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核相是指在電力系統電氣操作中用儀表或其他手段核對兩電源或環路相位、相序是否相同。在實際電力的運行中，對相位差的測量，新建、改建、擴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，都必須進行三相電路核相試驗，以確保輸電線路相序與用戶三相負載所需求的相序一致。但是現有核相裝置在核相效率、操作規程、測點位置及數量等方面還存在諸多不足，因此，迫切需要開發新型的核相裝置來提高電網核相運維管理效率，適應智能化電網的發展。
1 核相儀發展研究現狀
10kV 以上的電力設備投運前，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，進行的核相試驗采用直接核相和間接核相結合的辦法。也就是高壓部分進行一次核相，同時在 PT 二次部分進行二次電壓核相，以確保待核設備電源與系統電源的相位、相序都一致，無任何接線錯誤。對于高壓一次核相儀器，已經從有線核相方式發展到無線核相方式，但是在核相操作步驟上沒有多大的變化。
傳統“一次核相”主要采用核相儀器及核相棒來完成。在電力系統的低壓配電網中，目前廣泛應用的方式有兩種，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人同時進行配合。一人擔任指揮，兩人穿絕緣靴、戴絕緣手套擔任核相員，一人儀表記錄。核相工作根據指揮人員的命令進行，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時，兩人需動作協調，配合默契，以免出差錯，發生危險。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 人同時進行配合，一人操作一人監護。將發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 側二次設備的相位進行核相或 0.4kV 以下交流電進行核相，一般應用萬用表進行。采用“二次核相”方法時，如果 PT 一次或二次回路接線錯誤，會嚴重影響核相工作的正確性。
兩種核相方法各有優缺點，“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果正確，因此核相的結果可靠程度卻比一次核相方法低。目前，電力系統中廣泛采用“一次核相”和“二次核相”相結合的方法，既增加了人力物力成本，又需要更高的安全保障制度。
2 改進核相儀需要解決的問題
綜上所述，對于傳統核相方法，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同一電壓等級下的不同拓撲點；
2）核相所需的兩電源信號必須同時采集；
3）參與一個核相試驗的人員很多，人工成本很大；
4）步驟很多，花費時間長；
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調和人身安全問題；
6）兩電源點相距不能太遠，據實際操作經驗表明，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射器（核相棒所在位置）不應超過15米。
按上述特點，從中看到傳統核相方式有很多可以改進的地方。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，又能保證核相試驗的順利完成？這不僅僅是個技術問題，而且它在安全管理和經濟上帶來的收益也是可以明顯預見的。傳統的核相方法，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備，在應用范圍上有諸多限制。
3統一基準源（UFS）的核相儀研究目標和內容
3.1 研究目標
《電力系統實時動態監測系統技術規范》定義的同步相量是以標準時間信號作為采樣過程的基準，通過對采樣數據計算而得的相量。因而，電力系統交流電氣量的相量之間存在著確定的相位關系。基于此，開發一種基于同步相量測量核相方法的廣域核相裝置。并通過廣域電網核相裝置測量待核相兩端的電壓相量值，比較兩測量點之間的相量角度，以此相量角度來判斷測量點兩側的相位關系，確定待核相兩側的相序是否正確。
3.2 系統架構
統一基準源（UFS）的核相儀系統架構包括服務層、網絡層、授相源、待核相四個部分。
（1）服務層
服務層包含數據防火墻、通訊交換機和授相服務器三部分組成，數據防火墻提供了對整個數據層的數據安全支撐，通訊交換機為授相服務器的數據交換設備。授相服務器定時召喚在線核相主機同步相量信息并將數據存儲到授相服務器數據庫中。便攜式核相儀可通過GPRS實時查詢授相服務器中的同步相量信息對帶核相線路進行核相計算。
（2）網絡層
在線核相主機通過內置GPRS模塊將采集到的同步相量信息發送到授相服務器，作為授相的標準源。
便攜式核相儀通過GPRS獲取授相服務器的同步相量數據，并通過就地采集的同步相量數據對線路相位進行識別。
（3）授相源
在線核相主機安裝于已知相位的的母線PT二次側，裝置安裝配置后。通過自身GPRS模塊向遠端服務層授相服務器進行注冊識別。授相服務器定時向在線核相主機查詢同步相量信息，并在內存中對同步相量信息進行緩存，同時將同步相量信息存儲至服務器中。
（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、平板、筆記本電腦等）的無線熱點功能后核相儀會自行連接該無線熱點。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的核相線路。核相儀通過終端GPRS獲取授相服務器的實時同步相量數據，并通過自身采集的同步相量數據進行比較對線路相位進行計算識別。并將結果展示到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，核相儀應該具備準確的時鐘信號，測量點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，同時應該具有良好的人機交互界面。
（1）授時方式
考慮到現場安裝的方便、靈活、穩定的要求，采用衛星授時方式。衛星授時通過GPS/北斗衛星的授時方式可以達到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，不受其他外部設備的限制，只要衛星天線能夠正常接收衛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加入準確的時標信號，因此，網絡本省的延時不會影響設備的正常運行。由于設備本身具有存儲功能，網絡中斷時可將臨時數據存入內置存儲器中，待網絡恢復正常時將數據打包發送給服務器，GPRS網絡中斷時間一般比較短，不會對核相工作帶來障礙。依據現有的GPRS 網絡實現數據傳輸，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）人機交互方式
裝置在使用時需要進行必要的參數配置，使測量信息與實際測量值的信息吻合，最終的核相結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、平板等終端直接連接讀取數據，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方式利于實現歷史數據的存儲、分析等工作。WEB方式在用戶體驗、設備穩定性、設備性價比等方面都要優于液晶顯示的方式，因此選用WEB的人機交互界面。
4 效益分析
（1）采用該廣域電網核相儀進行核相工作，可以明顯減少核相工作強度，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備即可；改變傳統每個核相點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）解決了傳統核相過程中，由于核相儀通信距離的限制，導致核相點不能超過10米的問題，更便于選擇安全的核相點，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行核相工作，設備應用場合更廣。
（3）核相數據自動保存在后臺服務器端，可以生產核相報告，以便于日后查看核相數據。
5 結語
統一基準源（UFS）的核相儀基于同步相量測量的核相技術，保證了電網核相準確度，提高了核相效率；核相操作方便，降低了人工操作風險，突破現有核相儀核相棒間距離限制；實現了多地點靈活核相，突破現有核相儀測點位置及測點數量限制，提升了電網運維管理效率，具有廣闊的推廣前景。
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