CN105158643A - 一种变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在变电站带电运行的情况下，遥控检测接地网腐蚀状态的变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置。本发明主要解决当前检测接地网的断点和腐蚀状态的方法存在工作量大、准确度低、操作复杂等问题。一种变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置，包括埋入地下的接地网水平均压导体，还包括遥控无人机，信号发射系统、接收系统和后台终端系统组成，接收系统由安装在遥控无人机上的磁场探测单元和位置坐标及数据无线传输单元构成，后台终端系统由无线接收单元、上位机和安装在上位机上的软件组成。
Description
技术领域
本发明涉及一种在变电站带电运行的情况下，遥控检测接地网腐蚀状态的变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置。
背景技术
接地网是输配电工程变电站的必要设施，接地网在电力系统安全运行中起着十分重要的作用，首先是工作需要，为变电站内的各种电气设备提供一个公共的参考地，另外也是安全保护的需要，在电力系统出现短路故障或遭受雷击时，能迅速泄放故障电流并降低被保护区域的地电位升，保护工作人员的人身安全以及各种电气设备的安全和正常运行。变电站的接地网通常利用扁钢或圆钢等材料焊接组成网格结构，通常埋入地下1米以内的深度，起到泄放故障电流、均压和减小接地阻抗的作用。根据需要在接地网不同位置通过上引导体线与地表面的电气设备相连接。
钢质材料的接地网导体随运行年限的增加，常因焊接、腐蚀等因素，导致接地网导体变细、断裂或出现断点，不同地区因地质、气候条件的差异，腐蚀速率也存在较大的差异，接地网导体截面积过度减小或断裂，会破坏原有接地网的设计结构，造成接地阻抗升高，降低接地性能，丧失保护功能。一旦由接地网引发电力系统事故，常会造成设备损坏、突然停电，其直接和简接经济损失巨大。
排查接地网导体的断点和腐蚀状态是电力系统运检部门一项重要的预防事故措施。目前，电力部门诊断接地网腐蚀或断裂缺陷的常用方法就是过一定年限后抽样挖开检查，根据接地网处土壤的大致结构和腐蚀速率，凭经验估计接地网体的腐蚀状态。这种方法具有盲目性，工作量大，需要消耗大量的人力、物力和财力，同时还受到现场运行条件的制约，很难准确的诊断接地装置的缺陷。
对于大型网格状接地体，研究人员也开展了大量研究工作，进行了一些新方法的尝试，例如，电化学方法、探地雷达方法、节点互阻抗法、地表电位方法、瞬变电磁方法等。上述方法为大型接地网体的检测提供了一些思路，在实际运用中还存在诸多局限性，其中，电化学方法可分析项目少，只能获得局部的信息，探地雷达用于接地网体的检测存在分辨率不足的问题，节点互阻抗法需要精准的接地网体图纸，需要跟踪对比，且易受天气、土壤条件等因素的影响，检测周期长、效率低。在实际工程中，当接地网导体局部腐蚀或出现小断口时，地表电位变化较小，用于接地网体的腐蚀状态和寻找断点也是困难的。现有的电磁方法需要在变电站接地网地表面往复测量，效率不高，有时受到地表地物的影响，某些区域无法触及。随着我国电力事业的快速发展，装机容量逐年增加，快速准确检测接地网的断点和腐蚀，是保障电力系统安全稳定运行的一个重要预防事故措施之一。
发明内容
本发明主要针对当前检测接地网的断点和腐蚀状态的方法存在工作量大、准确度低、操作复杂等问题，提供一种变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置。
本发明为解决上述问题而采取的技术方案为：
一种变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置，包括埋入地下的接地网水平均压导体，其中：还包括遥控无人机，信号发射系统、接收系统和后台终端系统组成，所述信号发射系统为一个低压大电流交流恒流源，接收系统由安装在遥控无人机上的磁场探测单元和位置坐标及数据无线传输单元构成，后台终端系统由无线接收单元、上位机和安装在上位机上的软件组成，信号发射系统通过接地网的两条上引导体线向埋入地下的网格状接地网水平均压导体注入正弦波电流信号，网格状接地网水平均压导体各支路作为发射天线，向周围空间发射同频的正弦波信号，磁场探测单元采集的正弦波信号输出至位置坐标及数据无线传输单元，位置坐标及数据无线传输单元再通过无线接收单元将正弦波信号传送至上位机上的软件，再由软件汇总和分析后，输出接地网状态和接地网安全性能评估结果。
上位机通过对整个接地网地表磁场的探测，获得地表磁场整体分布图，再仿真计算接地网正常情况下的仿真地表磁场整体分布图，然后将地表磁场整体分布图与仿真表磁场整体分布图进行对比，根据两者的差异，诊断出接地网腐蚀变细或者断裂缺陷的具体位置。
本发明中的地表磁场整体分布图和仿真地表磁场整体分布图方法与公告号CN101216523B的专利中的方法相同。
本发明所述低压大电流交流恒流源为一个工作频率400Hz，输出开路电压1-50V，输出电流1-100A的中频正弦波交流恒流源。
本发明所述磁场探测单元由传感器线圈L、双路运算放大器A和滤波芯片B三部分组成，传感器线圈L的中心抽头端接地，传感器线圈L的输出端分别与双路运算放大器A第一运放的2号管脚和3号管脚连接，双路运算放大器A的第一运放1号输出管脚与滤波芯片B的5号脚连接，滤波芯片B的2号脚输出接双路运算放大器A的第二运放输入端的6号管脚，双路运算放大器A第二运放的7号管脚为测量信号经调理后的输出端。
本发明所述位置坐标及数据无线传输单元由北斗BDS和GPS定位导航模块C、微处理器D和无线发射接收互易芯片E组成，北斗BDS和GPS定位导航模块C的CLK、PPS和TCD数据输出端分别与微处理器D的对应数据输入端连接，微处理器D的AINT3输入端口与双路运算放大器A的7号管脚连接，微处理器D的数据输出端口P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P0.13和P0.14分别连接至无线发射接收互易芯片E的数据输入端口SCK0、MISO0、MISI0、CSN、DR、CD-nF，微处理器D的数据控制总线AM、PWR-UP、uCLK、TX-EN、TRX-CE分别连接至无线发射接收互易芯片E的数据控制总线输入端。
本发明所述无线接收单元由无线接收芯片P、微处理器G和上位机R组成，无线接收芯片P的数据输入端口SCK0、MISO0、MISI0、CSN、DR、CD-nF分别连接至微处理器G的数据输出端口P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P0.13和P0.14，无线接收芯片P的数据控制总线输入端分别连接至微处理器G的数据控制总线AM、PWR-UP、uCLK、TX-EN和TRX-CE，微处理器G的数据控制与传输总线通过USB数据线与上位机连接。
本发明所述传感器线圈L是利用直径为0.05mm的微细自粘漆包线，采用双线并饶的方式，绕制200匝制作而成。
本发明针对利用磁场测量进行接地网状态检测，磁场测量费时费力效率低的不足，将现有直升机技术、北斗卫星定位导航和无线数据传输技术相结合，实现了变电站接地网磁场分布的快速测量，进行变电站接地网水平均压导体断点、腐蚀检测方的法和系统，针对变电站地下网格状水平均压导体接地网的特点，在不挖开、不影响变电站运行的情况下，通过上引导体线发射中频正弦电流信号，测量其在地表面临近空间区域激发的同频信号进行接地网断点和腐蚀状态的缺陷诊断。是一个以发射源、遥控接收机测量装置、和计算机三者构成的一整套诊断测量系统。既可用于变电站接地网的断点和腐蚀状态诊断，也可用石化泵气站、军用雷达网接地网等特殊地形条件下接地导体的检测和诊断。其方法简便、诊断效率高、工程实用性强。
本发明具有以下特点：
1、采用直升机、北斗卫星导航和无线数据传输等技术，实现变电站接地网地表面磁场分布的快速遥控扫描和测量，进行水平均压导体断点和腐蚀状态的诊断；
2、基于比奥-萨伐尔定律和法拉第电磁感应定律，利用传感器线圈拾取磁场信号，利用滤波和放大等电子技术，对所拾取信号进行调理、提取和分辨；
3、通过数据的无线传输和遥控技术，实现对直升机的扫描控制、空间坐标和磁场信息的无线传输；
4、利用计算机和软件系统进行数据的快速采集、存储、处理和分析，根据磁场分布的特征和规律，获得接地网水平均压导体的断点、腐蚀状态以及安全性能的评估。
本发明采用的发射系统，其特点如下：输出频率400Hz，输出电流可在5-50A的范围内调节，依据被测接地网的现场情况选择适宜的电流强度。为了实现电磁兼容，在现场复杂电磁环境下，磁场信号的测量接收通过放大和滤波调节，结合发射电流强度的配合调节，能够有效地抑制现场的电磁干扰，避开主要干扰频点，使测量精度和分辨率能够满足检测的需求。
测量及数据处理包括计算机及相应程序，当对整个接地网磁场扫描测量完成后，通过对磁场分布数据的处理和分析，最终将输出接地网的断点及腐蚀状态等分析结果。
采用本发明方法和检测系统在实际接地网进行现场测试，其诊断结果与实际情况非常一致，误差在6％以内，能够快速有效地诊断接地网断点、腐蚀信息，评估其安全性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明磁场探测单元结构示意图；
图3是本发明位置坐标及数据无线传输单元结构示意图；
图4是本发明无线接收终端控制系统原理图；
图5是本发明系统软件程序结构图；
图6是本发明实施例1某变电站接地网磁场分布测量结果；
图7是本发明实施例2存在腐蚀断点的接地网磁场分布图。
具体实施方式
实施例1
一种变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置，如图1所示，包括埋入地下的接地网水平均压导体1，遥控无人机2，信号发射系统3、接收系统4和后台终端系统5组成，所述信号发射系统3为一个工作频率400Hz，输出开路电压1-50V，输出电流1-100A的中频正弦波交流恒流源，接收系统4由安装在遥控无人机2上的磁场探测单元和位置坐标及数据无线传输单元构成，后台终端系统5由无线接收单元、上位机和安装在上位机上的软件组成，信号发射系统通过接地网的两条上引导体线向埋入地下的网格状接地网水平均压导体注入正弦波电流信号，网格状接地网水平均压导体各支路作为发射天线，向周围空间发射同频的正弦波信号，磁场探测单元采集的正弦波信号输出至位置坐标及数据无线传输单元，位置坐标及数据无线传输单元再通过无线接收单元将正弦波信号传送至上位机上的软件，再由软件汇总和分析后，输出接地网状态和接地网安全性能评估结果。
如图2所示，磁场探测单元由传感器线圈L、AD8607双路运算放大器A和MAX267滤波芯片B三部分组成，传感器线圈L的中心抽头端接地，传感器线圈L的输出端分别与AD8607双路运算放大器A第一运放的2号管脚和3号管脚连接，AD8607双路运算放大器A的第一运放1号输出管脚与MAX267滤波芯片B的5号脚连接，MAX267滤波芯片B的2号脚输出接AD8607双路运算放大器A的第二运放输入端的6号管脚，AD8607双路运算放大器A第二运放的7号管脚为测量信号经调理后的输出端。
如图3所示，位置坐标及数据无线传输单元由MT-5365北斗BDS和GPS定位导航模块C、LPC2220FBD144微处理器D和nRf905无线发射接收互易芯片E组成，MT-5365北斗BDS和GPS定位导航模块C的CLK、PPS和TCD数据输出端分别与LPC2220FBD144微处理器D的对应数据输入端连接，LPC2220FBD144微处理器D的AINT3输入端口与AD8607双路运算放大器A的7号管脚连接，LPC2220FBD144微处理器D的数据输出端口P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P0.13和P0.14分别连接至nRf905无线发射接收互易芯片E的数据输入端口SCK0、MISO0、MISI0、CSN、DR、CD-nF，LPC2220FBD144微处理器D的数据控制总线AM、PWR-UP、uCLK、TX-EN、TRX-CE分别连接至nRf905无线发射接收互易芯片E的数据控制总线输入端。
如图4所示，无线接收单元由nRf905无线接收芯片P、LPC2220FBD144微处理器G和上位机R组成，nRf905无线接收芯片P的数据输入端口SCK0、MISO0、MISI0、CSN、DR、CD-nF分别连接至LPC2220FBD144微处理器G的数据输出端口P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P0.13和P0.14，nRf905无线接收芯片P的数据控制总线输入端分别连接至LPC2220FBD144微处理器G的数据控制总线AM、PWR-UP、uCLK、TX-EN和TRX-CE，LPC2220FBD144微处理器G的数据控制与传输总线通过USB数据线与上位机R连接。
如图5所示，首先进行初始化和时钟同步，然后根据直升机巡航速度在100mS-500mS的范围内设定磁场测量采集时间间隔，将该数据与空间位置坐标信息同步发送到后台，后台终端接受并同步存储位置信息和磁场信号信息，全部扫描测量完成后，进行数据分析并绘制接地网地表面整体磁场分布情况图，在此基础上分析接地网断点和腐蚀状态，最后输出结果。
利用上述设备对某现场测试某220kV变电站接地网的磁场分布情况，其结果与经过严格的理论分析计算和模拟建模仿真计算结果高度一致，分布图见图6，从分布情况看，采用本发明进行磁场分布的遥控遥测结果是可靠的。
实施例2
装置与实施例1相同，对某500kV变电站接地网地表面磁场局部分布情况，见图7，从结果看，在x＝50m，y＝50-60m处的水平均压导体存在严重缺陷，后经挖开检修查验，表明该段导体为扁钢，因腐蚀已完全断裂。
Claims (6)
1.一种变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置，包括埋入地下的接地网水平均压导体(1)，其特征是还包括遥控无人机(2)，信号发射系统(3)、接收系统(4)和后台终端系统(5)组成，所述信号发射系统(3)为一个低压大电流交流恒流源，接收系统(4)由安装在遥控无人机(2)上的磁场探测单元和位置坐标及数据无线传输单元构成，后台终端系统(5)由无线接收单元、上位机和安装在上位机上的软件组成，信号发射系统通过接地网的两条上引导体线向埋入地下的网格状接地网水平均压导体注入正弦波电流信号，网格状接地网水平均压导体各支路作为发射天线，向周围空间发射同频的正弦波信号，磁场探测单元采集的正弦波信号输出至位置坐标及数据无线传输单元，位置坐标及数据无线传输单元再通过无线接收单元将正弦波信号传送至上位机上的软件，再由软件汇总和分析后，输出接地网状态和接地网安全性能评估结果。
2.根据权利要求1所述的变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置，其特征是所述低压大电流交流恒流源为一个工作频率400Hz，输出开路电压1-50V，输出电流1-100A的中频正弦波交流恒流源。
3.根据权利要求1所述的变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置，其特征是所述磁场探测单元由传感器线圈L、双路运算放大器A和滤波芯片B三部分组成，传感器线圈L的中心抽头端接地，传感器线圈L的输出端分别与双路运算放大器A第一运放的2号管脚和3号管脚连接，双路运算放大器A的第一运放1号输出管脚与滤波芯片B的5号脚连接，滤波芯片B的2号脚输出接双路运算放大器A的第二运放输入端的6号管脚，双路运算放大器A第二运放的7号管脚为测量信号经调理后的输出端。
4.根据权利要求1所述的变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置，其特征是所述位置坐标及数据无线传输单元由北斗BDS和GPS定位导航模块C、微处理器D和无线发射接收互易芯片E组成，北斗BDS和GPS定位导航模块C的CLK、PPS和TCD数据输出端分别与微处理器D的对应数据输入端连接，微处理器D的AINT3输入端口与双路运算放大器A的7号管脚连接，微处理器D的数据输出端口P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P0.13和P0.14分别连接至无线发射接收互易芯片E的数据输入端口SCK0、MISO0、MISI0、CSN、DR、CD-nF，微处理器D的数据控制总线AM、PWR-UP、uCLK、TX-EN、TRX-CE分别连接至无线发射接收互易芯片E的数据控制总线输入端。
5.根据权利要求1所述的变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置，其特征是所述无线接收单元由无线接收芯片P、微处理器G和上位机R组成，无线接收芯片P的数据输入端口SCK0、MISO0、MISI0、CSN、DR、CD-nF分别连接至微处理器G的数据输出端口P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P0.13和P0.14，无线接收芯片P的数据控制总线输入端分别连接至微处理器G的数据控制总线AM、PWR-UP、uCLK、TX-EN和TRX-CE，微处理器G的数据控制与传输总线通过USB数据线与上位机连接。
6.根据权利要求3所述的变电站接地网水平均压导体腐蚀状态遥控检测装置，其特征是所述传感器线圈L是利用直径为0.05mm的微细自粘漆包线，采用双线并饶的方式，绕制200匝制作而成。
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