CN107085147A - 配网接地电阻在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配网接地电阻在线监测系统，包括若干配网接地电阻现场测试装置以及与配网接地电阻现场测试装置通讯连接的一台上位机，处理器输出高频激励源信号，经过功率放大和二阶带通滤波后，输出至激励信号输出线圈，由激励信号输出线圈将高频电动势感应到接地引线，在接地引线中感应的信号由测量感应线圈监测后输出至信号处理模块，信号处理模块对信号进行处理并将数据信号传送给处理器进行计算得到接地电阻值，通讯模块将配网接地电阻现场测试装置测得的接地电阻值传输到上位机进行记录和显示。本发明通过独立地检测接地引线的接地电阻，汇总到上位机，达到配电网接地电阻在线监测的目的。

Description

配网接地电阻在线监测系统

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其是配网接地电阻监测技术。

背景技术

接地电阻是表征接地网状态的主要参数。接地的好坏直接关系到电气设备和人身的安全。接地网和电极每年都会不同程度的腐蚀,使设备的接地电阻发生变化。地网接地电阻的测试，目前有很成熟的测试方案，如：采用三极法进行地网接地电阻测试。虽然地网接地电阻合格了，但是，其他独立接地的电气设备，如：互感器、避雷器、开关等，这些设备的接地均是通过接地引下线与地网连接的。在地网电阻合格的情况下，这些电气设备接地是否正常，取决于接地引下线与地网的连接是否良好。所以，除测试地网接地电阻外，对独立接地设备的接地电阻测试也是非常重要的。

对独立接地设备的接地监测通常使用接地电阻测试仪或接地导通测试仪进行定期监测。定期测量检查接地电阻,虽然能够发现接地电阻的异常情况,但是这种方案有两个缺点：1、工作量大，测试需要比较笨重的测试设备和很长的测试线缆，同时需要外接电源。对面积比较大的变电站内设备接地进行测试，需要不断的移动设备，移动测试线，移动电源线等，工作量很大，效率低。2、定期测试的数据，只代表测试当时的数据，对于接地电阻的变化状态，并不能及时反映。假设某设备测试时接地电阻正常，测试完后出现了接地不良，但是距离下次测试还有很长时间，这样就不能及时准确地了解设备接地电阻的状况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种配网接地电阻在线监测系统，能够对设备的接地电阻进行实时测试并远程传送到计算机进行记录和显示。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：配网接地电阻在线监测系统，包括若干配网接地电阻现场测试装置以及与配网接地电阻现场测试装置通讯连接的一台上位机，所述配网接地电阻现场测试装置包括壳体以及设于壳体内的处理器、高频变压器、信号处理模块、通讯模块，所述高频变压器设有激励信号输出线圈、测量感应线圈，所述壳体中部设有竖向贯通以供接地引线穿过的测量孔，所述激励信号输出线圈、测量感应线圈均环绕测量孔设置，所述处理器输出高频激励源信号，经过功率放大和二阶带通滤波后，输出至激励信号输出线圈，由激励信号输出线圈将高频电动势感应到接地引线，在接地引线中感应的信号由测量感应线圈监测后输出至信号处理模块，所述信号处理模块对信号进行处理并将数据信号传送给处理器进行计算得到接地电阻值，所述通讯模块将配网接地电阻现场测试装置测得的接地电阻值传输到上位机进行记录和显示。

作为优选，所述信号处理模块包括两级放大电路、两级二阶带通滤波电路、平均值包迹检波电路、A/D转换电路，信号经过两级放大电路和两级二阶带通滤波电路处理将干扰信号滤除并将信号电平放大，平均值包迹检波电路对放大后的数据信号进行处理，将高频载波信号去除并将剩下的数据信号送入A/D转换电路进行数据转换。

作为优选，所述通讯模块设有通讯接口，通讯接口采用标准的RS-485接口。

作为优选，所述高频变压器的电源采用47Hz—1820Hz的一个频率序列，这个频率序列所有数值与50Hz没有倍数关系，且序列中的频率数据不成等比和等差关系。

作为优选，若干配网接地电阻现场测试装置通过网络联网并相互通讯，并使配网接地电阻现场测试装置中高频变压器的电源频率不同。

作为优选，所述壳体包括上壳体和上下壳体，所述下壳体的口部端面沿周向设有密封槽，所述密封槽内设有密封条，所述上壳体的口部端面沿周向设有密封凸条，所述密封凸条卡合于密封槽内并将密封条压紧。

作为优选，所述壳体安装于安装支架上，所述安装支架包括底板、设于底板上的支撑柱、设于支撑柱顶端的安装板，所述安装板的侧面垂直设有固定板，所述固定板上设有供螺丝旋入以将壳体与固定板固定的固定孔，所述壳体设有与螺丝固定的固定耳，所述安装支架上设有竖向贯通底板、支撑柱以及安装板以穿过接地引线的通孔。

作为优选，所述上壳体的中心设有上定位柱，所述下壳体的中心设有下定位柱，所述测量孔贯穿上定位柱和下定位柱，所述下定位柱的顶部设有定位孔，所述定位孔的底面上设有密封圈，所述上定位柱插入定位孔并压合在密封圈上。

作为优选，所述定位孔的形状为正方形，所述上定位柱的底部设有正方体结构的定位头。

作为优选，所述配网接地电阻现场测试装置内置有蓄电池，所述蓄电池连接有太阳能电池供电装置。

本发明采用模块化的设计，分布式的结构。在配电接地网的接地引线处安装配网接地电阻现场测试装置，每个配网接地电阻现场测试装置能够独立地检测接地引线对地网的接地电阻值，再将测量数据通过通信传输到上位机，实现远程在线监测、故障报警、历史查看等。这样通过独立地检测接地引线的接地电阻，汇总到上位机进线判断整个接地网的连接状况、回路接地电阻的大小、接地网的腐蚀状况等，达到配电网接地电阻在线监测的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例中配网接地电阻现场测试装置的分布示意图；

图2为配网接地电阻现场测试装置的电路原理框图；

图3为信号处理模块的原理框图；

图4为配网接地电阻现场测试装置的壳体结构示意图；

图5为配网接地电阻现场测试装置的安装支架结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的工作机理进行详细说明：

配网接地电阻在线监测系统，包括若干配网接地电阻现场测试装置以及与配网接地电阻现场测试装置通讯连接的一台上位机。如图1所示，在变电所或开关站安装该系统，监测点位置设置配网接地电阻现场测试装置，实现接地电阻状况的实时监控。

其中，所述配网接地电阻现场测试装置包括壳体以及设于壳体内的处理器、高频变压器、信号处理模块、通讯模块，所述高频变压器设有激励信号输出线圈、测量感应线圈。

考虑到本系统，使用于接地电阻在线监测场合，使用环境多数为室外，同时要进行安装固定，并且长时间进行测试运行。因此，市场现有的钳口式互感器已无法满足需要。因钳口式互感器带可开闭的钳口，可以造成安装无法牢固固定，灰尘、雨水侵蚀造成磁路不畅等不良影响，对测试数据和系统稳定性有不良影响。所以，在本系统的设计中，根据钳形互感器的工作原理，将开闭式钳口更改设计为固定的闭口的回形高频互感器，安装时以穿芯方式套装于设备接地引线上。即壳体中部设有竖向贯通以供接地引线穿过的测量孔，同时将所有组件密封在壳体内部，激励信号输出线圈、测量感应线圈均环绕测量孔设置，以适应室外各种天气环境的测试工作。

如图2所示，所述处理器输出高频激励源信号，经过功率放大和二阶带通滤波后，输出至激励信号输出线圈，由激励信号输出线圈将高频电动势感应到接地引线，在接地引线中感应的信号由测量感应线圈监测后输出至信号处理模块，所述信号处理模块对信号进行处理并将数据信号传送给处理器进行计算得到接地电阻值，所述通讯模块将配网接地电阻现场测试装置测得的接地电阻值传输到上位机进行记录和显示。

如图3所示，所述信号处理模块包括两级放大电路、两级二阶带通滤波电路、平均值包迹检波电路、A/D转换电路，信号经过两级放大电路和两级二阶带通滤波电路处理将干扰信号滤除并将信号电平放大，平均值包迹检波电路对放大后的数据信号进行处理，将高频载波信号去除并将剩下的数据信号送入A/D转换电路进行数据转换。

通讯模块设有通讯接口，通讯接口采用标准的RS-485接口。可采用线缆传输，也可连接无线通讯模块或是GPRS网络通讯模块。当然，有线线缆传输方式最为稳定，无线通讯方式可能受现场环境、屏蔽、距离等影响传输效果，而使用GPRS，则没有距离限制，但是却会产生额外费用。所以，使用哪种通讯方式需根据实际情况选用。

为保证测试装置良好运行，必须为装置提供良好的电源。结合装置使用工作环境，设计了两种供电方案：

(1)在距离建筑较近的区域，使用市电220V电源供电。将电源引到装置附近，通过室外型电源适配器给装置供电。

(2)使用光电池和蓄电池组合供电方案。此种方案适用于装置距离电源很远，布线供电不方便的场合。阳光充足时，有太阳能电池给系统供电同时给电池充电，阴天和夜晚，由电池供电。在蓄电池的选择上，可选方案有镍氢电池组、锂电池组、铅酸蓄电池组。其中，镍氢电池组具有较强的记忆效应，不利于长期应用；锂电池寿命较长，但是其对环境温度敏感，现场环境可能很高，会造成锂电池老化失效；因此，蓄电池选择了使用维护相对简单且比较耐用的免维护铅酸蓄电池。

测试过程采用了实时监测，配网接地电阻现场测试装置实时将测得的接地电阻值传输到上位机进行记录和显示，整套系统可以对所有被测接地导体进行全天候实时测试，可以随时发现接地电阻的变化情况，可以及时发现接地不良的问题。同时测试数据上传到上位机保存，可以将一定时期的测试数据综合分析，总结接地电阻随天气环境的变化规律。

因此，将大大提高了设备接地电阻测试的效率，能够随时监测设备的接地情况。使用价值主要体现在以下三个方面：

1)方便、准确、快速的测量接地电阻，以前一个站的设备接地导通测试，需要2-3天的时间，使用本系统，只需要几分钟即可将站内几百个接地点的导体接地电阻测试完毕。

2)利用本系统的实时测试功能，可以及时发现接地导体的接地不良情况

3)利用本系统的数据传输记录功能，可以综合分析接地电阻的变化规律。

上位机监控软件可以时时显示被测接地电阻值，可以设置自动监控记录时间，间隔记录时间为1～200小时，记录数据自动存储报表，方便历史查询、分析监测点接地阻值的变化情况。

本套系统的测试装置原型基于钳表式接地电阻测试仪。此类测试仪采用一种或两种频率的激励电源进行测试，以避开现场干扰。

最初的系统测试装置是以同样原理进行设计，实际测试中出现不少问题，经过分析有以下几方面：

问题①钳表式测试仪，只是用于短时间偶尔测试，他所采用的激励电源能够满足使用要求，外部的电磁干扰，在测试时不一定会对测试产生不良干扰和影响。但是，我们的系统，是全天候测试的，是实时测试的，所以，这个外部电磁干扰在较长时间区段内，会积累出不良影响，使测试数据出现大的偏差；

问题②钳表式测试仪，同一时间基本上只有一台仪器在工作，不论他使用的激励电源频率有多少，也只有这一种频率的电源在输出。而我们的系统，同一时间可能有多个测试点在同时工作。另外，变电站内多数接地导体距离比较近，这样，一台测试装置的电源激励输出，可能会通过接地网串扰到其他相邻的接地设备的测试装置，这样，如果所有装置使用同一频率的激励电源，就会出现装置间的同频串扰。

问题③通过以上问题分析，对测试装置的激励电源进行改进，使用几种不同频率的激励电源，是同频率的装置互相远离。这样，部分解决了同频干扰串扰的问题。但是每个装置的频率依旧是固定的，在较长时间段上实验会发现，某些时段依旧会有外部干扰对装置的测试产生不良影响。

综合以上出现的三方面问题，设计了一套新的应用于本系统的激励电源方案：“序列变频电源激励方案”。其最大特点为：这种变频电源方案，频率不是连续的，他采用在设备芯片内部，内置47Hz—1820Hz的一个频率序列，此序列从外部看呈现无规律状态，如：47、48、52、53、61……181、183等。整个频率序列所有数值与50Hz没有倍数关系，且序列中的频率数据不成等比和等差关系。

在激励电源方案设计中，所有的测量装置通过网络联网，与上位机通讯，同时装置之间也会有协调通讯协议。在装置启动测量后，装置之间会通过协调通讯协议监测周围其他装置的编码。这时，序列变频电源激励程序的工作会分为两部分：

(1)解决同频干扰。首端设备首先确定自己的激励电源频率，然后通过通讯协议发布自己的频率序列点，这时，其他同网设备会根据这个频率点，依次确定自身使用的测量激励电源频率点，这样，50Hz干扰可以有频率序列排除干扰，装置间的同频干扰也就不复存在。由于频率序列所选择的频率范围宽，频率点多，所以实际应用中，不会出现设备数量多于频点的现象，所以，所有装置采用自己的频点同时进行测试，测试速度快，且抗干扰能力强。

(2)利用序列变频，实现测试数据平衡准确。由于接地阻抗在不同频率电源的测量状态下，会有微小的差别，所以我们设计的方案，不是让一个装置只使用一个频点进行激励测试，而是在测试过程中使用序列变频功能。在(1)步骤完成后，首端设备会根据序列选择下一个频点进行再次测试，同时发布频点，后续状态同(1)中所述。如此循环使用序列变频方案中的所有频点进行测试。序列变频电源激励方案原理示意图如图。

综上所述，测量装置在长时间的实时测试过程中，均衡使用了所有频点，既实现了各种抗干扰功能，又使测试结果实现了均衡测试，消除了不同频率下的测试误差。可以通过上位机软件，综合计算某装置所有频点的数据平均值，得到更加准确的测试数据。

如图4所示，所述壳体1包括上壳体12和上下壳体11，所述下壳体的口部端面沿周向设有密封槽113，所述密封槽内设有密封条，所述上壳体的口部端面沿周向设有密封凸条，所述密封凸条卡合于密封槽内并将密封条压紧，实现上壳体和下壳体之间的密封。

所述上壳体的中心设有上定位柱121，所述下壳体的中心设有下定位柱111，测量孔13贯穿上定位柱和下定位柱，所述下定位柱的顶部设有定位孔，所述定位孔的底面上设有密封圈112，所述上定位柱插入定位孔并压合在密封圈上，实现上定位柱121和下定位柱111之间的密封。进一步的，定位孔的形状为正方形，所述上定位柱的底部设有正方体结构的定位头，通过定位头插入定位孔实现上壳体12和上下壳体11之间定位，然后上壳体12和上下壳体11通过螺丝紧固。

所述壳体1安装于安装支架2上。如图5所示，所述安装支架2包括底板21、设于底板上的支撑柱22、设于支撑柱顶端的安装板23，所述安装板的侧面垂直设有固定板24，所述固定板上设有供螺丝旋入以将壳体与固定板固定的固定孔，所述壳体设有与螺丝固定的固定耳，所述安装支架上设有竖向贯通底板、支撑柱以及安装板以穿过接地引线的通孔。

本套配网接电电阻在线监测系统，是在现有接地电阻测试装置的基础上，利用先进的电子和软件技术，研制的新型接地电阻测试系统。该项目的成功研制将大大提高了设备接地电阻测试的速度和实时性。在接地电阻测试中，可以实时测试，快速测试，缩短测试时间，提高工作效率，节省测试人力及物力的资源投入，可以随时监测设备接地状态，准确定位故障部位，保证设备安全运行，提高配电网运行可靠性，具有很大的社会和经济效益。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (10)

1.配网接地电阻在线监测系统，包括若干配网接地电阻现场测试装置以及与配网接地电阻现场测试装置通讯连接的一台上位机，其特征在于：所述配网接地电阻现场测试装置包括壳体以及设于壳体内的处理器、高频变压器、信号处理模块、通讯模块，所述高频变压器设有激励信号输出线圈、测量感应线圈，所述壳体中部设有竖向贯通以供接地引线穿过的测量孔，所述激励信号输出线圈、测量感应线圈均环绕测量孔设置，所述处理器输出高频激励源信号，经过功率放大和二阶带通滤波后，输出至激励信号输出线圈，由激励信号输出线圈将高频电动势感应到接地引线，在接地引线中感应的信号由测量感应线圈监测后输出至信号处理模块，所述信号处理模块对信号进行处理并将数据信号传送给处理器进行计算得到接地电阻值，所述通讯模块将配网接地电阻现场测试装置测得的接地电阻值传输到上位机进行记录和显示。

2.根据权利要求1所述的配网接地电阻在线监测系统，其特征在于：所述信号处理模块包括两级放大电路、两级二阶带通滤波电路、平均值包迹检波电路、A/D转换电路，信号经过两级放大电路和两级二阶带通滤波电路处理将干扰信号滤除并将信号电平放大，平均值包迹检波电路对放大后的数据信号进行处理，将高频载波信号去除并将剩下的数据信号送入A/D转换电路进行数据转换。

3.根据权利要求1所述的配网接地电阻在线监测系统，其特征在于：所述通讯模块设有通讯接口，通讯接口采用标准的RS-485接口。

4.根据权利要求1所述的配网接地电阻在线监测系统，其特征在于：所述高频变压器的电源采用47Hz—1820Hz的一个频率序列，这个频率序列所有数值与50Hz没有倍数关系，且序列中的频率数据不成等比和等差关系。

5.根据权利要4所述的配网接地电阻在线监测系统，其特征在于：若干配网接地电阻现场测试装置通过网络联网并相互通讯，并使配网接地电阻现场测试装置中高频变压器的电源频率不同。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的配网接地电阻在线监测系统，其特征在于：所述壳体包括上壳体和上下壳体，所述下壳体的口部端面沿周向设有密封槽，所述密封槽内设有密封条，所述上壳体的口部端面沿周向设有密封凸条，所述密封凸条卡合于密封槽内并将密封条压紧。

7.根据权利要求6所述的配网接地电阻在线监测系统，其特征在于：所述壳体安装于安装支架上，所述安装支架包括底板、设于底板上的支撑柱、设于支撑柱顶端的安装板，所述安装板的侧面垂直设有固定板，所述固定板上设有供螺丝旋入以将壳体与固定板固定的固定孔，所述壳体设有与螺丝固定的固定耳，所述安装支架上设有竖向贯通底板、支撑柱以及安装板以穿过接地引线的通孔。

8.根据权利要求6所述的配网接地电阻在线监测系统，其特征在于：所述上壳体的中心设有上定位柱，所述下壳体的中心设有下定位柱，所述测量孔贯穿上定位柱和下定位柱，所述下定位柱的顶部设有定位孔，所述定位孔的底面上设有密封圈，所述上定位柱插入定位孔并压合在密封圈上。

9.根据权利要求8所述的配网接地电阻在线监测系统，其特征在于：所述定位孔的形状为正方形，所述上定位柱的底部设有正方体结构的定位头。

10.根据权利要求1所述的配网接地电阻在线监测系统，其特征在于：所述配网接地电阻现场测试装置内置有蓄电池，所述蓄电池连接有太阳能电池供电装置。