高压电力线路相位无线检测方法的研究与实现

本文提出一种高压电力线路相位无线检测 的新方法 ，该方法 由 个发送装置和 个接收装置组成 ，发送装置主要利用 电

磁藕合和限幅电路采集电网电压信号 ，将采集到的电网电压信号进行 调制发送到接收装置 ，接收装置将接收到的来 自

个发送装置的电压信号进行解调 ，解调后恢复原来相位信号进行实时 比较得到相位脉冲信号 ，从而间接地实现了对被测线路不同相之间的相位进行检测 ，发送模块采用高频发送来解决强磁场干扰问题 ，利用该技术已成功地开发 了高压电力线路无线核相仪，该装置可以方便地对电网并网合闸进行检测 。

引 言

相位与频率是工频交流信号 的 个重要参数 ， 同频正弦信号间相位差 的测量在工业 自动化 、 智能控制及通信、 电子 、地球物理勘探等许多领域都有着广泛 的应用 ，如网络模型辩识 、 特性测试 、 故 障诊 断、 电网的功率 因素测量 、 电机功角测试 、 介质材料损耗角的确定等。 在 电力系统监控 中，常需要监视功率 因数 、 有功功率 、 无功功率 等 ，这些量直接与交流 电的电压和 电流的相位差角有关 ，特别是在 电力 系统 中电 网并 网合 闸 、 新发 电站并网 、 新变电站投产前 ，输变 电工程扩建 、 改造或主设备大修后 ，竣工投运现场经常要做核相实验 。 其 中，包括核对相序和相位 ，即需要测量并 网 的两 电网对应两相 的相位差 ，以防止 由于相序或相位不 正确而短 路 ，造成设备损坏 ，给用户带来不必要 的麻烦等。 并 网合闸时要求两 电网的电压之间的相位严格相同，因此 ，这时就需要较精确测量 个电网对应相之间的电压相位差 ， 由此可 以看 出相位差测量的重要性，〕 。

常规测量中大多数均采用有线方式直接测量 ，可得到较精确的结果 ，对于低压线路也较安全方便 但是对几以上的高压线路进行相位测量时 ，有线方式拖线长、操作不便且存在一定 的危险性 。 因此 ，为了克服高压线路测量相位的缺点 ，本文提 出一种高压 电力线路相位无线检测 的新方法 。 该方法主要采用 个发送装置和 个接收装置来完成。 发送装置使用时与被测线路接触或接近 ，主要用于采集电压相位信号 ，并通过调制电路把 电压相位信号发送到接收装置 接收装置把接收到的 路调制信号进行解调恢复 出电网 电压信号 ，把 路电网电压信号进行 比较即可得到被测线路的相位差信号相位采集方法高压电力线路电压很高，周围场强也很强 ，无线相位检测装置工作时，将发送装置 的电极与高压单相线路接触或接近 ，根据 电磁场理论在电极上就可 以藕合 出具有相应相位关系的工频 电磁信号 ，该 电磁信号 又能在 电极 电感线圈上感应出相应电动势 。 ， 。 当电极距离高压 电力线路为 时 ，根据“ 毕奥一萨伐尔定律" 计算得 出此时电极以所 ， ’ 处 位’芯置 的 目 磁附感 ，郎应 强一度 认为 月 ‘ 兴兀。 “ 又 根 ，卜据川 电毛磁附感 ，郎应定律 ，电动势 的大小与穿过 电感线圈的磁通量的变化图 高压正 弦信号与限幅波关系示意图在电路设计时，发送天线 同时也作为信号采集处理

电路简称电极。 当高压线路进行相位检测时 ， 电极与被测高压线路相接触 或接近 ，根据上述理论在电极上祸合出频率为工频 的电磁信号 ， 电磁信号在 电极 电感线圈上感应 出电动势 ，通过限幅电路把电网电压信号取出。

滤波后 方波信号再分为 路 一路送至声光显示 电路进行声光显示 ，表示装置 已经正常工作 另一路送至发送模块进行 调制 ，经过发送模块调制后的电网电压方波信号又送 回至天线发送到接收装置 。 电网电压相位信号采集和处理电路。

数据无线传输方法

目前 ，无线数据传输在各个领域都得到了广泛应用 ，数字调制传输系统就是用数字基带信号调制载波的一种传输系统 ，这个系统也称为数字频带传输 系统。 数字信号有 种传输方式 基带传输 数字信号直接传送 的方式是将信源发出的信息码经码型变换及波形形成后直接传送至接收端频带传输 用数字基带信号调制载波后的传送方式 ，频带传输的载波的波形是任意的，但大多数的数字调制系统都选择单频信号 正 弦波或余弦波作为载波。

检测装置及其无线数据传输干扰指在工作数据频段内产生对有用信号造成损害的无用信号或电磁干扰 。 无用信号和 电磁干扰不 同，无用信号也是信号 电磁干扰是叠加在有用信号上 的电磁噪声 ，它是除信号 以外所有 电磁发射或任何传输通道不应出现的电磁现象 。高压输电线路在导线周围形成一个强大的电场且导线表面场强较高 ，当输 电线路表面 电场强度超过空气分子的游离强度一般在 时 ，就可 听到“ 刺刺" 的放电声 ，嗅到臭氧认 的气味 ，夜间还可 以看到导线周围发 出的蓝紫色荧光 ，这就是 电晕放 电。 当导线周围空 间产生局部电晕放 电时 ，在其交流正半波发射出不同频率的电磁辐射波 ，对线路邻近无线数据信号传输及装置产生干扰 绝缘子 、 金属元件连接处 的间隙放 电火花放射出的更高频率 ，也会产生时间断续 的机率甚小 的电磁波干扰 。 对于高压输 电线路 ，这些干扰是不可避免的 ，因为输 电线路设计时只考虑在好天气下不 出现全面电晕时 ，但每天早 、 晚及 不 良气候下还 是 可 能 出现 电晕的。 随着电压 的升 高 ，先 出现起 始 电晕 ， 然后 是 可见 电晕 ，最后形成全 面 电晕 。 由于 电晕放射 出不 同强度和不同频率的电磁波 ，便形成装置及其无线数据传输 的干扰根源 。 输电线路电晕产生的脉冲电磁波沿着线路两侧横向传播 ，无线发送接收模块受到脉冲电磁波干扰后 ，便会影响收发信号的质量 ，在正常工作时接收 的有用信号 的波形幅值和相位受 到影 响 ，导致达不 到正常工作所需 的信噪 比。 在进行实际相位检测时 ，发送装置在 同高压导线接触或接近时会产生明显的电晕现象。

电晕放 电 的单 个 脉 冲很 窄 ， 脉 冲宽度 在 娜 量级 。 实际交流线路 的电晕放 电多发生在工频 的正 、 负峰值附近 ，有一系列脉 冲组成脉 冲群 ，其波形十分不规则 。脉冲群的持续时间约为 一 。 这样一 系列的脉冲，必然产生丰富的高频分量 。 随着频率 的提高 ，其频谱分量减少 。 大量的测量结果统计出输电线路电晕放 电的频谱特性在 一 之间，一般无线 电噪声的频谱特性不受季节 、 时间、 气候等条件的影响 。 输 电线路的电晕可产生被称为电磁干扰 的高频噪声。 研究表明，在数 以上的频率点 ，电晕噪声电平显著降低。 输电线路电晕对无线电的干扰 ，主要是指对无线 电接收机 的中波段 内的干扰 ，而在一般情况下 ，输电线路对短波的干扰很小 。抗干扰的措施解决抗干扰问题需要选择发送 模块 的合适频 率个 发 送 模 块 的 发 射 接 收 频 率 分 别 为 和巧 ，以及合理的对发送接收信号进行处理 ，在装置 中设置滤波等电路得到 的有用信号 。 在高压无线相位检测装置设计 的同时采用屏蔽 、 数字地和模拟地严格一点供地 ，屏蔽地 ，加去祸 电容和放 电管等措施解决磁场抗干扰问题以及无线数据传输问题〕 。

结 论

高压无线核相仪可 以对 高压线路进行相位检测 ，为了保证在通信过程 中不对其他设备产生影响，在设计时限制了其通信距离不 能超过 。 此项技术的进一步研究 ，可推广应用到对高压 电力线路避雷器阻性泄漏电流的无线检测等场合 。

参考文献

实验 目的是为了验证所设计的高压无线核相仪测量高压电力线路电压相位差的精度和无线通信距离。实验主要利用 组调压器和 组 高压实验变压器调压器和高压实验变压器串联在一起 ，调压器主要用于改变实验变压器的输 出电压 ，使其在 一 范围内变化来完成 。 实验时调压器的输人端采用 种接线方式一种方式是将 个调压器输入端接在三相 电源 同一条端

线上构成同相电路 ，即相当于构成 个同相电网另一种方式是将 个调压器输人端接在三相电源不 同的端线上构成异相电路 ，即相 当于构成 个异相 电网。 实验时要求接收装置同 个实验变压器保持一定距离 测量发送装置的发送距离，把高压无线核相仪测量的 个实验变压器输出端的电压相位差与示波器测试调压器输人端的电压相位差 比较 ，实验结果表明，高压无线核相仪测量精度在 “ 以 内。 通过调整发送模块的供 电电压 设计时采用 供电和天线的长度设计时发送天线的长度取 。 ，接收天线的长度取 。 可 以 限制发送距离在 以 内。 目前电网并 网核相时两 电网同相和不 同相的相位差值 ， 国外 的标准是相位差值小 于 " 认 为是同相 ，相位差值大于 认为是异相 ，所 以设计的高压无线核相仪符合电网并网核相的检测要求。