压的极性和相序的方法就有很高的应用价值和实际意义。

1 基于低压核相的台区并网快速检测研究与实施

1.1 进行前期分析与调研

为确保项目顺利开展实施，对整个系统的功能要求、通信方式等进行了分析，提出了使用两台仪表分别作为主、从机测量两路电源的三相电压和电流的幅值和相位，主、从机相互读取对方采集的数据，主、从机的CPU对读取的两路电源的三相电压和电流的相位进行核相，可查看两路电源的负荷情况，同时可根据两路电源电压的相位关系分析判断两路电源的电压的相序和极性。为实现上述处理过程,主要对以下问题进行研究：对被测电源的电压和相位需精确测量，精准、快速；主、从机之间采用RS485通信，稳定、可靠；对采集的两路电源的三相电压和电流的相位进行核相。

1.2 设计具体的设备方案

1.2.1 系统的设计及开发

系统采用两台仪表分别作为主、从机测量两路电源的三相电压和电流幅值和相位，主、从机使用相同的硬件。硬件设计的基本思路是将输入信号进行取样放大电路后送入MCU内部ADC进行采样转换，MCU对采样结果加以分析和处理，再将处理好的数据通过TFT屏幕显示出来，或将结果通过蓝牙或USB传送给其他设备。从图2可看出整个仪表由两个MCU同时工作，测量MCU主要负责信号采样并对结果进行分析和处理，显示MCU主要负责显示处理后的结果和界面间的跳转。主要电路模块包括取样放大电路、外部基准电路、充电电路、3.3V电源模块、电源隔离模块、脉冲输入输出模块、触摸电路、外部FLASH模块、蓝牙通信模块、RS485通信模块等。其中电源模块具有自动关机控制电路，使得校验仪在一段时间后可自动关机。为保证测量的精度，仪表使用了外部电压基准电路输出基准电压供给ADC作为测量的参考电压，外部FLASH用于存储测量结果。主、从机间采用带屏蔽RS485线通信，安全、距离远、抗干扰能力强，主、从机既可单机工作用于用电检查，又可双机连接用于低压核相。

单机工作下，用于用电检查时主要有以下功能：主、从机具有6路输入（3路电压、3路电流），支持三相四线和三相三线接线方式；3.5寸高分辨率（320×480）真彩色TFT显示，触摸屏操作，可实时同屏显示电压和电流真有效值、相位、频率、功率、功率因数等电参数，测量结果以向量图、幅值、相位、一次等多种方式显示；可实时显示三相电压、电流波形；具有电能质量分析功能，可显示三相电压、电流基波幅值、2～50次谐波含有率和柱状图；可计算显示负载产生的谐波功率，计算谐波功率占比；可根据用户不同负载类型实时进行三相三线制192种和三相四线2304种接线错误判定，可直接显示功率表达式和错误接线图，并进行追补电量计算；具有光电脉冲输入输出接口（两个输入，一个输出），具备三相电能表误差校验和常数校核功能,支持主副表同时校准；具有RS485接口，可进行电能表抄表，读取电能表内部测量结果，或用于主、从机RS485通信；具有红外接口，可进行电能表抄表，读取电能表内部测量结果；支持4G大容量TF卡存储，可核相、存储接线检查、电表校验和趋势图，数据方便导入Excel；可选配500A、1500A等电流钳，测量CT变比；支持软件校准，内部无硬件校准，稳定度好，年变差小；预留蓝牙和USB接口，方便以后连接安卓手机，利用联机APP扩充更多功能。

双机连接用于低压台区核相时，主要功能如下：包括主机和从机，主、从机之间采用RS485通信，安全可靠；主、从机可以向量图、功率和判别三种不同方式显示主、从机的三相电压和电流的幅值、相位和功率等电参数，通过三相电压相位关系分析判断主、从机电压相序和极性。

1.2.2 实现方法和思路

单机工作时，在一个完整的测量周期内，单机对一路电源的三相电压和电流的幅值、相位进行测量计算，并将三相电压和电流真有效值、相位、频率、功率、功率因数等电参数以向量图、幅值、相位、谐波和波形等多种方式实时同屏显示到显示屏上，方便用户不同的现场需求；双机连接工作时，在一个完整的测量周期内主、从机分别同步对两路电源的三相电压和电流的幅值、相位进行测量计算，主、从机通过RS485通信线读取对方的测量数据，主、从机的CPU对读取的两路电源的三相电压和电流的相位进行核相，对两路电源的三相电压的相位分别进行比较，主机A相电压作为基准分析判断主、从机电压相序。若某相的电压相位在355°～5°范围此相为A相电压，若电压相位在115°～125°范围此相为B相电压，电压相位在235°～245°范围此相为C相电压。若主、从机的电压相序一致则主、从机电压同相，否则主、从机电压不同相，从而可准确判断两路电源的三相电压的相序和极性。同时由于主从机分别带有电流测量，可对两路电源的功率进行计算并将这些结果显示到显示屏上。

2 试验与效果分析

2.1 仪表外观及基本误差

仪表外观：充电和USB接口位于仪表顶部，为microUSB（通用安卓接口），可用于仪表充电；充电指示灯外接USB充电接入时会亮，充电时为红色，充满后变成绿色；电池电压低时欠电红色指示灯会亮；工作指示灯指示主机工作状态，在测量和信过程中会闪烁；右侧电源开关用以开机和复位；TF存储卡位于仪表底部，不可开机状态下插拔，应关机后操作；红外发射器用于发射红外抄表，红外接收器用于接收红外抄表信号；电流钳切换开关，可用于切换使用的电流钳（选配500A电流钳时有）；主表脉冲输入输出用于电能校验的电能脉冲输入输出，接主表；副表脉冲输入输出用于电能校验的电能脉冲输入输出，接副表；RS485接口用于RS485抄表或用于主、从机RS485通信。

2.2 主要功能

单机模式下用于用电检查时：在单机模式下以向量图、幅值、相位、一次、谐波、波形等多种方式实时同屏显示三相电压和电流真有效值、相位、频率、功率、功率因数等电参数，同时也可以对电表进行电能误差校验，该表功能强大可以满足客户现场的不同需求。

双机连接用于低压核相时：主、从机间采用20米长的RS485通信线，在较强的电磁干扰环境中可稳定可靠的通信，满足两路电源的测量距离需要。对相序和极性判断100%正确。稳定、可靠，操作简单，判别结果响应快速、结论直观。

图4中核相界面下有三个小界面，分别为向量图、功率和判别。测量数据既可在主机查看也可在从机查看，向量图界面以箭头的形式分别显示主、从机三相输入的电压、电流和相位角的幅值和相位关系；功率界面以表格方式分别显示了主、从机三相输入电压、电流、相位角和功率等测量结果，可直观显示两路电源现场的负荷情况；判别界面显示主、从机电压的相位，分析判断主、从机电压相序，在此界面可直观看出主机电压相序为A-C—B，从机电压相序为A-C-B，主、从机电压相序一致故主、从机电压同相。

表1 幅值测量误差

表2 频率、相位测量误差

表3 电能计量误差