CN102540013B - 变电站接地网频率响应测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站接地网频率响应测试装置，包括电源模块、频率发生器模块、功率放大模块、电压电流采集模块、智能化控制模块，所述电压电流采集模块、智能化控制模块、频率发生器模块、功率放大模块依次相连；所述电源模块提供所述测试装置各个模块的电源供应，所述智能化控制模块控制频率发生器模块分次输出不同频率的正弦波电压信号，由功率放大模块对相应正弦波电压信号进行放大后加载到被测接地网上，然后通过电压电流采集模块采集被测接地网的电压和电流，从而由智能化控制模块计算出被测接地网在不同频率信号加载下的阻抗。本发明可方便对接地网的电气完整性进行测试。

Description

变电站接地网频率响应测试装置

技术领域

本发明涉及电力系统变电站设备的状态监测技术领域，尤其涉及变电站接地网频率响应测试装置。

背景技术

变电站接地网起着使故障电流和雷电电流安全入地的重要作用。随着接地网使用年限的增长，由于腐蚀等原因接地网材料截面会变小，局部地方如接地引下线等部位还可能出现局部变细甚至断开等现象。

随着时间的推移，埋在土壤里面的接地网腐蚀到一定程度的时候，对发变电站的安全运行就会产生很大的威胁，接地网应定期进行检测。DL/T475规定应对接地网电气完整性进行测试，规定20mΩ以下值时为合格，50mΩ以上应注意等，目前电气完整性测试主要是采用直流电压/电流法，得到的是直流电阻。基于直流电阻的电气完整性测试不能判断接地网截面变化，只能判断是否存在接触不良、断点等。

目前对于接地网腐蚀引起的截面变小，传统的检测方法，一般都需要对接地网进行开挖进行判断腐蚀状况，不仅效率低下，而且进度慢、成本高，还容易对接地网本身造成破坏。目前还没有基于接地网阻抗频率响应的在线监测设备。

为了解决这个矛盾，迫切需要一种不需要挖出接地网即可以对接地网的腐蚀状态、电气完整性进行的在线测试的装置。

发明内容

本发明的目的就是提供一种变电站接地网频率响应测试装置，可方便对接地网的电气完整性进行测试。

本发明的目的可通过以下技术方案实现：

一种变电站接地网频率响应测试装置，包括电源模块、用于产生多种频率正弦波电压信号的频率发生器模块、用于对正弦波电压信号进行功率放大的功率放大模块、用于采集测量接地网的电压电流的电压电流采集模块、用于控制频率发生器模块的输出频率及计算接地网阻抗的智能化控制模块，所述电压电流采集模块、智能化控制模块、频率发生器模块、功率放大模块依次相连；

所述电源模块提供所述测试装置各个模块的电源供应，所述智能化控制模块控制频率发生器模块分次输出不同频率的正弦波电压信号，由功率放大模块对相应正弦波电压信号进行放大后加载到被测接地网上，然后通过电压电流采集模块采集被测接地网的电压和电流，从而由智能化控制模块计算出被测接地网在不同频率信号加载下的阻抗。

本发明所述电源模块包括两个相互串联的单极性开关电源。

本发明所述频率发生器模块包括依次相连的第一通信接口电路、第一微处理器电路、输出缓冲电路。

本发明所述功率放大模块包括依次相连的前级电压放大电路、中级驱动电路、后记功率放大电路、电流反馈电路、电源滤波电路。

本发明所述电压电流采集模块包括电流信号调理电路、电压信号调理电路、第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、第二微处理器电路、第二通信接口电路，所述电流信号调理电路的输出端与第一低通滤波电路的输入端相连，所述电压信号调理电路的输出端与第二低通滤波电路的输入端相连，所述第一、第二低通滤波电路的输出端分别与第二微处理器相连，所述第二微处理器电路与第二通信接口电路相连。

本发明所述智能化控制模块包括电源变换器、触摸屏、微控制器、数据存储器，所述触摸屏、数据存储器分别与微处理器的相应端口相连，所述微控制器具有通信接口和USB磁盘存储接口，所述电源变换器与所述电源模块相连，该电源变换器提供微控制器、触摸屏、数据存储器的电源供应。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1)本装置的多个模块协调工作，运行流畅、安装灵活方便、扩展性强，确保了测试装置的稳定性、可靠性和测量的精确性；在不需要挖出接地网即可以对接地网的腐蚀状态、电气完整性进行测试；

2)本装置数据采集采用高效数字信号处理技术，采集精度高、抗干扰能力强，尤其对被测试接地网中较强的50Hz工频电流干扰有很强的抑制功能；

3)本装置带有大容量数据存储器，可以存储大量历史数据和标准数据，对接地网腐蚀等级的分析提供了大量的参考数据。

附图说明

图1是本发明测试装置的模块连接示意图；

图2是本发明的电源模块的连接示意图；

图3是本发明的频率发生器模块的连接示意图；

图4是本发明的功率放大模块的电路原理图；

图5是本发明的电压电流采集模块的电路原理图；

图6是本发明的智能化控制模块的连接示意图。

其中：1、电源模块，11、单极性开关电源；2、多种频率发生器模块，21、第一通信接口电路，22、第一微控制器电路，23、输出缓冲电路；3、功率放大模块，31、电源滤波电路，32、前级电压放大电路，33、中级驱动电路，34、后级功率放大电路，35、电流反馈电路；4、电压电流采集模块，41、电流信号调理电路，42、电压信号调理电路，43、第一低通滤波电路，44、第二微处理器电路，45、第二通信接口电路，46、第二低通滤波电路，5、智能化控制模块，51、电源变换器，52、触摸屏，53、微控制器，54、数据存储器，55、通信接口，56、USB磁盘存储接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的一种变电站接地网频率响应测试装置，包括电源模块1、用于产生多种频率正弦波电压信号的频率发生器模块2、用于对正弦波电压信号进行功率放大的功率放大模块3、用于采集测量接地网的电压电流的电压电流采集模块4、用于控制频率发生器模块的输出频率及计算接地网阻抗的智能化控制模块5，电压电流采集模块、智能化控制模块、频率发生器模块、功率放大模块依次相连；

电源模块提供测试装置各个模块的电源供应，智能化控制模块控制频率发生器模块分次输出不同频率的正弦波电压信号，由功率放大模块对相应正弦波电压信号进行放大后加载到被测接地网上，然后通过电压电流采集模块采集被测接地网的电压和电流，从而由智能化控制模块计算出被测接地网在不同频率信号加载下的阻抗。通过测试得到的多种不同频率下的接地网导体阻抗，绘制曲线或列表，并与历史数据或标准数据进行比较，从而评估接地网状态。

如图2所示，电源模块包括两个相互串联的单极性开关电源11，两个单极性的开关电源组成一个双极性电源，该电源模块具备过压保护、欠压保护、短路保护功能。

如图3所示，频率发生器模块2包括依次相连的第一通信接口电路21、第一微处理器电路22、输出缓冲电路23。频率发生器模块可以产生0Hz～10kHz、以1Hz为步进的任意频率正弦波，该频率发生器模块包含一个输入接口和一个输出接口，输入接口接收智能化控制模块的指令，以产生规定的频率和幅值的正弦波信号，由输出接口输出产生的正弦波电压。

如图4所示，功率放大模块包括依次相连的前级电压放大电路32、中级驱动电路33、后记功率放大电路34、电流反馈电路35、电源滤波电路31。该功率放大模块包含一个输入接口、一个输出接口和一个电流反馈接口，输入接口接收正弦波电压信号，由输出接口输出放大后的正弦波电流信号；电流反馈接口输出当前正弦波电流按比例变化后的正弦波电压值，用于测量。

如图5所示，电压电流采集模块包括电流信号调理电路41、电压信号调理电路42、第一低通滤波电路43、第二低通滤波电路46、第二微处理器电路44、第二通信接口电路45，电流信号调理电路的输出端与第一低通滤波电路的输入端相连，电压信号调理电路的输出端与第二低通滤波电路的输入端相连，第一、第二低通滤波电路的输出端分别与第二微处理器相连，第二微处理器电路与第二通信接口电路相连。该电压电流采集模块包含一个电流信号输入接口、一个电压信号输入接口和一个第二通信接口。电流信号输入接口输入被测接地网导体的电流信号；电压输入接口输入被测接地网导体的电压信号；第二通信接口电路首先接收智能化控制模块的包含频率值的指令，然后测量电流信号和电压信号在给定频率下的幅值，最后将测量的数据通过第二通信接口电路输出至智能化控制模块。

如图6所示，智能化控制模块包括电源变换器51、触摸屏52、微控制器53、数据存储器54，触摸屏、数据存储器分别与微处理器的相应端口相连，微控制器具有通信接口55和USB磁盘存储接口56，电源变换器与电源模块相连，该电源变换器提供微控制器、触摸屏、数据存储器的电源供应。该智能化控制模块实现对整个测试装置的智能控制和数据存储。微控制器接收由触摸屏输入的控制命令，通过通信接口协调频率发生器模块和电压电流采集模块的运行获得被测试接地网在给定频率下的电压和电流，进而计算出阻抗值；通过反复测量不同频率下的阻抗，得到被测试接地网的阻抗频率响应曲线，然后通过触摸屏显示并和数据存储器中保存的历史数据或者标准数据进行比较分析评估接地网状态，并可通过USB磁盘存储接口将所有测试数据保存在U盘上。

具体测试时，通过触摸屏52输入启动的指令后，微控制器53通过通信接口55和第一通信接口电路21发出一个包含频率信息的指令给第一微控制器电路22，然后第一微控制器电路22根据指令产生一个正弦波电压信号，并通过输出缓冲电路23输出给功率放大模块3，通过前级电压放大电路32、中级驱动电路33和后级功率放大电路34的逐级放大，加载在被测试接地网上，并通过电流反馈电路35产生一个能反应电流大小的信号，以供测量。同时微控制器53通过通信接口55和第二通信接口电路45发送一个包含频率信息的指令给第二微处理器电路44。此时，由电流反馈电路35产生的信号经由电流信号调理电路41和第一低通滤波电路43处理后，送至第二微处理器电路44；由加载在被测试接地网上的电流产生的电压降经由电压信号调理电路42和第二低通滤波电路46处理后，送至第二微处理器电路44。第二微处理器电路44采集到电流和电压信号后，使用数字信号处理方法计算出此频率下电压和电流信号的幅值，然后通过第二通信接口电路45和通信接口55送至微处理器53，微处理器53计算出此频率下的被测试接地网的阻抗，至此测试装置完成了一个频率点的阻抗测试，然后微控制器53发出下一个频率点的信号产生和测试指令，周而复始，直到完成0～1000Hz不同频率下的阻抗测试，然后在触摸屏52上显示出频率-阻抗特性曲线。

通过在触摸屏52进一步输入指令，微控制器53在数据存储器54中找到历史曲线或者标准曲线，并进行分析计算，进而得出当前被测试接地网的腐蚀等级，并在触摸屏52上显示。通过触摸屏52的指令输入，微控制器将此次测试周期中的所有数据通过USB磁盘存储接口56存储在USB磁盘上，供后期数据分析。

本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (1)

1.一种变电站接地网频率响应测试装置，其特征在于：包括电源模块、用于产生多种频率正弦波电压信号的频率发生器模块、用于对正弦波电压信号进行功率放大的功率放大模块、用于采集测量接地网的电压电流的电压电流采集模块、用于控制频率发生器模块的输出频率及计算接地网阻抗的智能化控制模块，所述电压电流采集模块、智能化控制模块、频率发生器模块、功率放大模块依次相连；

所述电源模块提供所述测试装置各个模块的电源供应，所述智能化控制模块控制频率发生器模块分次输出不同频率的正弦波电压信号，由功率放大模块对相应正弦波电压信号进行放大后加载到被测接地网上，然后通过电压电流采集模块采集被测接地网的电压和电流，从而由智能化控制模块计算出被测接地网在不同频率信号加载下的阻抗；

所述电源模块包括两个相互串联的单极性开关电源；

所述频率发生器模块包括依次相连的第一通信接口电路、第一微处理器电路、输出缓冲电路；

所述功率放大模块包括依次相连的前级电压放大电路、中级驱动电路、后级功率放大电路、电流反馈电路、电源滤波电路；

所述电压电流采集模块包括电流信号调理电路、电压信号调理电路、第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、第二微处理器电路、第二通信接口电路，所述电流信号调理电路的输出端与第一低通滤波电路的输入端相连，所述电压信号调理电路的输出端与第二低通滤波电路的输入端相连，所述第一、第二低通滤波电路的输出端分别与第二微处理器相连，所述第二微处理器电路与第二通信接口电路相连；

所述智能化控制模块包括电源变换器、触摸屏、微控制器、数据存储器，所述触摸屏、数据存储器分别与微处理器的相应端口相连，所述微控制器具有通信接口和USB磁盘存储接口，所述电源变换器与所述电源模块相连，该电源变换器提供微控制器、触摸屏、数据存储器的电源供应。