CN101266270A - 桩基础杆塔接地阻抗测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种桩基础杆塔接地阻抗测量装置及其方法，涉及架空输电线路杆塔接地阻抗的测量装置和方法。本发明装置主要包括辅助电极、高精度软带式罗氏线圈电流传感器、杆塔接地阻抗测量仪等；本发明方法是利用本发明装置，通过程序测量桩基础杆塔的接地阻抗。由于本发明装置结构简单、成本低廉，本发明方法操作简便，并具有测量电流范围宽、抗干扰能力强、测量准确性高、测量成本低等特点，故本发明可广泛应用于架空输电线路杆塔接地阻抗的测量，特别适用于无引下线、无法或不便解开引下线、免解引下线的杆塔接地阻抗的测量。

Description

桩基础杆塔接地阻抗测量装置及其方法

技术领域

本发明属于架空输电线路的防雷接地技术领域，特别涉及架空输电线路杆塔接地阻抗的测量装置和方法。

背景技术

架空输电线路桩基础杆塔的接地阻抗是指入地电流经其基础和接地装置流散到大地中时，杆塔基础和接地装置所呈现的阻抗。对架空输电线路来说，杆塔接地阻抗的大小，直接关系到架空输电线路的耐雷水平，关系到架空输电线路雷击跳闸的多少。我国《架空送电线路运行规程》中第九十四条和九十五条就对杆塔接地性能的日常运行维护提出了要求。最新的电力行业标准DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》中特别强调了架空输电线路杆塔接地装置的接地阻抗测试要求，并给出了具体的测试条件和步骤。但对于桩基础杆塔来说，由于杆塔的基础与接地装置施工时浇筑成一个整体，杆塔-避雷线分流系统与接地装置之间没有接地引下线，无法做到常规杆塔接地阻抗测量装置要求的解开引下线进行测量的方法。因此，如何避免杆塔-避雷线分流系统对准确测量桩基础杆塔工频接地阻抗的影响，发现杆塔接地阻抗不合格的情况并进行改造，是降低架空输电线路雷电事故，提高供电可靠性的关键问题，是架空输电线路，特别是特高压架空输电线路急待解决的问题。

现有的架空输电线路杆塔接地阻抗测量装置和方法，一般采用伏安法及钳表法。伏安法测量装置由电流表，电压表和测量电极构成，测量时需要断开被测杆塔的接地引下线，对于无引下线和不能断开接地引下线的杆塔，由于存在杆塔-避雷线分流系统的影响，无法保证通过接地装置的入地电流的准确测量，因此测量结果不准确而不能应用。钳表法测量装置一般采用钳形电流互感器(简称CT)和电压互感器(简称PT)进行电流、电压信号的提取。如中国专利号为ZL00136971.7的“接地阻抗的测量方法”，由叠加交流电压的叠加用变压器和电流检测用变流器、信号传输通道、信号处理装置组成，通过变压器和变流器分别提取电压和电流值，将回路电阻作为杆塔接地阻抗，通过电网络计算得到。又如申请号为2006100310018393.4的“免解线杆塔接地阻抗快速测量方法及装置”专利，公开的一种免解线杆塔接地阻抗快速测量方法及装置，采用钳表法，不解开杆塔多根接地引下线，使用与杆塔接地引下线根数相同的钳形电压互感器和钳形电流互感器分别夹住所有接地引下线进行测量，测得的电压、电流信号经过滤波和数据分析，得到电流信号和电压信号基波分量的实部和虚部，采用特定压降计算方法得到被测杆塔的接地阻抗。实践表明，采用钳表法无法避免杆塔-避雷线分流系统对杆塔接地阻抗测量的影响。由于现场有许多避雷线与杆塔之间存在接触不良的问题，杆塔接地引下线与塔身也存在接触不良的问题等，都会导致回路电阻严重偏离实际的杆塔接地阻抗，致使测量误差增大，从而造成测量结果的误判断。因此，在电力行业标准DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》中指出，采用此法时待测架空输电线路杆塔必须同一定数量的架空地线直接接地杆塔并联，并联杆塔数量根据待测接地装置接地阻抗的可能范围来决定。同时也指出该测量方法需部分解开接地引下线才能使用，且由于最终结果是通过计算得到，对此法测量引起的增量还必须进行估算，当测量结果大于安全值时还需要用伏安法进行复测等等。

发明内容

本发明的目的在于针对现有杆塔接地阻抗测量装置及方法的不足，提供一种桩基础杆塔接地阻抗准确测量装置及其方法。具有应用范围广，测量电流范围宽，抗干扰能力强，测量快速准确，测量成本低等特点。

本发明机理是：针对无引下线或无法和不便解开接地引下线的杆塔，采用并联接地系统地面电位降法进行计算，利用高精度软带罗氏线圈电流传感器、辅助测量电流极和电压极、杆塔接地阻抗测量仪进行杆塔接地阻抗的测量，其测量原理说明如下：

当测量电流I注入被测接地装置，向无穷远处流散时，接地装置相对于无穷远处的电位V_g与测试电流的比即为地网的接地阻抗R。然而，辅助电压极P不可能布置在无穷远处，无法测量地网相对于无穷远处的电位，而且定义中的电路是无法实现的，需要在有限远处布置一个辅助电流极C，与地网形成回路。当测试电流从电流极C流回电源，而不是向无穷远处流散时，地面电位发生了畸变，地网相对于无穷远处地电压有所降低。此时，必须将辅助电压极P布置在某一个点上，能够补偿接地装置上的电位降落，使GP之间的电压U＝V_g时才能测得正确的接地阻抗值。按照U＝V_g的准则来测量接地阻抗的方法称为电位降法，其原理称为电位补偿理论，因此只要正确选择补偿点P(及辅助电压极)的位置，就能准确测量接地阻抗。

假设被测对象是一组数量为N，半径为r的半球接地极中的一个接地极G，电流极C、电压极P沿着一条直线布置，土壤电阻率为ρ，则待测接地极G的电位为：

$V_g^{\′}=\frac{{\mathrm{\ρI}}_1}{2\mathrm{\πr}}+\underset{n=2}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\ρI}}_n}{2\mathrm{\π}{G}_{n}G}-\frac{\mathrm{\ρI}}{2\mathrm{\πGC}}$

式中：V′_g----待测接地极G的电位，单位伏v；I₁----流过第1个半球接地极(即待测半球接地极)的入地电流，单位安A；I_n----流过第n个半球接地极的入地电流，单位安A；I----流过所有接地极的总入地电流，单位安A；G_nG----第n个接地极与待测接地极G之间的距离，单位米m；GC----待测接地极与电流极C之间的距离，单位米m；

P的电位为：

$V_p=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\ρI}}_n}{2\mathrm{\π}{G}_{n}P}-\frac{\mathrm{\ρI}}{2\mathrm{\π}(\mathrm{GC}-\mathrm{GP})}$

式中：V′_p----待测接地极G的电位，单位伏v；G_nP----第n个接地极与待测接地极G之间的距离，单位米m；GP----待测接地极与电流极C之间的距离，单位米m；

测量电压U为：

$U=V_g^{\′}-V_p=\frac{{\mathrm{\ρI}}_1}{2\mathrm{\πr}}(\frac{1}{r}-\frac{1}{\mathrm{GP}})-\frac{\mathrm{\ρI}}{2\mathrm{\π}}(\frac{1}{\mathrm{GC}}-\frac{1}{(\mathrm{GC}-\mathrm{GP})})+\underset{n=2}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\ρI}}_n}{2\mathrm{\π}}(\frac{1}{G_{n}G}-\frac{1}{G_{n}P})$

根据半球电极的接地阻抗公式，可知：

$V_g=\frac{{\mathrm{\ρI}}_1}{2\mathrm{\πr}}$

按照准则U＝V_g，在补偿点处应该有：

$\left\{\underset{n=2}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\mathrm{\ρI}}{2\mathrm{\π}}(\frac{1}{G_{n}G}-\frac{1}{G_{n}P})\right\}-\frac{\mathrm{\ρ}}{2\mathrm{\π}}(\frac{I_1}{\mathrm{GC}}+\frac{I}{\mathrm{GP}}-\frac{I}{(\mathrm{GC}-\mathrm{GP})})=0$

考虑到实际测量时，测量架空输电线路杆塔档距一般在400m左右，因此上式第一项近似为0。因此可采用规程DL/T475一2006《接地装置特性参数测量导则》建议的辅助电流极和电压极的布置方法，一般电流极距杆塔距离取40m～60m，电压极距杆塔距离取电流极距离的0.5～0.6倍。

测量时通过杆塔接地装置入地的电流采用杆塔塔脚的多电流传感器获得，此时可得电流

则通过杆塔入地的总入地电流 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\Σ}}={\stackrel{\·}{I}}_1+{\stackrel{\·}{I}}_2+{\stackrel{\·}{I}}_3+{\stackrel{\·}{I}}_4.$ 通过电压极可测量得到的电压极与杆塔接地装置之间的电压差U，根据接地阻抗的计算公式Z＝AU/I_∑即可得到待测杆塔的接地阻抗值。

实现本发明目的的技术方案是：一种桩基础杆塔接地阻抗测量装置，主要包括辅助测量电极、高精度软带式罗氏线圈电流传感器、杆塔接地阻抗测量仪等。其辅助测量电极为一根电流极和一根电压极，每根电极长为20～30cm、直径0.8～1.2cm的钢棒，电流极插入距杆塔的距离为40～60m的地中，通过导线与测量仪的电流极端口连接，用以形成测量的电流回路；电压极插入在电流极的同侧并距杆塔的距离为电流极距离0.5～0.6倍的地中，通过导线与测量仪的电压极端口连接，用以提供测量用的参考电位。其高精度软带式罗氏线圈电流传感器为4个，分别放置在杆塔的4个塔脚处，用以检测通过杆塔塔脚入地的电流。传感器检测的入地电流为100～1500mA，每个电流传感器的高精度软带式罗氏线圈，用线径为0.2～1.0mm的漆包铜线均匀密绕在6～26个直径为1.0～1.8cm、长度4～6cm的导磁铁芯上，再将缠绕上漆包铜线的导磁铁芯填装到内径为1.5～2cm的开口环形塑料软管内，整个线圈的内径为8～50cm、匝数为100～1300匝，以便缠绕被测杆塔的塔脚。4个传感器分别通过同轴电缆与测量仪上的传感器输入端口连接，以便传送检测的入地电流。其杆塔接地阻抗测量仪由模拟信号输出模块、电流输出模块、数据采集模块、电流检测模块、电压自动调节模块、杆塔桩基础电位测量模块、数据存储模块、数字输出显示模块、数据查询模块、电池及充电模块组成，其间通过印刷电路连接。数据采集模块对被测杆塔4个塔脚的电流传感器检测的的电流信号进行采集并计算和电流(即 ${\stackrel{\·}{I}=\stackrel{\·}{I}}_1+{\stackrel{\·}{I}}_2+{\stackrel{\·}{I}}_3+{\stackrel{\·}{I}}_4$ )，再进行放大，放大后的和电流信号输送给电流检测模块进行分析判断，用以调整测量仪的测量精度，并将分析判断结果输送给电压自动调节模块。电压自动调节模块根据电流检测模块传输来的检测电流的分析判断结果，产生正弦波形的电压幅值调整信号，并传输给模拟信号输出模块。模拟信号输出模块根据电压自动调节模块传输来的幅值调整信号调节正弦波电压波形幅值，并将电池及充电模块输送来的直流电源调整为步进频率为1Hz、信号频率为40～150Hz的异频正弦波电流源，输送到电流输出模块。电流输出模块一方面将模拟信号输送来的异频电流，进行功率放大后，通过导线传输给位于埋设电流极和电压极同一侧的杆塔塔脚，为测量接地阻抗提高电流源。另一方面，电流输出模块将输出的异频电流信号输送给杆塔桩基础电位检测模块，将电流信号转换成电位信号，输送给电压极作为测量仪的输出电位信号并与电压极输入杆塔桩基础电位检测模块的测量接地阻抗参考电位

进行比较，将得到杆塔桩基础电位

(即 $\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}=|{\stackrel{\·}{U}}_1-{\stackrel{\·}{U}}_2|$ )；杆塔桩基础电位检测模块和电流检测模块，分别将其电压信号和电流信号传输给数据存储模块。数据存储模块根据输入的电压信号和电流信号，分析其波形参数及计算其基波的电压值和电流值及接地阻抗值并保存后，再传输给数字输出显示模块在测量仪的面板数码显示管显示测量结果。数据查询模块通过查询参数调用数据存储模块的数据通过数据输出显示模块显示。

一种桩基础杆塔接地阻抗的测量方法，利用本发明装置，通过程序进行测量，其具体方法步骤如下：

(1)准备

首先通过电池及充电模块对测量仪的蓄电池充电，以保证测量接地阻抗的电源。然后进行装置接线，即将本发明装置的4个高精度软带式罗氏线圈电流传感器(以下简称传感器)，分别缠绕在被测杆塔的4个塔脚处，并通过4对同轴电缆将4个传感器分别与杆塔接地阻抗测量仪(以下简称测量仪)的4对传感器输入端口一一对应(颜色相同)地相连，用以检测杆塔4个塔脚的入地电流。再将电流极插入距杆塔的距离为40m～60m的地中，并通过导线与测量仪的电流极端口连接，用以形成检测入地电流的回路。又将电压极插入在电流极同侧并距杆塔的距离为电流极距离0.5～0.6倍的地中，并通过导线连接到测量仪的电压极端口连接，用以提供接地阻抗的参考电位。还将测量仪的输出电流端口，通过导线与对应于电压极和电流极同侧的被测杆塔塔脚连接，用以提供测量接地阻抗的步进频率为1Hz、信号频率为40～150Hz的异频正弦波电流源。

(2)初始化

第(1)步完成后，打开测量仪的电源开关，通过程序自动进行以下初始设置：

①输出电压

初始为0.2V，电压步长为0.1V；

②程控放大倍数初始为0，并设置1，10，100三个放大倍数等级；

③测量仪的模拟信号输出模块的频率初始为45Hz正弦波信号。

(3)数据采集及计算

第(2)步完成后，通过程序打开数据采集模块数据卡的四个通道，分别采集4个传感器检测的电流信号

和电压极输入测量仪的输入电压信号

然后计算4个传感器检测的和电流

(即 ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\Σ}}={\stackrel{\·}{I}}_1+{\stackrel{\·}{I}}_2+{\stackrel{\·}{I}}_3+{\stackrel{\·}{I}}_4$ )以及测量仪输入电压

与输出电压

的差值

(即 $\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{U}=|{\stackrel{\·}{U}}_1-{\stackrel{\·}{U}}_2|$ )。

(4)测量精度调整

第(3)步完成后，先对4个传感器检测的和电流进行判断：当4个传感器检测的和电流 ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&Sigma;}}\&GreaterEqual;0.2A$ 时，能保证电流传感器的检测精度，则进行下一次分析计算；当4个传感器检测的和电流 ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&Sigma;}}<0.2A$ 时，不能保证传感器的检测精度，则进一步判断测量仪的输出电压

：当测量仪的输出电压 ${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2\&le;9V$ 时，测量仪注入被测杆塔塔脚的正弦波电压不足，不能保证传感器的检测精度，则通过电流输出模块调整增大测量仪的输出电压

一个步长0.1V，返回第(3)步进行数据采集及计算，并再判断4个传感器检测的和电流

如此重复，直至测量仪的输出电压 ${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2>9V$ 为止；当测量仪的输出电压 ${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2>9V$ 时，则再进一步判断测量仪的输入、输出电压差值

：当测量仪的输入、输出差值 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}\&le;1V$ 时，不能保证测量仪的精度，则调整程控放大倍数K增大一个等级(即K为1)，返回第(3)步进行数据采集及计算，并再判断4个传感器检测的和电流

及测量仪的输出电压

如此重复，直至测量仪的输入、输出电压差值 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}>1V$ 为止；当测量仪的输入、输出电压差值 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}>1V$ 时，能保证测量仪的精度，则进行下一步分析计算。

(5)数据分析、计算

第(4)步完成后，先采用傅立叶级数分析法，分别提取测量仪输入电压

与输出电压

的差值

(即 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}=|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_1-{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2|$ )及4个传感器检测的和电流

的基波值及然后，根据欧姆定律，计算出被测杆塔的接地阻抗Z＝ΔU₁/I_∑1。最后，将计算得出的接地阻抗数据分别输送给数据存储模块及数字显示模块。

(6)结果显示

第(5)步完成后，数字显示模块通过测量仪的面板数码显示管，显示杆塔接地阻抗的测量结果。数据存储模块存储杆塔接地阻抗的测量数据，供以后随时调用及显示。

本发明采用上述技术方案后，主要具有如下优点：

(1)使用范围广。能对各型杆塔接地阻抗进行测量。本发明可对无引下线、无法或不便解开引下线、免解引下线的各种架空输电线路杆塔正确快速地测量出接地阻抗，应用范围广，并解决了现有工程技术无法测量桩基础杆塔接地阻抗的难题。

(2)测量电流范围宽。本发明采用高精度软带式罗氏线圈电流传感器，检测杆塔4个塔脚的接地电流，检测准确，并且检测电流的范围宽达100～1500mA，从而提高了测量杆塔接地阻抗的准确性。

(3)抗干扰能力强。本发明采用频率可选异频电流源(可选频率40～150Hz)进行杆塔接地阻抗的测量，抗干扰能力强，从而进一步提高了测量的准确性。

(4)降低测量成本。本发明装置结构简单、成本低廉；本发明方法操作简便，方便野外现场测量，并能节约大量的人力、物力、财力，能显著提高工作效率，降低测量成本，便于推广应用。

本发明可广泛用于架空输电线路杆塔接地阻抗的测量，特别适用于无引下线、无法或不便解开引下线，免解引下线的杆塔接地阻抗的测量。

附图说明：

图1为本发明装置实测接线图；

图2本发明装置的接地阻抗测量仪的板面图；

图3本发明装置的接地阻抗测量仪的原理框图；

图4本发明装置的高精度软带式罗氏线圈电流传感器结构示意图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6是本发明方法的程序流程框图。

图中：1杆塔，2传感器，3测量仪，4电流极，5电压极，6同轴电缆，7导线，8输出信号端口，9电流极端口，10电压极端口，11电池充电端口，12电源开关，13USB数据接口，14数码显示管，15传感器输入端口，16导磁铁芯，17漆包铜线，18塑料软管。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。

实施例1

图1～5所示，一种桩基础杆塔接地阻抗测量装置，主要包括辅助测量电极、高精度软带式罗氏线圈电流传感器2、杆塔接地阻抗测量仪3等。其辅助测量电极为一根电流极4和一根电压极5，每根电极为长25cm、直径1cm的钢棒，电流极4插入在距杆塔1的距离为45m的地中，通过导线7与测量仪3的电流极端口9连接，用以形成测量的电流回路；电压极5插入在电流极4的同侧并距杆塔的距离为电流极4距离0.6的倍地中，通过导线7与测量仪的电压极端口10连接。其高精度软带式罗氏线圈电流传感器2为4个，用以检测通过杆塔1塔脚入地的电流。每个线圈用线径为0.5mm的漆包铜线17均匀密绕在20个直径为1.5cm、长度5cm的导磁铁芯16上，再将缠绕上漆包铜线17的导磁铁芯16填装到内径为1.7cm的开口环形塑料软管18内，整个线圈的内径为32cm、匝数为800匝。4个传感器2分别通过同轴电缆6与测量仪上的传感器输入端口15连接，以便传送检测的入地电流。如图3所示，其杆塔接地阻抗测量仪3由模拟信号输出模块、电流输出模块(由常用的AD712为信号放大核心器件，配套大功率电流输出驱动芯片OPA547组成输出电路并通过印刷电路连接，输出范围在100～1500mA的电流；输出电路中采用了电流保护单元，在小电阻测量时能够平抑过大的电流信号，保证传感器的检测精度)、数据采集模块(由常用的NIusb6211数据采集卡、高精度放大电路芯片AD712通过印刷电路连接而成)、电流检测模块(由常用的AD712为信号放大核心器件，采用了I/V变换电路进行信号放大并通过印刷电路连接而成，延伸了传感器的低频特性，增大了数据采集带宽，保证了低频信号的检测性能。同时配套设计了常用的通过印刷电路连接的高通滤波器和低通滤波器，高通滤波器有效消去直流飘逸的影响；低通滤波器有效抑止高频干扰)、电压自动调节模块、杆塔桩基础电位测量模块(由常用的AD712为信号放大核心器件组成信号放大电路并通过印刷电路连接，放大电路中嵌入低通滤波器抑止高频信号干扰，对低频测量信号进行准确检测，保证杆塔桩基础电位测量的准确性)、数据存储模块、数字输出显示模块、数据查询模块、电池及充电模块组成，其间通过印刷电路板连接。数据采集模块对被测杆塔4个塔脚的电流传感器检测的的电流信号进行采集并计算和电流(即 ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}=\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_1+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_2+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_3+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_4$ )，再进行放大，放大后的和电流信号输送给电流检测模块进行分析判断，用以调整测量仪的测量精度，并将分析判断结果输送给电压自动调节模块。电压自动调节模块根据电流检测模块传输来的检测电流的分析判断结果，产生正弦电压波形的幅值调整信号，并传输给模拟信号输出模块。模拟信号输出模块根据电压自动调节模块传输来的幅值调整信号调节正弦波电压波形幅值，并将电池及充电模块输送来的直流电源调整为步进频率为1Hz、信号频率为45Hz的异频正弦波电流源，输送到电流输出模块。电流输出模块一方面将模拟信号输送来的异频电流，进行功率放大后，通过导线传输给位于埋设电流极和电压极同一侧的杆塔塔脚，为测量接地阻抗提高电流源。另一方面，电流输出模块将输出的异频电流信号输送给杆塔桩基础电位检测模块，将电流信号转换成电位信号，输送给电压极作为测量仪的输出电位信号

并与电压极输入杆塔桩基础电位检测模块的测量接地阻抗参考电位

进行比较，将得到杆塔桩基础电位

(即 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}=|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_1-{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2|$ )；杆塔桩基础电位检测模块和电流检测模块，分别将其电压信号和电流信号传输给数据存储模块。数据存储模块根据输入的电压信号和电流信号，分析其波形参数及计算其基波的电压值和电流值及接地阻抗值并保存后，再传输给数字输出显示模块在测量仪的面板数码显示管显示测量结果。数据查询模块通过查询参数调用数据存储模块的数据通过数据输出显示模块显示。

实施例2

一种桩基础杆塔接地阻抗测量装置，同实施例1。其特征是：每根电极为长20cm、直径0.8cm的钢棒，电流极4插入在距杆塔1的距离为40m的地中，电压极5插入在电流极4的同侧并距杆塔1的距离为电流极4距离0.5倍的地中，每个线圈用线径为0.2mm的漆包铜线17均匀密绕在6个直径为1cm，长度4cm的导磁铁芯16上，再将缠绕上漆包铜线17的导磁铁芯16填装到内径为1.5cm的开口环形塑料软管18内，整个线圈的内径为8cm、匝数为100匝，模拟信号输出模块调整并输出步进频率为1Hz、信号频率为40Hz的异频正弦波电流源。

实施例3

一种桩基础杆塔接地阻抗测量装置，同实施例1。其特征是：每根电极为长30cm、直径1.2cm的钢棒，电流极4插入在距杆塔1的距离60m的地中，电压极5插入在电流极4的同侧并距杆塔1的距离为电流极4布置距离0.6倍的地中，每个线圈用线径为1mm的漆包铜线17均匀密绕在26个直径为1.8cm，长度6cm的导磁铁芯16上，再将缠绕上漆包铜线17的导磁铁芯16填装到内径为2cm的开口环形塑料软管18内，整个线圈的内径为50cm、匝数为1300匝，模拟信号输出模块调整并输出步进频率为1Hz、信号频率为150Hz的异频正弦波电流源。

实施例4

如图5所示，一种桩基础杆塔接地阻抗测量方法的具体步骤如下：

(1)准备

首先通过电池及充电模块对测量仪3的蓄电池充电，以保证测量接地阻抗的电源可用。然后进行装置接线，即将本发明装置的4个高精度软带式罗氏线圈电流传感器2(以下简称传感器2)，分别缠绕在被测杆塔1的4个塔脚处，并将4对采用同轴电缆6的传感器2信号引出线，分别与杆塔接地阻抗测量仪3(以下简称测量仪3)的4对传感器2输入端口一一对应(颜色相同)相连，用以检测杆塔的入地电流。再将电流极4插入距离杆塔1的距离为45m的地中，并通过导线7与测量仪3的电流极端口9连接，用以形成检测入地电流的回路。又将电压极5插入在电流极4同侧并距离杆塔1的距离为电流极4距离0.6倍的地中，并通过导线7连接到测量仪3的电压极端口10连接，用以提供接地阻抗的参考电位。还将测量仪的输出电流端口8，通过导线7与对应于电压极5和电流极4同侧的被测杆塔1塔脚连接，用以提供测量接地阻抗的步进频率为1Hz、信号频率为45Hz的异频正弦波电流源。。

(2)初始化

第(1)步完成后，打开测量仪3的电源开关，通过程序自动进行以下初始设置：

①输出电压

初始为0.2V，电压步进值0.1V；

②程控放大倍数K初始为0，并设置1，10，100三个放大倍数等级；

③测量仪3的模拟信号输出模块的频率初始为45Hz正弦波信号。

(3)数据采集及计算

第(2)步完成后，通过程序打开数据采集模块数据卡的两个通道，分别采集4个传感器2检测的电流信号

和电压极5输入测量仪3的输入电压信号

然后计算4个传感器2检测的和电流

(即 ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&Sigma;}}={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_1+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_2+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_3+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_4$ )以及测量仪3输入电压

与输出电压

的差值

(即 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}={\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_1+{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2$ )。

(4)测量精度调整

第(3)步完成后，先对4个传感器2检测的和电流进行判断：当4个传感器2检测的和电流 ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&Sigma;}}\&GreaterEqual;0.2A$ 时，能保证电流传感器2的检测精度，则进行下一次分析计算；当4个传感器2检测的和电流 ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&Sigma;}}<0.2A$ 时，不能保证传感器2的检测精度，则进一步判断测量仪3的输出电压：当测量仪的输出电压 ${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2\&le;9V$ 时，测量仪3注入被测杆塔1塔脚的正弦波电压不足，不能保证传感器2的检测精度，则通过电流输出模块调整增大测量仪3的输出电压

一个步长0.1V，返回第(3)步进行数据采集及计算，并再判断4个传感器2检测的和电流

如此重复，直至测量仪的输出电压 ${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2>9V$ 为止；当测量仪3的输出电压 ${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2>9V$ 时，则再进一步判断测量仪3的输入、输出电压差值

：当测量仪3的输入、输出差值 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}\&le;1V$ 时，不能保证测量仪3的精度，则调整程控放大倍数K增大一个等级(即K为1)，返回第(3)步进行数据采集及计算，并再判断4个传感器2检测的和电流

及测量仪3的输出电压

，如此重复，直至测量仪3的输入、输出电压差值 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}>1V$ 为止；当测量仪3的输入、输出电压差值 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}>1V$ 时，能保证测量仪3的精度，则进行下一步分析计算。

(5)数据分析、计算

第(4)步完成后，先采用傅立叶级数分析法，分别提取测量仪3输入电压

与输出电压

的差值

(即 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}={\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_1-{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2$ )及4个传感器2检测的和电流

的基波值

及

。然后，根据欧姆定律，计算出被测杆塔1的接地阻抗Z＝ΔU₁/I_∑1。最后，将计算得出的接地阻抗数据分别输送给数据存储模块及数字显示模块。

(6)结果显示

第(5)步完成后，数字显示模块通过测量仪3的面板数码显示管，显示杆塔1接地阻抗的测量结果。数据存储模块存储杆塔1接地阻抗的测量数据，供以后随时调用。

实验结果

将实施例1的装置，采用本发明方法，对广州某220kV架空输电线路的307#、309#桩基础杆塔进行杆塔接地阻抗测量，其现场检测结果如下：

2007年8月31日对某220kV架空输电线路的307#桩基础杆塔搭接架空地线前，采用伏安法测量仪器AVO DET2/2(#2748)对杆塔接地阻抗进行了测量。测量时任选两基杆塔塔脚分别作为测量信号注入点，所得结果为1.69Ω。2007年9月27日对307#桩基础杆塔搭接架空地线后，分别选上次测量时测量信号注入点，分别用伏安法测量仪器AVO DET2/2(#2748)和本发明装置进行杆塔接地阻抗测量。测量结果为：伏安法测量仪器所得结果为0.44Ω；本发明装置所得结果为1.81Ω。

2007年8月31日对某220kV架空输电线路的309#桩基础杆塔搭接架空地线前，采用伏安法测量仪器AVO DET2/2(#2748)对杆塔接地阻抗进行了测量。测量时任选两基杆塔塔脚分别作为测量信号注入点，所得结果为1.09Ω。2007年9月27日对309#桩基础杆塔搭接架空地线后，分别选上次测量时测量信号注入点，分别用伏安法测量仪器AVO DET2/2(#2748)和本发明装置进行杆塔接地阻抗测量。测量结果为：伏安法测量仪器所得结果为0.46Ω；本发明装置所得结果为0.92Ω。

上述测量结果说明，采用本发明对桩基础杆塔接地阻抗进行测量，可避免杆塔-分流系统对杆塔接地阻抗测量结果的影响且测量准确性高。

Claims (5)

1、一种桩基础杆塔接地阻抗测量装置，其特征在于主要包括辅助测量电极、高精度软带式罗氏线圈电流传感器(2)、杆塔接地阻抗测量仪(3)，其辅助测量电极为一根电流极(4)和一根电压极(5)，每根电极长为20～30cm、直径0.8～1.2cm的钢棒，电流极(4)插入在距杆塔(1)的距离为40～60m的地中，通过导线(7)与测量仪(3)的电流极端口(9)连接，电压极(5)插入在电流极(4)的同侧并距杆塔(1)的距离为电流极(4)距离0.5～0.6倍的地中，通过导线(7)与测量仪(3)的电压极端口(10)连接，其高精度软带式罗氏线圈电流传感器(2)为4个，分别放置在杆塔(1)的4个塔脚处，传感器(2)的高精度软带式罗氏线圈，用线径为0.2～1.0mm的漆包铜线(17)均匀密绕在6～26个直径为1.0～1.8cm、长度4～6cm的导磁铁芯(16)上，再将缠绕上漆包铜线(17)的导磁铁芯(16)填装到内径为1.5～2cm的开口环形塑料软管(18)内，整个线圈的内径为8～50cm、匝数为100～1300匝，4个传感器(2)分别通过同轴电缆(6)与测量仪(3)上的传感器输入端口(15)连接，其杆塔接地阻抗测量仪(3)由模拟信号输出模块、电流输出模块、数据采集模块、电流检测模块、电压自动调节模块、杆塔桩基础电位测量模块、数据存储模块、数字输出显示模块、数据查询模块、电池及充电模块组成，其间通过印刷电路连接，模拟信号输出模块调整并输出步进频率为1Hz、信号频率为40～150Hz的异频正弦波电流源。

2、按照权利要求1所述的桩基础杆塔接地阻抗测量装置，其特征在于每根电极为长25cm、直径1cm的钢棒，电流极(4)插入在距杆塔(1)的距离为45m的地中，电压极(5)插入在电流极(4)的同侧并距杆塔(1)的距离为电流极(4)距离0.6倍的地中，高精度软带式罗氏线圈电流传感器(2)的每个线圈用线径为0.5mm的漆包铜线(17)均匀密绕在20个直径为1.5cm、长度5cm的导磁铁芯(16)上，再将缠绕上漆包铜线(17)的导磁铁芯(16)填装到内径为1.7cm的开口环形塑料软管(18)内，整个线圈的内径为32cm、匝数为800匝，模拟信号输出模块调整并输出步进频率为1Hz、信号频率为45Hz的异频正弦波电流源。

3、按照权利要求1所述的桩基础杆塔接地阻抗测量装置，其特征在于每根电极为长20cm、直径0.8cm的钢棒，电流极(4)插入在距杆塔(1)的距离为40m的地中，电压极(5)插入在电流极(4)的同侧并距杆塔(1)的距离为电流极(4)距离0.5倍的地中，高精度软带式罗氏线圈电流传感器(2)的每个线圈用线径为0.2mm的漆包铜线(17)均匀密绕在6个直径为1cm、长度4cm的导磁铁芯(16)上，再将缠绕上漆包铜线(17)的导磁铁芯(16)填装到内径为1.5cm的开口环形塑料软管(18)内，整个线圈的内径为8cm，匝数为100匝，模拟信号输出模块调整并输出步进频率为1Hz、信号频率为40Hz的异频正弦波电流源。

4、按照权利要求1所述的桩基础杆塔接地阻抗测量装置，其特征在于每根电极为长30cm、直径1.2cm的钢棒，电流极(4)插入在距杆塔(1)的距离为60m的地中，电压极(5)插入在电流极(4)的同侧并距杆塔(1)的距离为电流极(4)距离0.6倍的地中，高精度软带式罗氏线圈电流传感器(2)的每个线圈用线径为1mm的漆包铜线(17)均匀密绕在26个直径为1.8cm、长度6cm的导磁铁芯(16)上，再将缠绕上漆包铜线(17)的导磁铁芯(16)填装到内径为2cm的开口环形塑料软管(18)内，整个线圈的内径为50cm，匝数为1300匝，模拟信号输出模块调整并输出步进频率为1Hz、信号频率为150Hz的异频正弦波电流源。

5、一种桩基础杆塔接地阻抗的测量方法，利用本发明装置，通过程序进行测量，其特征在于具体的方法步骤如下：

(1)准备

首先通过电池及充电模块对测量仪(3)的蓄电池充电，以保证测量接地阻抗的电源，然后进行装置接线，即将本发明装置的4个高精度软带式罗氏线圈电流传感器(2)，分别缠绕在被测杆塔(1)的4个塔脚处，并通过4对同轴电缆(6)将4个传感器(2)分别与杆塔接地阻抗测量仪(3)的4对传感器输入端口(15)一一对应地相连，用以检测杆塔(1)4个塔脚的入地电流，再将电流极(4)插入距杆塔(1)的距离为40m～60m的地中，并通过导线(7)与测量仪(3)的电流极端口(9)连接，用以形成检测入地电流的回路，又将电压极(5)插入在电流极(4)同侧并距杆塔(1)的距离为电流极(4)距离0.5～0.6的地中，并通过导线(7)连接到测量仪的电压极端口(10)连接，用以提供接地阻抗的参考电位，还将测量仪(3)的输出电流端口(8)，通过导线(7)与对应于电压极(5)和电流极(4)同侧的被测杆塔(1)塔脚连接，用以提供测量接地阻抗的步进频率为1Hz、信号频率为40～150Hz的异频正弦波电流源；

(2)初始化

第(1)步完成后，打开测量仪(3)的电源开关，通过程序自动进行以下初始设置：

①输出电压

初始为0.2V，电压步长为0.1V；

②程控放大倍数初始为0，并设置1，10，100三个放大倍数等级；

③测量仪的模拟信号输出模块的频率初始为45Hz正弦波信号；

(3)数据采集及计算

第(2)步完成后，通过程序打开数据采集模块数据卡的四个通道，分别采集4个传感器(2)检测的电流信号

和电压极(5)输入测量仪(3)的输入电压信号

然后计算4个传感器(2)检测的和电流即 ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&Sigma;}}={\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_1+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_2+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_3+{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_4,$ 以及测量仪(3)输入电压

与输出电压

的差值

即 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}=|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_1-{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2|;$

(4)测量精度调整

第(3)步完成后，先对4个传感器(2)检测的和电流

进行判断：当4个传感器(2)检测的和电流 ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&Sigma;}}\&GreaterEqual;0.2A$ 时，能保证电流传感器(2)的检测精度，则进行下一次分析计算；当4个传感器(2)检测的和电流 ${\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{\&Sigma;}}<0.2A$ 时，不能保证传感器(2)的检测精度，则进一步判断测量仪(3)的输出电压：当测量仪(3)的输出电压 ${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2\&le;9V$ 时，测量仪(3)注入被测杆塔(1)塔脚的正弦波电压不足，不能保证传感器(2)的检测精度，则通过电流输出模块调整增大测量仪(3)的输出电压

一个步长0.1V，返回第(3)步进行数据采集及计算，并再判断4个传感器(2)检测的和电流

如此重复，直至测量仪(3)的输出电压 ${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2>9V$ 为止；当测量仪(3)的输出电压 ${\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2>9V$ 时，则再进一步判断测量仪(3)的输入、输出电压差值

当测量仪(3)的输入、输出差值 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}\&le;1V$ 时，不能保证测量仪(3)的精度，则调整程控放大倍数K增大一个等级即K为1，返回第(3)步进行数据采集及计算，并再判断4个传感器(2)检测的和电流

及测量仪(3)的输出电压

如此重复，直至测量仪(3)的输入、输出电压差值 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}\&GreaterEqual;1V$ 为止；当测量仪(3)的输入、输出电压差值 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}\&GreaterEqual;1V$ 时，能保证测量仪(3)的精度，则进行下一步分析计算；

(5)数据分析、计算

第(4)步完成后，先采用傅立叶级数分析法，分别提取测量仪(3)输入电压与输出电压

的差值

即 $\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{U}=|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_1-{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_2|,$ 及4个传感器(2)检测的和电流

的基波值

及

然后，根据欧姆定律，计算出被测杆塔(1)的接地阻抗Z＝ΔU₁/I_∑1，最后，将计算得出的接地阻抗数据分别输送给数据存储模块及数字显示模块；

(6)结果显示

第(5)步完成后，数字显示模块通过测量仪的面板数码显示管，显示杆塔接地阻抗的测量结果，数据存储模块存储杆塔接地阻抗的测量数据，供以后随时调用及显示。

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