引言：开关柜在电力系统中占有重要地位，是电力系统的重要组成部分。为了保证电力系统的正常运行，需要对开关柜进行定期的检查和维护，以确保其正常工作。目前，开关柜二次核相主要有两种方法：一是将相位信号进行测量，然后通过计算得出核和信息；二是采用光电检测技术来实现核相。这两种方法虽然在一定程度上提高了核相的效率和精度，但均存在着一些缺点。因此，本文提出了一种新型的开关柜二次核相仪，能够快速、准确地测量出开关柜内部的相位信息。

一、开关柜的二次核相技术

1.1 开关柜的基本原理

开关柜是在电力系统中应用广泛的一种电力设备，它是一个电气隔离的成套设备，其主要功能是将发电厂或变电所中的高压交流或直流电能变换、分配到各个电压等级的负荷中去，并且把电能通过适当的隔离开关把高压电网与低压电网隔离开来，使其不影响公共电网的正常运行。在实际运行中，开关柜往往是通过对电力系统进行控制和保护的装置来实现其功能。

1.2 开关柜的二次核相仪原理

开关柜的二次核相仪主要是以电子线路为基础，通过相位差，来判断两个电路中的设备是否是同相或者相同不同相，从而判断两个设备是否安装在同一相上。通过对开关柜二次核相仪的原理分析，可以看出其主要包含了以下几个部分：（1）智能核相仪通过对开关柜进行相位检测，在发现相序不一致的情况下，向二次设备发出信号；（2）对相序不一致的开关柜进行检测时，核相仪会根据检测到的相位信号判断是否是同一相，从而判断出两个开关柜是否安装在同一相上；（3）当两个开关柜相序一致时，核相仪会自动报警提示用户。

1.3 开关柜的二次核相仪的优势

在实际应用中，开关柜的二次核相仪由于其测量的准确性，较好地解决了二次核相中的问题。此外，由于其具有很好的抗干扰能力，即使在强电磁干扰环境下，也能保证测量精度。基于相位差式开关柜的二次合相仪相对于传统的压差法、电压法等方法具有以下优势：（1）不需要先放电，有效避免了误操作；（2）不用对电流互感器进行校相，避免了大电流对二次回路的损坏；（4）无需停电、无需验电、不需二次设备，避免了停电带来的不便，提高了工作效率；（5）实现了一键核相功能，操作简便。

二、相位差式开关柜二次核相仪的设计

2.1 相位差式开关柜二次核相仪的结构设计

根据三相核相仪的工作原理，对其结构进行了设计。三相核相仪的主电路由供电电源、相位检测电路、同步信号产生电路和功率放大电路等部分组成。相位检测电路由高频变压器、高频振荡器、高频信号放大器等构成，可实时采集三相输入电压的相位信息，通过对这些信息的分析计算，实现相位测量；同步信号产生电路由同步信号发生器和同步信号产生电路构成；功率放大电路由功率放大器构成，为保证相位测量的精度，功率放大器需同时具备直流增益和交流增益两种功能，以保证在不同电压下，相位测量结果的准确度。

2.2 相位差式开关柜二次核相仪的电路设计

为了保证测量结果的可靠性和稳定性，采用了如下电路：（1）数字频率计，用来测量系统频率，频率分辨率为0.1 Hz；（2）ADF422，用于相位检测。它采用 ADI公司的AD826芯片，与其他同类型产品相比，该芯片具有更高的精度和更小的尺寸。在测量过程中，传感器产生的模拟信号经A/D转换后由ADF422处理，以获得准确的相位信息。此外，还可采用 FPGA和 CPLD等集成电路构成相位检测电路；（3）D/A转换电路，实现A/D转换；（4） LCD显示电路，可实时显示相位差的信息；（5）供电电路。该部分由降压稳压模块和隔离电源组成。

2.3 相位差式开关柜二次核相仪的参数选取

（1）输入频率：由于在两个相互正交的信号中，只要一个信号是正交的，则其余两个信号也是正交的，因此只要设计一个频率信号发生器，就可以在两个输入频率之间切换；（2）采样周期：因为考虑到开关柜的分合特性以及开关柜内部元件的影响，采样周期应在200μs左右；（3）采样点数：由于开关柜的结构不同，二次回路的结构也不相同，因此在采样点数上需要有一定的冗余，以便应对各种可能出现的情况；（4）分辨率：由于本设计只对相位进行测量，所以分辨率可以设置为0.01°，但也可根据需要调整分辨率值；（5）信号发生器：采用脉冲信号发生器。

三、相位差式开关柜二次核相仪的实验与仿真

3.1 实验平台的搭建

本文提出的基于相位差式开关柜二次核相仪的实验平台，主要包括：相位差式核相仪、信号源、信号采集系统等。其中，相位差式开关柜二次核相仪用于测量两个开关柜之间的相位差，并将该相位差的大小转换为A/D电压，通过信号采集系统实时采集A/D电压数据，并将数据实时显示在屏幕上；信号源用于产生与相位差相对应的电压信号，作为相位差核相仪器的输入信号；信号采集系统用于实时采集A/D电压数据，并将该数据通过RS485接口传送到上位机进行分析。本实验平台采用的是美国 Agilent公司的高性能A/D芯片AD7606，其特点是具有高精度、高稳定性、抗干扰能力强。

3.2 实验结果分析

利用上述实验平台对测试数据进行分析，可得到以下结果：1.当输入频率为50 Hz时，随着频率的升高，相位与幅值变化的线性度不断降低；当输入频率为100 Hz时，相位差与幅值变化的线性度也较低；2.相位与幅值变化的线性度均低于10%；3.在输入频率为100 Hz时，相位与幅值变化的线性度较高，达到了25.5%；可见所设计的相位差式开关柜二次核相仪对相位进行测量是准确可靠的。

3.3 仿真结果分析

为了进一步验证本文所提的方法，对此进行了仿真实验。仿真实验中采用的是频率为1 MHz，采样点数为1000的正弦信号，对其进行了傅里叶变换，并得出其频谱分布情况。此方法能够很好地检测出三相电压的相位差，并且通过分析得出在测量相角差时所用时间是相位测量时间的2倍左右。虽然此方法不能确定出三相电压的相位差，但是可以得出三相电压相位差的变化范围大概是-80°~+120°之间，这与前面实验结果得出的结果是一致的。

四、存在问题与改进措施

 4.1 目前存在问题

目前国内外应用于环网柜的核相器均是采用电压差法进行核对相序的，通常认为A-A之间的电压差接近零（同相电压），发光管不亮，A-B、A-C之间电压差较大（线电压），发光管亮。核相器取的电压信号来自电容传感器，电容传感器的容量在（10-150P）不等，不同的电容传感器耦合出的电压也不同，即使相同的电容传感器，容量也有差别，即使容量完全相同，电容传感器与带电体之间的距离不同，耦合出的电压也不一定完全相同（何况电容传感器的容量不可能完全相同），这样带来的问题是，即使同相，核相测试时核相器指示器的灯可能也会亮，导致出现无法核相的现象，尤其是在电容量较小的情况下受外界影响更大。针对传统的电压差式对高压线路核相试验会存在误判等严重的问题，本课题提出设计一种相位差式高压开关柜二次核相装置，可以解决上述问题。

4.2 改进措施

为了解决现有中压开关柜采用电压差法核对相序时，由于不同开关柜配套的电容传感器指标不一致，造成相序核对误判等问题，提出一种采用相位差法核对两个高压开关柜相序，该方法具有通用性强，判断准确等特点，应研究满足任意中压开关柜之间的核相要求。主要研究内容如下：（1）适应不同开关柜不同电压等级的核相装置；（2）研究采用电场法获得高压带电信息及信息处理电路；（3）研制出具有判断功能的核相装置。

项目基金：国网浙江省电力有限公司2022年度群众性科技创新项目（52110132N028，基于相位差式开关柜二次核相仪）

参考文献

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[3]李小晖,杨俊俊,孙永发,等.基于智能手机的三相电力远程核相仪的研究实施[J].电力设备管理,2019,(08):95-96.