CN104897983B - 一种变电站接地网冲击散流特性测试装置 - Google Patents

Abstract

一种变电站接地网冲击散流特性测试装置，包括：一冲击电流发生器(10)，其用导线(20)连接到所述接地网(30)冲击电流注入点；若干开合式电流传感器(40)，布置在以所述冲击电流注入点为圆心、以等差变化的变化长度为半径所作的多个圆与所述接地网交点处；一测量系统(60)，其通过信号电缆(50)连接所述若干开合式电流传感器(40)；一监测系统(70)，包括相互连接的笔记本电脑(701)和无线路由器(702)；绝缘设备(80)，包括绝缘垫(802)和环氧管(801)，所述环氧管(801)作为各设备间连接线及信号电缆线的支架，所述绝缘垫(802)设在测量系统下。本装置可有效减少测量过程中的误差，提高现场试验的效率。

Description

一种变电站接地网冲击散流特性测试装置

技术领域

本发明涉及一种在冲击电流作用下变电站接地网冲击散流特性测试装置。

背景技术

接地网是保证电力装置安全可靠运行的重要措施之一。当变电站遭受雷击或受到雷电侵入波影响时，符合要求的接地网可使冲击电流快速流入大地，同时可保证接地网内的散流分布均匀，来确保电力设备和工作人员的安全。因雷电流具有幅值大、频域广、时间短的特点，故接地网在工频和雷电流冲击作用下表现出的特性有极大差异。若变电站接地网的冲击接地电阻不符合要求，结构不利于均匀散流，可能会发生电力设备损毁甚至变电站停电事故，对电力装置造成严重影响。因此，了解变电站接地网的冲击散流特性至关重要。

中国实用新型专利说明书CN201035712中公开了一种接地网无线检测装置，采用无线来发送和接收检测信号；中国实用新型专利说明书CN201828632中公开了一种接地网智能诊断仪，通过一次布线采用数据采集器配合控制主机，将接地网监测数字化；中国实用新型专利CN2026148中公开了一种基于工控机的接地网状态检测装置，通过工控机来对测得的参数进行处理。

上述针对接地网电气参数的测量都是基于工频条件下的，不能反映接地网的冲击特性；因雷电流幅值大，若所采用的设备，不能充分考虑绝缘性能，在瞬时冲击高压下可能会出现设备损坏的现象；还有，因雷电流频域广，若所采用的设备，不具有高灵敏度，高采样率，则所测波形会失真；因雷电流时间短，若测得的数据若不能保证同步性，会导致对后期测试结果的对比分析出现误差，降低测试的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种高效、准确的变电站接地网冲击散流特性测试装置，能够实现对变电站接地网的冲击散流特性的准确测量和实时分析。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种变电站接地网冲击散流特性测试装置，其特征是包括：

一冲击电流发生器10，其用导线20连接到所述接地网冲击电流注入点；

若干开合式电流传感器40，布置在以冲击电流注入点为圆心、以等差变化的变化长度为半径所作的多个圆与所述接地网交点处；

一测量系统60，其通过信号电缆50连接所述若干开合式电流传感器40；

一监测系统70，包括相互连接的笔记本电脑701和无线路由器702，通过无线路由器702建立起无线网络，当工控机平台通过无线网卡607接入网络时，即可通过笔记本电脑701来实现测试人员对工控机平台的控制与对散流情况的监测；

绝缘设备80，包括绝缘垫802和环氧管801，所述环氧管801作为各设备间连接线及信号电缆线的支架，所述绝缘垫802设在测量系统下。

所述测量系统60包括工控机平台605和作为主卡和从卡且同步的第一、第二4路采集卡601与602，所述第一和第二4路采集卡601与602通过20芯插头603作为排线形成级连后分别经工控机pci插槽604连接至工控机平台605，所述的工控机平台605由UPS电源606供电并通过无线网卡607接入无线网络。

所述的主卡、从卡都使用内时钟模式，主卡为外触发，从卡为trigger信号触发。

所述的开合式电流传感器为开合式Pearson传感器，其灵敏度为0.01V/A(+1/-0％)，输出阻抗为50Ω，最大峰值电流50,000A，工作温度0到65℃。

所述的信号电缆线50为具有高抗干扰性，且能保证信号传输线路绝缘水平的信号电缆线。

所述的测量系统与监测系统之间为基于Wi-Fi的无线连接，监测系统远程控制测量系统，将处理过的数据传至远端监视器。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1)本装置可有效测量高频冲击条件下的变电站接地网散流特性，便于拆卸与组装；能通过数据分析软件自动储存测试数据，并进行整理分析；可将测试结果以图形的方式在远方控制端显示出来，结果更加直观清晰；能有效减少测量过程中的误差，大大提升测量的准确性及效率；

2)充分考虑绝缘措施，保证测试设备及人员的安全；

3)采用的开合式传感器，具有绝缘性能良好，灵敏度高，布置方便的特点；

4)采用的两块采集卡级联构成的同步采集装置，可同时采集8路信号，且各路独立，每路采样频率高达40M/S,能在很大程度上减小采集电流的误差，便于对比分析；

5)在测量系统与监测系统间使用无线通讯，减少了布线，提高了效率；

6)具备良好的可拓展性，工控机平台可支持更多端口；若结合分压器，还可同时用于测量接地网的电位分布；

附图说明

图1为本发明的实施例组成连接关系以及测试布置示意图；

图2为本发明实施例的接地网中传感器布置图；

图3为本发明实施例的测量系统组成和连接关系示意图。

附图标记：

10为冲击电流发生器，20为连接导线，30为变电站接地网，40为开合式电流传感器，50为信号电缆线，60为变电站冲击散流测试装置的测量系统，70为变电站接地网冲击散流测量系统的监测系统，80为绝缘设备；

601为采集卡1，602为采集卡2,603为20芯插头，604为工控机pci插,，605为工控机平台，606为UPS电源，607为测量系统的无线网卡，701为监测系统的笔记本电脑，702为无线路由器，801为绝缘垫，802为环氧管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1所示，本发明的变电站接地网冲击散流特性测试装置实施例，包括以下几部分：

一冲击电流发生器10，其输出通过导线20连接到所述变电站接地网冲击电流注入点，用于提供高频冲击电流，模拟雷击变电站情况；

若干开合式电流传感器40，布置在以冲击电流注入点为圆心、以等差变化的变化长度为半径所作的多个圆，这些圆与所述接地网交点处的接地网上。参见图2，其中实心点为电流注入点，空心点为传感器布置点。在保证注入电流不变的条件下，可由多个Pearson传感器多次测量以完成一次接地网冲击测试。这些开合式电流传感器40用于将测试点处的电压信号转化为电流信号，其既能测量回路中的轴向电流，也能测量接地网具体导体段上的轴向电流。

一测量系统60，其通过信号电缆50连接所述开合式电流传感器40(开合式电流传感器可卡在接地网导体上)；具体包括工控机平台605和第一、第二4路采集卡601与602，所述第一和第二4路采集卡601与602通过20芯插头603作为排线形成连接后分别经工控机pci插槽604连接至工控机平台605，工控机平台605由UPS电源606供电并通过无线网卡607接入无线网络；其中设置第一采集卡601为主卡，第二采集卡602为从卡，UPS电源606为工控机平台605供电，以保证工控机能在户外使用，使其电位悬浮起来。

一监测系统70，包括相互连接的笔记本电脑701和无线路由器702，通过无线路由器702建立起无线网络，当工控机平台通过无线网卡607接入网络时，即可通过笔记本电脑701来实现测试人员对工控机平台的控制与对散流情况的监测。

绝缘设备80，包括绝缘垫802和环氧管801，环氧管801作为各设备间连接线及信号电缆线的支架，绝缘垫802则设在测量系统下。

工作原理：

信号电缆线50传送来的电流信号通过两块已同步的第一第二采集卡601及602的采集，形成8路同步信号；8路同步信号经pci插槽604传送给工控机中心处理器，进行数据处理；工控机将处理过的数据进行存盘，供远端测试人员进行分析。

冲击散流特性测试主要需解决两个问题：1)信号同步；2)人员与设备安全。本发明采用如下方法进行处理。

1)信号同步实现方式：主从卡级联

因变电站接地网站地面积很大，且雷电流频域广、作用时间短，若测得的数据若不能保证同步性，必定会导致对测试结果的分析出现误差，降低测试的可靠性，且不便于试验数据后期的对比分析。

使用两块4路采集卡601及602实现8路同步采集。采用主从卡级联的方案，设置第一采集卡601作为主卡，第二采集卡602为从卡。第一采集卡601和第二采集卡602通过603(20芯)插头相连。主、从卡都使用内时钟模式，主卡使用外触发，从卡使用trigger信号触发。先启动从卡，再启动主卡，则两卡都进入等待模式。当主卡被符合触发要求的外触发信号触发后，会发出trigger信号。此时，主卡发出的trigger信号通过603(20芯)插头传送到从卡，从卡也被触发。由此实现了主从卡的同时启动，即实现了两卡同步启动，8路同步采集的功能。

2)绝缘与无线通讯

由于冲击试验具有幅值高的特点，若不充分考虑测量装置的绝缘布置，易发生对地放电或高地电位的反击，轻则造成试验测量的不准确，重则造成试验设备的损坏，危害试验人员的安全。故应该合理布置绝缘设备80，包括：在干燥且距离合适处布置测量系统60，且应在测量系统60下放置绝缘垫801来保护测量系统，防止高地电位的反击。沿各设备间的连接线20及信号电缆50布置环氧管802，作为线路的支架，防止对地放电或高地电位的反击。

由于冲击试验现场情况复杂，更多的布线意味着更大的风险，为减少干扰，保证试验人员的安全，可基于Wi-Fi构建无线网络。构建无线网络的设备包括工控机平台的无线网卡607，构建无线平台的路由器702。通过路由器构建无线网络，通过无线网卡607将工控机平台接入无线平台；而后，直接与路由器702相连的笔记本电脑701就可以通过远程IP访问的方式来实现对工控机平台的远程控制与远程数据访问。

在进行变电站接地网30的冲击散流分布测试时，合理布置绝缘设80备，由冲击电流发生器10产生高频冲击电流，经注入点注入接地网，在选定的测量点处由埋设的开合式电流传感器40将电压信号转换为电流信号，经信号电缆线50传送到测量系统60。测量系统对电流数据进行同步处理。监测系统70通过无线网络对测量系统60进行访问，来控制及监测测量系统60。若所需测量点多于测量系统60的端口数，应在保证注入电流一致的情况下，多次测量以完成所有点的测量。

Claims (4)

1.一种变电站接地网冲击散流特性测试装置，其特征是包括：

一冲击电流发生器（10），其用导线（20）连接到所述接地网(30)冲击电流注入点；

若干开合式电流传感器（40），布置在以所述冲击电流注入点为圆心、以等差变化的变化长度为半径所作的多个圆与所述接地网交点处；

一测量系统（60），其通过信号电缆（50）连接所述若干开合式电流传感器（40）；

一监测系统（70），包括相互连接的笔记本电脑（701）和无线路由器（702）；

绝缘设备（80），包括绝缘垫（802）和环氧管（801），所述环氧管（801）作为各设备间连接线及信号电缆线的支架，所述绝缘垫（802）设在测量系统下。

2.根据权利要求1所述的变电站接地网冲击散流特性测试装置，其特征是：所述测量系统（60）包括工控机平台（605）和作为主卡和从卡且同步的第一4路采集卡（601）与第二4路采集卡（602），所述第一和第二4路采集卡通过20芯插头（603）作为排线形成级连后分别经工控机pci插槽（604）连接至工控机平台（605），所述的工控机平台（605）由UPS电源（606）供电并通过无线网卡（607）接入无线网络。

3.根据权利要求2所述的变电站接地网冲击散流特性测试装置，其特征是：所述的主卡、从卡都使用内时钟模式，主卡为外触发，从卡为trigger信号触发；两块采集卡以相同的采样率同时开始采集数据，同时结束采集数据并将处理过的数据通过Wi-Fi方式传至远端监视器。

4.根据权利要求3所述的变电站接地网冲击散流特性测试装置，其特征是：所述的开合式电流传感器为开合式Pearson传感器，其灵敏度为0.01V/A，输出阻抗为50Ω，最大峰值电流50,000A，工作温度0到65℃。