CN102981092B - 输电线路接地状态检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种输电线路接地状态检测装置，包括：残余电压检测模块、电压输出模块、电流采样模块以及控制模块；残余电压检测模块用于检测待测线路的残余电压；电压输出模块用于输出测试电压；控制模块用于利用设定的安全阀值判决所述残余电压，当残余电压小于安全阀值时，控制电压输出模块加载测试电压至所述待测线路；电流采样模块用于对待测线路的电流信号进行采样获得采样电流；控制模块还用于根据测试电压和采样电流判断出待测线路的接地状态。本发明的技术，首先测试待测线路上的残余电压，当残余电压在安全范围时，再输出测试电压并加载到待测线路上进行测试，具有安全性高、准确性高以及抗干扰能力强的优点。

Description

输电线路接地状态检测装置

技术领域

本发明涉及电力工程技术领域，特别是涉及一种输电线路接地状态检测装置。

背景技术

在电力检修作业过程中，装、拆地线是一个极其重要的环节，带地线合闸操作带来的电网事故后果十分严重，极容易造成设备损坏、电网事故甚至人员伤亡。

目前，在专利公开号为：CN 102636722A的专利申请中，公开了一种“防带地线合闸检测装置”，该装置可以通过对待测线路加载设定的高频电压，然后对待测线路上的电流信号进行取样，并根据待测线路电压和电流信号判断线路是否存在闭环回路来判断待测线路的地线合闸（即接地）状态。但该技术存在如下缺陷，当待测线路上有残余电压时，直接对待测线路进行检测容易受到干扰，造成检测准确性较低，特别是当该残余电压较大时，容易造成装置损坏和对检测人员人身伤害，存在较大的安全风险。

发明内容

基于此，有必要提供一种安全性更高的输电线路接地状态检测装置。

一种输电线路接地状态检测装置，包括：残余电压检测模块、电压输出模块、电流采样模块以及控制模块；

所述残余电压检测模块用于检测待测线路的残余电压；

所述电压输出模块用于输出测试电压；

所述控制模块用于利用设定的安全阀值判决所述残余电压，当所述残余电压小于所述安全阀值时，控制所述电压输出模块加载所述测试电压至所述待测线路；

所述电流采样模块用于对待测线路的电流信号进行采样获得采样电流；

所述控制模块还用于根据所述测试电压和采样电流判断出所述待测线路的接地状态。

上述输电线路接地状态检测装置，首先测试待测线路上的残余电压，当残余电压在安全范围时，输出测试电压并加载到待测线路上，然后对待测线路上的电流信号进行取样，根据测试电压和电流信号来判断待测线路的接地状态，具有安全性高、准确性高以及抗干扰能力强的优点。

附图说明

图1为一个实施例的输电线路接地状态检测装置的结构示意图；

图2为一个较佳实施例的输电线路接地状态检测装置的结构示意图；

图3为另一个较优实施例的输电线路接地状态检测装置的结构示意图；

图4为一个应用实例的输电线路接地状态检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的输电线路接地状态检测装置的具体实施方式作详细描述。

参见图1所示，图1为一个实施例的输电线路接地状态检测装置的结构示意图，包括：残余电压检测模块10、电压输出模块20、电流采样模块30以及控制模块40。

所述残余电压检测模块10用于检测待测线路的残余电压；

所述电压输出模块20用于输出测试电压；

所述控制模块40用于利用设定的安全阀值判决所述残余电压，当所述残余电压小于所述安全阀值时，控制所述电压输出模块20加载所述测试电压至所述待测线路；

所述电流采样模块30用于对待测线路的电流信号进行采样获得采样电流；

所述控制模块40还用于根据所述测试电压和采样电流判断出所述待测线路的接地状态。

本实施例的输电线路接地状态检测装置，首先由残余电压检测模块10检测待测线路上的残余电压，当残余电压在安全范围时，控制模块40控制电压输出模块20输出测试电压并加载到待测线路上，然后电流采样模块30对待测线路上的电流信号进行取样，控制模块40根据测试电压和电流信号来判断待测线路的接地状态，具有安全性高、准确性高以及抗干扰能力强的优点。

为了更加清晰本发明的输电线路接地状态检测装置，下面结合附图阐述较佳实施例。

参见图2所示，图2是一个较佳实施例的输电线路接地状态检测装置的结构示意图。

在一个实施例中，该装置还包括链接在所述待测线路与接地之间的备用检测接地线50，该备用检测接地线50用于将所述测试电压加载至待测线路以及从待测线路上导出电流信号，通过该接地线可以辅助检测待测线路的残余电压、加载测试电压以及采样电流信号。

在一个实施例中，所述残余电压检测模块10包括：依次连接的隔离变压器110、光电隔离放大器120以及运算放大器130。

其中，运算放大器130连接至所述控制模块40，备用检测接地线50上串接耦合电阻R，隔离变压器110的高压侧连接在所述耦合电阻R两端。

耦合电阻R上的电压即待测线路的残余电压，由于待测线路一般都存在较高的感应电压，同时，待测线路与接地线所构成的回路中也存在较大的感应电流，一般是工频50Hz的感应电压和感应电流，该感应电压和感应电流会对检测造成干扰，在串入耦合电阻R后，既有利于感应电压信号、感应电流信号的接入，更重要的是可以有效降低感应电压，以及当待测线路存在接地线构成回路时降低回路中的感应电流，从而提高检测精度和抗干扰性能。

对于隔离变压器110，优选的，其匝数比为1000:25，通过隔离变压器110可以形成有效的电气隔离和光电隔离放大器120，避免与待测线路进行直接的电气接触，防止在进行测试时由于短路功率过大而对装置造成损害，保护了装置与检测人员的安全。

在一个实施例中，所述电压输出模块20包括：相连接的电压发生电路210和第一控制开关220。

其中，电压发生电路210将输入的电源电压转换成设定频率的测试电压，第一控制开关220根据所述控制模块40的控制接通或关闭所述输出的测试电压加载到所述待测线路。

优选的，电压发生电路210产生的测试电压为频率400Hz、功率50W的八次谐波的正弦波电压信号，采用该频率的高频信号来进行检测，抗干扰能力强，检测结果的可靠性高。

通过第一控制开关220，当待测线路的残余电压处于不安全范围时，关闭输出测试电压，停止/禁止检测过程，进一步保证了装置与检测人员的安全。

优选的，所述第一控制开关220连接至所述隔离变压器110的低压侧，通过所述隔离变压器110将所述测试电压加载到所述待测线路。

上述通过隔离变压器110测试电压加载到待测线路的方式，避免装置与待测线路进行直接的电气接触，形成有效的电气隔离，达到隔离保护的效果。

在一个实施例中，所述电流采样模块30包括：依次连接的电流钳310、第二控制开关320、隔离放大电路330以及信号调理器340。

其中，电流钳310连接在所述备用检测接地线50上，信号调理器340连接控制模块40，第二控制开关320根据所述控制模块40的控制接通或关闭所述电流钳310与所述隔离放大电路330之间的连接。

通过第二控制开关320隔离电流钳310与其它器件连接，当待测线路的残余电压处于不安全范围时，停止/禁止电流采样过程，保证了装置与检测人员的安全。同时，隔离放大电路330也可以形成有效的电气隔离，从而进一步保护装置与检测人员的安全。

在一个实施例中，所述控制模块40包括：第一判断单元410、A/D转换单元420、傅里叶转换单元430以及第二判断单元440。

其工作原理是：

A/D转换单元420用于分别将所述采样电流、残余电压和测试电压转换成数字采样电流、数字残余电压和数字测试电压。

第一判断单元410用于利用设定的安全阀值判决所述数字残余电压，并控制所述第一控制开关220和第二控制开关320接通或关闭。

傅里叶转换单元430用于对所述数字采样电流和数字测试电压进行傅里叶转换处理获得电流有效值和电压有效值。

第二判断单元440根据所述电流有效值和电压有效值判断出所述待测线路的接地状态。优选的，第二判断单元440包括：阻抗计算单元440a，用于根据所述电流有效值和电压有效值计算阻抗值；门限判决单元440b，用于根据预设的阻抗门限值判决所述阻抗值获得所述待测线路的接地状态。

在本实施例中，采用快速傅里叶变换（FFT）技术，可以快速地完成对采样电流和测试电压信号分析，从而快速计算出电压和电流比（阻抗值），以此来判断待测线路的远方接地状态，检测效率高、准确性高。更重要的是，采用快速傅里叶变换（FFT）技术后，在前端无需进行较大的滤波即可降低感应电压或电流的，由于在感应电压、感应电流过大的情况下，单纯的滤波会把有用信号衰减掉，从而降低后续计算电压和电流比的精度，因此，在此采用快速FFT技术，既可以有效避免对计算阻抗值精度的影响，也可以减少滤波的硬件投入、简化装置电路，同时，也完全排除了工频信号的干扰。

在一个实施例中，参见图3所示，图3为另一个较优实施例的输电线路接地状态检测装置的结构示意图；所述电压发生电路210包括：依次连接的开关直流升压电路210a、全桥逆变电路210b以及LC滤波电路210c；其中，开关直流升压电路210a连接电源，LC滤波电路连接第一控制开关220。所述控制模块40还包括PWM单元450。

具体的，开关直流升压电路210a将输入的电源电压升压为设定幅值的高压电压，全桥逆变电路210b将所述高压变成直流方波电压，LC滤波电路210c对所述直流方波电压进行滤波获得测试电压，PWM单元450输出PWM信号至开关直流升压电路210a，控制其输出电压值。

下面结合附图阐述基于本发明的输电线路接地状态检测装置技术的应用实例。

参见图4所示，图4为一个应用实例的输电线路接地状态检测装置的结构示意图。在本应用实例中，控制模块40的功能基于DSP芯片的算法实现，另外，还包括键盘和显示屏等人机交互部分。

备用检测接地线50上带有测量孔和状态切换开关，正常情况下，备用检测接地线50上的单刀双掷开关打到S1上，此时接地线直接接地，测试时，将单刀双掷开关打到S2上，接入耦合电阻R，待测线路上的残余电压接到隔离变压器110上。由隔离变压器110、光电隔离放大器120和运算放大器130组成的检测电路，以及由DSP芯片计算出耦合电阻R上的电压，判断待测线路上的残余电压是否过高，当其超出安全范围时，在显示屏上显示“干扰源过大，无法正常检测”的提示信息，并输出控制信号控制第一控制开关220和第二控制开关320将处于断开状态，保护装置的安全。当残余电压在安全范围内时，输出控制信号控制第一控制开关220和第二控制开关320将处于接通状态，进入正常检测流程。

在检测过程中，DSP芯片输出PWM信号控制开关直流升压电路210a和全桥逆变电路210b，以及通过LC滤波电路210c后输出频率为400Hz、功率为50w的八次谐波的正弦波电压信号U_8h（测试电压），将该测试电压反馈至DSP芯片并通过隔离变压器110将该测试电压加载到备用检测接地线50上，测试电压在待测线路上产生的电流信号在线路中流通，电流钳310检测备用检测接地线50上的电流信号，并通过隔离放大电路330以及信号调理器340的处理后，由DSP芯片进行分析判断。DSP芯片所采样到的电流信号以及反馈的测试电压进行快速傅里叶变换（FFT）处理，由此计算出八次谐波的电流I_8h、电压U_8h，即计算分离出50HZ基波和8次谐波，用8次谐波有效电压、电流信号作为判断信号，当待测线路存在未拆除的临时接地线时，检测装置的耦合线路和临时接地线通过待测线路和大地构成回路，此时电流I_8h的值相对较大；当待测线路不存在临时接地线时，耦合线路不构成回路，则检测到待测线路上的高频信号微弱，即电流I_8h相对较小。根据阻抗值Z=U_8h/I_8h的大小与Z₀进行比较，即可判断出待测线路上是否有临时接地线接地。其中Z₀为经验越限值，可以根据环境状态进行设定，如土壤质地状态等。人机交互单元可以实现人机交互功能，检测的结果及相关辅助信息通过显示屏进行显示，使得仪器更人性化、更方便、更智能化。

综上应用实例的输电线路接地状态检测装置，具有如下特点与优点：

（1）备用检测接地线串入耦合电阻，防止隔离变压器短路功率过高而影响检测结果。

（2）采用400Hz高频信号，具有抗干扰能力更强、检测可靠性高。

（3）采用了隔离变压器，形成了有效的电气隔离，避免高电压对检测人员的人身安全及装置构成危害，安全性高。

（4）采用快速傅里叶变换（FFT）技术，能实时在线、快速对检测的电流信号处理分析，使得检测响应快、准确性高。

（5）装置使用方便，操作简单，成本低，容易推广实施；

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种输电线路接地状态检测装置，其特征在于，包括：残余电压检测模块、电压输出模块、电流采样模块以及控制模块；

所述残余电压检测模块用于检测输电线路的待测线路的残余电压；

所述电压输出模块用于输出测试电压；

所述控制模块用于利用设定的安全阀值判决所述残余电压，当所述残余电压小于所述安全阀值时，控制所述电压输出模块加载所述测试电压至所述待测线路；

所述电流采样模块用于对待测线路的电流信号进行采样获得采样电流；

所述控制模块还用于根据所述测试电压和采样电流判断出所述待测线路的接地状态。

2.根据权利要求1所述的输电线路接地状态检测装置，其特征在于，还包括链接在所述待测线路与接地之间的备用检测接地线；

所述备用检测接地线用于将所述测试电压加载至所述待测线路以及从所述待测线路上导出电流信号。

3.根据权利要求2所述的输电线路接地状态检测装置，其特征在于，所述残余电压检测模块包括：依次连接的隔离变压器、光电隔离放大器以及运算放大器；

所述运算放大器连接至所述控制模块；

所述备用检测接地线上串接耦合电阻；

所述隔离变压器的高压侧连接在所述耦合电阻两端。

4.根据权利要求1所述的输电线路接地状态检测装置，其特征在于，所述电压输出模块包括：相连接的电压发生电路和第一控制开关；

所述电压发生电路将输入的电源电压转换成设定频率的测试电压；

所述第一控制开关根据所述控制模块的控制接通或关闭所述输出的测试电压加载到所述待测线路。

5.根据权利要求4所述的输电线路接地状态检测装置，其特征在于，所述第一控制开关连接至所述隔离变压器的低压侧，通过所述隔离变压器将所述测试电压加载到所述待测线路。

6.根据权利要求1所述的输电线路接地状态检测装置，其特征在于，所述电流采样模块包括：依次连接的电流钳、第二控制开关、隔离放大电路以及信号调理器；

所述电流钳连接在所述备用检测接地线上，所述信号调理器连接所述控制模块；

所述第二控制开关根据所述控制模块的控制接通或关闭所述电流钳与所述隔离放大电路之间的连接。

7.根据权利要求1所述的输电线路接地状态检测装置，其特征在于，所述控制模块包括：第一判断单元、A/D转换单元、傅里叶转换单元以及第二判断单元；

所述A/D转换单元用于分别将所述采样电流、残余电压和测试电压转换成数字采样电流、数字残余电压和数字测试电压；

所述第一判断单元用于利用设定的安全阀值判决所述残余电压，并控制所述第一控制开关和第二控制开关接通或关闭；

所述傅里叶转换单元用于对所述数字采样电流和数字测试电压进行傅里叶转换处理获得电流有效值和电压有效值；

所述第二判断单元根据所述电流有效值和电压有效值判断出所述待测线路的接地状态。

8.根据权利要求7所述的输电线路接地状态检测装置，其特征在于，所述第二判断单元包括：

阻抗计算单元，用于根据所述电流有效值和电压有效值计算阻抗值；

门限判决单元，用于根据预设的阻抗门限值判决所述阻抗值获得所述待测线路的接地状态。

9.根据权利要求4所述的输电线路接地状态检测装置，其特征在于，所述电压发生电路包括：依次连接的开关直流升压电路、全桥逆变电路以及LC滤波电路；其中，所述开关直流升压电路连接电源，所述LC滤波电路连接所述第一控制开关；

所述控制模块还包括PWM单元，用于输出PWM信号至所述开关直流升压电路。

10.根据权利要求1所述的输电线路接地状态检测装置，其特征在于，所述测试电压为频率为400HZ的八次谐波电压。