CN107045078A - 输电线路接地故障地中电流双极板监测实验系统及方法 - Google Patents

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郭蕾
周利军
蔡君懿
唐浩龙
何健
王朋成
梅诚
徐晗
王路伽
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Abstract

本发明公开了一种输电线路接地故障地中电流双极板监测实验系统及方法，电流采集模块置于被测地表以下并向电流测量模块200输送所测电流信号；电流测量模块200与将电流测量无线传输的无线通信模块205相连；电流采集模块为双极板电流采集装置0；双极板电流采集装置0由相互呈正交的两组受流板构成，两组受流板通过直角端部带螺纹环氧树脂支架05连接，形成一个牢固整体。与现有技术相比，本发明能够准确测得接地故障入地电流，且对电流采集模块的放置方向无要求，可测得各方向的入地电流，布置方便。所测得数据通过无线通信模块传输并在图形处理模块中显示电流波形，方便对接地故障时的地中电流特性进行分析。

Description

输电线路接地故障地中电流双极板监测实验系统及方法
技术领域
本发明涉及输电线路遭受接地故障时测量工频入地电流监测系统。
背景技术
围绕着我国的“西电东输”战略工程，为了满足未来持续增长的电力需求，国家电网公司提出了加快建设由百万伏级交流和正负800千伏级直流系统构成的特高压电网的发展目标，也进一步加快了建设高电压等级、远距离、大容量的输电线路工程。杆塔是输电线路中必不可少的环节，杆塔接地网对于输电系统的安全运行具有重要意义。在电力系统运行维护过程中，大多数输变电线路事故都是由于雷击输电线路或杆塔而引起的跳闸现象所导致的的。杆塔接地网起着快速排泄故障电流、雷电流，降低杆塔电位，保证附近设备和人身安全的作用，是电力系统可靠运行的一个重要保证。
对于杆塔接地系统的设计要满足国标规定的要求，即杆塔接地电阻需要小于国标的规定值。在保证接地系统良好的情况下，人们往往会忽视电流在地表的流动情况，不能及时测算地表的工频电流往往会导致严重的后果，交流输电线路单相接地故障时，短路电流一部分经地线回流，一部分经杆塔接地装置入地，这部分电流会影响地表的金属管道，产生感应电动势加快腐蚀等，甚至地表电流会通过变压器等接地端流入变压器或其他二次设备影响设备工作，造成严重的经济损失。
目前对接地装置工频地中散流特性的研究中，通常只能测得某一方向上的地中散流，测量其他方向的电流需要改变传感器位置，操作过程复杂，测量效率低下，在具体实施过程中很不方便。因此，很有必要开发一套能对地表散流进行多方位监测的实验系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种输电线路接地故障地中电流双极板监测实验装置，该装置能够测得输电线路接地故障的地中电流，且对放置方向无要求，布置方便。
本发明的技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种输电线路接地故障地中电流双极板监测实验系统，由与电源连接的工频电压调节模块10的输出端分别通过绝缘导线11与接地网12和铜棒接地极13相连构成回路；信号控制平台201通过同轴电缆与工频电压调节模块10和数据处理模块204相连；图形处理模块203与数据处理模块204连接；电流采集模块置于被测地表以下并向电流测量模块200输送所测电流信号；电流测量模块200与将电流测量无线传输的无线通信模块205相连；其特征在于，所述电流采集模块为双极板电流采集装置0；双极板电流采集装置0由相互呈正交的两组受流板构成，两组受流板分别为1号受流板和2号受流板，两组受流板通过直角端部带螺纹环氧树脂支架05连接，形成一个牢固整体；每组受流板由两片相向设置的铜板构成，两铜板间用绝缘支撑以保持一定绝缘空隙；整个双极板电流采集装置0垂直地面置于被测地表以下。
进一步地，所述工频电压调节模块输出幅值可调，通断时间可调的50Hz工频电压与所述接地网、导线、铜棒电极和大地构成回路。
本发明的另一目的是提供一种应用上述装置计算接地故障中地中电流波形的方法。具体手段为：
采用上述实验系统的输电线路接地故障地中电流检测方法，信号控制平台201向工频电压调节模块10发出电压幅值与时间指令并与电流测量模块200通信以获取被测地的电流数据信息以及工作状态；电流测量模块200同时获取1号受流板的电流测值i1(t)和2号受流板的电流测值i2(t)输入数据处理模块204，后者计算出双极板电流采集装置0所处位置的电流波形表达式：
所述的图形处理模块根据数据处理模块所计算的数据绘出双极板电流采集装置所处位置的电流波形。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1)能够准确测得接地故障入地电流，且对电流采集模块的放置方向无要求，可测得各方向的入地电流，布置方便；
2)主要的操作与控制在信号控制平台完成，所测得数据通过无线通信模块传输并在图形处理模块中显示电流波形，方便对接地故障时的地中电流特性进行分析；
3)实验装置操作方便，安全可靠。
附图说明
图1为本发明一种输电线路接地故障地中电流双极板监测实验系统电路图；
图2为图1中A部分结构放大示意图；
图3为本发明中双极板电流采集装置结构示意图；
图4为本发明中电流测量模块原理示意图；
附图标记说明：
0、双极板电流采集装置，01、1号受流板，02、2号受流板，03、铜板，04、十一字盘头螺丝，05、环氧树脂支架，06、隔离柱，10、工频电压调节模块，11、绝缘导线，12、接地网，13、铜棒接地极，200、电流测量模块，201、信号控制平台，202、数据线，203、图形处理模块，204、数据处理模块，205、无线通信模块，210、磁芯，220、开合装置，230、绝缘漆铜线。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种输电线路接地故障地中散流利用双极板测量法监测地表电流的实验系统，该发明是一个完整系统，便捷高效，可用于实验分析。同时本发明中提供一种依附于本开发系统的地表工频散流监测的计算方法。
为了使使用本装置的人员能够更好的理解本发明，下面结合附图对本发明进行详细的说明。
请参考图1、图2和图3，图1为本发明一种具体实施方式所提供的利用双极板监测输电线路接地故障地中散流的监测系统连接图；图2为A部分电流感应单元局部放大图；图3为图1中双极板电流采集装置。
在具体实施中，220V工频电压接入工频电压调节模块10，工频电压调节模块10中包括智能调节模块、变压器、调压器和通讯接口，通讯接口与信号控制平台201通过数据线202相连，信号控制平台201发出调压和发出电压时常信号给工频电压调节模块10，调节调压器变比来调节工频电压幅值，控制IGBT通断时间调节工频电压输出时间；工频电压输出端分别通过绝缘导线11与接地网12和铜棒接地极13相连构成回路，接地网与铜棒接地极可根据实验人员需要调整其填埋深度与填埋距离；
信号控制平台201有通讯接口，通过同轴电缆与工频电压调节模块10和数据处理模块204相连，从人身安全角度考虑，使用无线通讯205模块让信号控制平台201电流测量模块200相连，这样当工作人员对实验系统进行操作时可以保持在安全范围以外；信号控制平台内部包含单片机控制电路、数据存储电路、继电器信号驱动电路，通过继电器信号驱动电路可控制电流测量模块200工作状态,实验人员在信号控制平台201可以通过无线通讯模块205向电流测量模块200发出信号控制其继电器驱动电路，从而控制是否进行采集数据并向信号控制平台201传输数据。
所述数据处理模块204包括数据存储电路和计算电路；信号控制平台201接收到由电流测量模块测得的随时间变化的两路数据i1(t)，i2(t)后通过数据线202传输到数据处理模块204中的存储器，由计算电路读取存储器中两路采集的电流数据，并往计算电路中写入计算公式通过公式处理得到的数据传输到图形处理模块203；图形处理模块203接收到数据进行绘图，得到双极板电流采集装置所放位置处的地中电流随时间变化图。
具体的，数据测量模块包括电流感应单元和数据存储转换器，参考图2，图2为电流感应单元，包括磁芯210、开合装置220、外包绝缘漆铜线230；磁芯有两个半圆形磁性通过开合装置组合而成，材料相同，导磁性能一致，两半圆磁芯闭合成内直径20mm外直径30mm的环形磁芯，设计成可开合式，最大张口为10mm；导线选用BVR14mm2规格，将磁芯打开放入绝缘导线，闭合磁芯；导线与数据存储转换器连接，数据存储转换器中CPU控制A/D转换芯片对输入信号进行采样，转换成数字信号存入存储芯片中。
具体的，请参考图3，图3为本发明一种具体实施方式中双极板电流采集装置，包括BVR14mm2规格电缆01、5cm*5cm*0.2cm规格铜片，直角端部带螺纹环氧树脂支架05，规格M3*8的十一字盘头螺丝04，规格M3*10双通尼龙柱六角内螺纹隔离柱06；四片铜板分成两组，每组两片，两铜板02之间需要保持一定绝缘空隙，使用绝缘固定件进行固定；两铜板02通过两个平行的规格M3*10双通尼龙柱六角内螺纹隔离柱06绝缘隔离，端部由M3*8的十一字盘头螺丝04拧入隔离柱06，使之形成相距10mm的相互平行的一组受流板，上端规格M3*8的十一字盘头螺丝04下面垫由M3铜片，M3铜片与BVR14mm2规格电缆相连；另一组铜板使用同样的固定方式做成另一组受流板；两组受流板通过直角端部带螺纹环氧树脂支架05连接，形成一个牢固整体；将此双极板电流采集装置0埋入所要测量位置的地表下，铜板02垂直于地表面，角度任意；
具体的，参考附图4，图4为所述电流测量模块结构示意图，其工作流程是两路输入通道通过开合式磁芯感应到的电流作为输入，此时输入式模拟量，通过A/D转换器将电流模拟量转化成电流数字量控制存储存储器中。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种输电线路接地故障地中电流双极板监测实验系统，由与电源连接的工频电压调节模块(10)的输出端分别通过绝缘导线(11)与接地网(12)和铜棒接地极(13)相连构成回路；信号控制平台(201)通过同轴电缆与工频电压调节模块(10)和数据处理模块(204)相连；图形处理模块(203)与数据处理模块(204)连接；电流采集模块置于被测地表以下并向电流测量模块(200)输送所测电流信号；电流测量模块(200)与将电流测量无线传输的无线通信模块(205)相连；其特征在于，所述电流采集模块为双极板电流采集装置(0)；双极板电流采集装置(0)由相互呈正交的两组受流板构成，两组受流板分别为1号受流板和2号受流板，两组受流板通过直角端部带螺纹环氧树脂支架(05)连接，形成一个牢固整体；每组受流板由两片相向设置的铜板构成，两铜板间用绝缘支撑以保持一定绝缘空隙；整个双极板电流采集装置(0)垂直地面置于被测地表以下。
2.根据权利要求1所述的输电线路接地故障地中电流双极板监测实验系统，其特征在于，所述工频电压调节模块输出幅值可调，通断时间可调的50Hz工频电压与所述接地网、导线、铜棒电极和大地构成回路。
3.采用权利要求1或2所述实验系统的输电线路接地故障地中电流检测方法，信号控制平台(201)向工频电压调节模块(10)发出电压幅值与时间指令并与电流测量模块(200)通信以获取被测地的电流数据信息以及工作状态；电流测量模块(200)同时获取1号受流板的电流测值i1(t)和2号受流板的电流测值i2(t)输入数据处理模块(204)，后者计算出双极板电流采集装置(0)所处位置的电流波形表达式：
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