CN103645384B - 接地电阻测试工频干扰抑制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测试接地电阻中的抗干扰技术，特别是一种接地电阻测试工频干扰抑制装置，其结构要点在于，包括有依序电连接的正弦波振荡模块、移相调幅模块和功率驱动及升压模块，以及分别与上述三模块连接的电源模块；其中移相调幅模块包括有复数个移相单元和一个调幅单元。本发明提出一种不同于现有滤波方式的干扰抑制装置，采用补偿法对工频干扰进行消除，用独立电源振荡生成工频50Hz的正弦信号，对该信号进行移相和调幅处理来补偿工频干扰电压。可以良好的消除0～120V峰值范围内的工频干扰电压，并保证其良好的测试精度。所述的干扰抑制装置结构简单，控制方便，抗干扰效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种选择性补偿法测试杆塔接接地电阻中的抗干扰技术，特别是一种输电线路杆塔接地电阻测试工频干扰抑制装置。
背景技术
我国地形复杂多样，山地面积占全国土地面积的69%，多数线路杆塔沿山地架设，土壤电阻率普遍偏高，施工难度大，导致接地电阻值相对较大，线路因耐雷水平不足造成的反击跳闸事件时有发生。因此，如何准确高效地开展线路杆塔接地电阻的测试，获得杆塔的真实耐雷水平，是推进输电线路防雷工作的关键。
目前，电力系统进行测量杆塔接地电阻时一般采用便携式异频装置进行测试，如图1。图中RJ为杆塔基础接地的自电阻，RE为人工接地射线的自电阻,RH为基础接地与人工接地间的互电阻,RT塔身与避雷线的接触电阻。由于互电阻RH的存在，常规测试方法将不同程度地受到与杆塔相连的架空避雷线的影响，测试结果往往偏小。
基于常规测试方法存在的问题，福建省于2002年提出了选择性补偿法，其测试原理图如图2所示。测试时，除了保留一根测量所需必须的引下线之外，其余接地引下线都要进行拆卸或隔离处理。图中，CT（钳表）是用于感应人工接地装置引下线的支路电流，由于杆塔其余接地引下线已经卸开，故该支路的电流即为整个人工接地装置的支路电流。因此，采用选择性补偿法后，可单独获得CT支路所对应的接地电阻值（即RE），而IJT支路的电阻则被排除在外。由图可知，RH两端是等电位的，即没有电流流经RH，故RH的存在就不会影响测试结果。
目前市面上的异频接地电阻测试仪均具备选择性补偿法（单钳表法）测试功能，但这些测试仪多考虑其使用的便携性，其内置变频电源容量一般较小，且内部多采用了单片机，DSP等弱电处理电路，其抗工频干扰的能力比较有限，出于对仪器的保护和测试精度的要求，测试装置一般会对其检测到的工频干扰电压设置限。这样，在进行选择性补偿模式进行测试时，若杆塔接地电阻值较高，其干扰电压往往会超过仪器设置限值，导致无法进行正常测试。而随着系统的增大，线路电压等级的提高，电磁环境越来越复杂，对杆塔接地电阻的测试的干扰越来越大，对测试技术提出的更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种抗工频干扰效果好、控制方便，操作简单的杆塔接地电阻测试工频干扰抑制装置。
本发明的目的是通过以下途径来实现的：
接地电阻测试工频干扰抑制装置，其结构要点在于，包括有依序电连接的正弦波振荡模块、移相调幅模块和功率驱动及升压模块，以及分别与上述三模块连接的电源模块；其中移相调幅模块包括有由复数个移相环节组成的移相单元和一个调幅单元；
每个移相环节包括第一反馈电阻、第二反馈电阻、调相电阻、调相电容和调相运放构成；正弦波振荡模块的输出端分别经过第一反馈电阻连接到调相运放的反相输入端、经过调相电阻连接到调相运放的同相输入端，调相运放的同相输入端经由调相电容接地，调相运放的输出端通过第二反馈电阻连接到其反相输入端；复数个移相环节逐级连接构成移相单元；
调幅单元包括有调幅电位器和缓冲运放，移相环节的输出端通过调幅电位器接地，同时调幅电位器的调节端连接到缓冲运放的同相输入端，缓冲运放的输出端提供一个反馈点与其反相输入端连接，同时该缓冲运放的输出端与功率驱动及升压模块连接。
具体的：
移相单元由基本移相环节构成，采用多级级联的方式，最优为3级级联方式，前两级构成最大330°可移相范围，采用多层联动开关进行粗调，每级可调节30°，后一级采用可调电阻，则最大可实现35°连续移相，三级级联则可实现360°连续可调相位。
本发明是应用于杆塔接地电阻选择性补偿测试方法中，对工频干扰进行反相补偿，确保测试仪器能正常工作、测试精度不受影响。针对异频接地电阻测试仪在使用中出现的抗干扰能力差的问题，本发明在电压极测试回路中串联一补偿源，对工频干扰进行消除。该补偿源利用独立电源振荡生成工频50Hz的正弦信号，对该信号进行移相和调幅处理来补偿工频干扰电压。其工作原理为：利用正弦波振荡模块自激振荡产生与系统频率相同的工频正弦信号，将该信号输入到移相调幅模块，进行相位和幅值调整，移相调幅模块的输出连接到功率驱动及升压模块，对信号进行功率放大和升压输出，对干扰电压进行补偿，提高选择性接地测试装置的工频抗干扰能力和测试精度。
其中移相调幅模块是核心模块，作用在于对正弦波振荡模块产生的工频50Hz信号进行相位和幅值调整，使之能够实现对工频干扰信号幅值相位补偿。移相单元通过计算其每个移相单元的传递函数可以确定，输出信号相对输入信号的相位偏移为调相电阻的函数，幅度偏移为零。一个移相环节理论可移相范围为0～180°。为实现360°范围内连续可调相位，移相单元采取将多个上述移相环节级联的方式来增大移相范围，将调幅单元放在多级移相环节级联之后，进行总体幅值控制。三级移相环节级联并与调幅环节连接后构成的移相调幅模块。
本发明提出一种应用于选择性补偿法测试中的干扰抑制装置，通装置可以良好的消除0～120V峰值范围内的工频干扰电压，解决选择性补偿法测试时，由于工频干扰电压过大，导致仪器无法正常工作的问题，并保证其良好的测试精度。所述的干扰抑制装置结构简单，控制方便，抗干扰效果好，测试精度也就高。
本发明可以进一步具体为：
正弦波振荡模块为一种文氏桥自激振荡电路。
正弦波发生模块采用硬件滤波方法，从测试仪E、S两级之间获取干扰信号Vin1，通过中低通滤波回路，输出Vout到移相调幅环节，从而实现二者的频率实时跟随。
所述文氏桥自激振荡电路为经典的自激振荡电路，通过选频网络的计算确定自激振荡的频率稳定在工频50Hz，在选频网络中采用高精度电位器，实现输出频率的一定范围可调。采用串联有二极管的支路作为负反馈支路，利用二极管的动态电阻实现输出的稳幅。负反馈支路中采用一个电位器，用于电路的起振。待电路可以稳定起振，调节好输出频率和输出幅值后，固定正弦波振荡模块中用于起振的电位器和调频电位器，以稳定输出信号的频率和幅值。
功率驱动及升压模块包括有功率驱动环节和升压环节，其中功率驱动缓解的电路设计为集成功率放大形式，升压环节则由升压变压器组成。
功率驱动环节的功放电路采用集成功放芯片构成。将各功能模块进行连接后，利用升压变压器进行放大输出。功率驱动及升压模块的作用在于提高补偿源的带负载能力和输出幅值，包含功率驱动环节和升压环节，功率驱动环节将移相调幅模块输出的信号进行功率放大，升压环节采用基本的升压变压器实现，拟定变比为1:13。
综上所述，本发明采用反向补偿的方法对工频干扰进行抑制，具有以下优点和积极效果：
（1）在使用选择性补偿法进行杆塔接地电阻测试工作中，采用补偿方法对测试环境中的工频干扰进行补偿和消除，提高了异频接地测试装置的工频抗干扰能力，并保障了测试精度。
（2）采用了360°范围内连续可调相位的方法和电路，可以实现工频干扰信号的良好补偿，实际测试中补偿精度在1V以内。
（3）采用了功率驱动及升压电路，使得工频干扰抑制装置的输出能力达到0～120V峰值范围，大大提高了异频接地测试装置的工频抗干扰能力。
（4）采用了调幅控制电路，使得工频干扰抑制装置可以根据实际环境中工频干扰的大小灵活选择补偿点，控制方便。
（5）采用独立电源，使得工频干扰抑制装置能够脱离工频电源而进行现场操作和控制，携带方便。
附图说明
图1所示为本发明背景技术所述三极法常规测试原理接线图。
图2所示为本发明背景技术所述选择性补偿模式原理接线图。
图3为本发明实施例1所述接地电阻测试工频干扰抑制装置的框架结构示意图。
图4所示为本发明所述移相调幅模块的原理电路结构示意图。
图5所示为本发明所述的接地电阻测试工频干扰抑制装置应用于选择性补偿法接地阻抗测试时的结构示意图。
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施方式
最佳实施例：
参照附图3，接地电阻测试工频干扰抑制装置，采用反相补偿法实现工频干扰抑制，包括有依序电连接的正弦波振荡模块、移相调幅模块和功率驱动及升压模块，以及分别与上述三模块连接的电源模块；其中移相调幅模块包括有由复数个移相环节构成的移相单元和一个调幅单元。
参照附图4，每个移相环节包括第一反馈电阻R1、第二反馈电阻R2、调相电阻R3、调相电容C和调相运放P1构成；正弦波振荡模块的输出端，即移相调幅模块的输入端Vin分别经过第一反馈电阻R1连接到调相运放P1的反相输入端、经过调相电阻R3连接到调相运放P1的同相输入端，调相运放P1的同相输入端经由调相电容C接地，调相运放P1的输出端通过第二反馈电阻R2连接到其反相输入端；3个如上所述的移相环节逐级连接构成移相单元；
调幅单元包括有调幅电位器R4和缓冲运放P2，移相单元最后的输出端，即调相运放P1的输出端通过调幅电位器R4接地，同时调幅电位器R4的调节端连接到缓冲运放P2的同相输入端，缓冲运放P2的输出端提供一个反馈点与其反相输入端连接，同时该缓冲运放P2的输出端Vout与功率驱动及升压模块连接。所述运放是指运算放大器。
所述的正弦波振荡模块的作用在于通过自激振荡产生幅值稳定频率稳定的工频50Hz正弦信号，为移相调幅模块提供稳定的输入。
所述正弦波振荡模块的设计基于经典的文氏桥自激振荡电路，通过选频网络的计算确定自激振荡的频率稳定在工频50Hz，在选频网络中采用高精度电位器，实现输出频率的一定范围可调。采用串联有二极管的支路作为负反馈支路，利用二极管的动态电阻实现输出的稳幅。负反馈支路中采用一个电位器，用于电路的起振。待电路可以稳定起振，调节好输出频率和输出幅值后，固定正弦波振荡模块中用于起振的电位器和调频电位器，以稳定输出信号的频率和幅值。
移相调幅模块的作用在于对正弦波振荡模块产生的工频50Hz信号进行相位和幅值调整，使之能够实现对工频干扰信号幅值相位补偿。
移相调幅模块的基本单元包含移相环节和调幅环节，其设计分别基于阻容移相网络和电位器分压原理：通过计算其传递函数可以确定，输出信号相对输入信号的相位偏移为调相电阻R3的函数，幅度偏移为零。一个移相环节理论可移相范围为0～180°。为实现360°范围内连续可调相位，采取将3个上述移相单元级联的方式来增大移相范围，将调幅环节放在三级移相环节级联之后，进行总体幅值控制。移相环节的输出通过调幅电位器R4进行分压处理，通过缓冲运放P2构成的缓冲级进行输出，通过调节调幅电位器R4的分压比，实现信号的幅值调节。三级移相环节级联并与调幅环节连接后构成的移相调幅模块。
功率驱动及升压模块的作用在于提高补偿源的带负载能力和输出幅值，包含功率驱动环节和升压环节。功率驱动环节将移相调幅模块输出的信号进行功率放大，其电路设计为集成功率放大形式，采用的集成功率放大芯片为TDA2030A，具体电路拟定为TDA2030A典型应用电路。升压环节采用基本的升压变压器实现，拟定变比为1:13。
电源模块的作用在于为正弦波振荡模块、移相调幅模块、功率驱动及升压模块提供电源和电位参考点。考虑到现场需求，拟定为±12V通用型可充电锂电池，采用线性稳压芯片7809和7909进行稳压。
所述的接地电阻测试工频干扰抑制装置在异频法接地阻抗测试中的应用为：
参照附图5，异频接地测试装置的测试端通过接地极1连接到接地网2；电压输出端与所述的接地电阻测试工频干扰抑制装置连接，然后经由电压极3接地；电流输出端经由电流极4接地。使用时，由接地电阻测试工频干扰抑制装置根据干扰信号的相位和幅值进行调整，并补偿工频干扰信号，消除干扰信号，达到抗干扰的目的。
本发明未述部分与现有技术相同。
Claims (3)
1.接地电阻测试工频干扰抑制装置，其特征在于，包括有依序电连接的正弦波振荡模块、移相调幅模块和功率驱动及升压模块，以及分别与上述三模块连接的电源模块；其中移相调幅模块包括有由复数个移相环节组成的移相单元和一个调幅单元；
每个移相环节包括第一反馈电阻、第二反馈电阻、调相电阻、调相电容和调相运放构成；正弦波振荡模块的输出端分别经过第一反馈电阻连接到调相运放的反相输入端、经过调相电阻连接到调相运放的同相输入端，调相运放的同相输入端经由调相电容接地，调相运放的输出端通过第二反馈电阻连接到其反相输入端；复数个移相环节逐级连接构成移相单元；
调幅单元包括有调幅电位器和缓冲运放，移相环节的输出端通过调幅电位器接地，同时调幅电位器的调节端连接到缓冲运放的同相输入端，缓冲运放的输出端提供一个反馈点与其反相输入端连接，同时该缓冲运放的输出端与功率驱动及升压模块连接。
2.根据权利要求1所述的接地电阻测试工频干扰抑制装置，其特征在于，正弦波振荡模块为一种文氏桥自激振荡电路。
3.根据权利要求1所述的接地电阻测试工频干扰抑制装置，其特征在于，功率驱动及升压模块包括有功率驱动环节和升压环节，其中功率驱动环节的电路设计为集成功率放大形式，采用的集成功率放大芯片为TDA2030A，升压环节则由升压变压器组成。
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