CN108152596A - 一种电力杆塔接地电阻测量仪及电阻测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力杆塔接地电阻测量仪及电阻测量方法，包括60HZ测试电压源、电流采样电路、A/D转换电路、微处理器、显示屏和存储器，所述60HZ测试电压源与微处理器连接，用于在微处理器的控制下，向电力杆塔接地电阻回路提供60HZ的测试电压，并将测试电压的电压值反馈给微处理器；所述电流采样电路用于采集电力杆塔接地电阻回路中的电流信息，电流采样电路的输出端与A/D转换电路连接，A/D转换电路的输出端与微处理器连接，所述微处理器还分别与显示屏和存储器连接。本发明采用60HZ的测试电压源对电力杆塔回路提供测试电压，并在电阻计算之前，微处理器首先对干扰信号进行了屏蔽，故而使得整个电阻测量仪具有误差小，精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路雷电防护，特别是涉及一种电力杆塔接地电阻测量仪及电阻测量方法。
背景技术
对架空电力线路杆塔进行接地保护，是保障输电线路设备免受雷电侵害的主要手段之一；目前，电力施工单位主要通过对杆塔接地电阻的测量，以评估接地保护系统是否可靠有效，因此，接地电阻的准确测量，对输电设备安全具有重要意义。
杆塔接地电阻检测的主要方式包括：1、三级法：该方法又称电流电压极法，是由杆塔接地网、电流极和电位极组成的三个电极测试杆塔接地电阻的方法，该方法需要使用接地摇表、电极引线、接地极探针等设备，接地装置接地电阻的数值，等于接地装置的对地电压与通过接地装置流入地中的工频电流的比值；这种测试方法需在现场布置几十米的电极引线，测试工作劳动强度较大，同时由于受实际放线距离、角度等差异，引起对测量数据的干扰及计算误差，使得测量结果误差较大；2、钳表法：该方法利用电磁感应原理通过钳形表其前端卡口（内有电磁线圈）所构成的环，向被测线缆送入一恒定电压，该电压被施加杆塔多点接地回路中，钳形表可同时通过其前端卡口测出回路中的电流，根据欧姆定律，即可计算出回路中的总电阻，该方法主要存在的问题是钳形表采用的测试频率过高，一般在100Hz以上，有的甚至达到1kHz，如此高频率下测得的阻抗显然与输电线路在50Hz下阻抗相差甚远，钳形表还有一个缺点就是测量精度差，一般只能分辨到0.1Ω，这是由于其测试电流过小所至。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电力杆塔接地电阻测量仪及电阻测量方法，采用60HZ的测试电压源对电力杆塔回路提供测试电压，并在电阻计算之前，微处理器首先对干扰信号进行了屏蔽，使得整个电阻测量仪具有误差小，精度高的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电力杆塔接地电阻测量仪，包括60HZ测试电压源、电流采样电路、A/D转换电路、微处理器、显示屏和存储器，所述60HZ测试电压源与微处理器连接，用于在微处理器的控制下，向电力杆塔接地电阻回路提供60HZ的测试电压，并将测试电压的电压值反馈给微处理器；所述电流采样电路用于采集电力杆塔接地电阻回路中的电流信息，电流采样电路的输出端与A/D转换电路连接，A/D转换电路的输出端与微处理器连接，所述微处理器还分别与显示屏和存储器连接；
所述微处理器用于对A/D转换得到的信号进行数字滤波处理，实现干扰信号的屏蔽，以获取准确的电流信息，并结合60HZ测试电压源的电压信息，计算接地电阻测量值，将接地电阻测量值保存在存储器中，并在显示屏上进行显示。
优选地，所述的接地电阻测量仪还包括硬件保护电路和保护开关，所述保护开关设置于电流采样电路的输出端与A/D转换电路之间，所述硬件保护电路的输入端与电流采样电路连接，硬件保护电路的输出端与保护开关连接。
优选地，所述硬件保护电路包括单片机，用于根据来自电流采样电路的采样信号，生成开关量信号控制保护开关通断，对电力塔杆接地电阻测量仪进行保护：当电流采样信号大于预设的最大阈值时，硬件保护电路生成开关量信号，控制保护开关断开；当电流采样信号小于预设的最大阈值时，硬件保护电路生成开关量信号，控制保护开关导通。
其中，所述的接地电阻测量仪还包括电源模块，所述电源模块包括供电电源和DC/DC降压转换模块，所述供电电源的输出端与DC/DC降压转换模块连接，通过DC/DC降压转换模块进行降压转换后，再为整个接地电阻测量仪的供电，优选地，所述供电电源为16.8V的充电电池，所述的DC/DC电压转换模块包括多个不同的DC/DC转换单元，各个DC/DC转换单元用于进行降压转换以获得不同的电压，为接地电阻测量仪中的各个设备/电路进行供电。
优选地，所述接地电阻测量仪还包括按键功能面板，所述按键功能面板与微处理器连接，所述按键功能面板包括但不限于开关按键、复位按键和测试按键。
所述的一种电力杆塔接地电阻测量仪的电阻测量方法，包括以下步骤：
S1.将接地电阻仪的60HZ测试电压源和电流采样电路串联接入到待测杆塔的避雷电阻和接地电阻之间；
S2.通过按键功能面板启动测试任务，微处理器线控制接地电阻测量仪进行硬件初始化；
S3.微处理器控制60HZ测试电压源开始工作，向待测塔杆的接地电阻回路提供60HZ的标准电压；
S4.电流采样电路采集接地电阻回路中的电流信息，经保护开关和A/D转换电路后，传输给微处理器；
S5.微处理器对接收到的信号进行数字滤波处理，实现干扰信号的屏蔽，以获取准确的电流信息；
S6.微处理器根据60HZ测试电压源的电压信息，与滤波处理后的电流信息，利用欧姆定律计算出整个接地电阻回路的电阻值；
S7.微处理器将计算的到的电阻值保存在存储器中，并在显示屏上进行显示。
其中，在电流采样电路将采集到的电流信息传输给A/D转换电路的过程中，还包括硬件保护步骤：
硬件保护电路接收电流采样电路输出的电流采样信号，判断电流采样信号是否大于预设的最大阈值；若是，则硬件保护电路输出开关量信号切断电流采样电路与A/D转换电路之间的保护开关，使电流采样电路与A/D转换电路连接断开；若否，则硬件保护电路输出的开关量信号使得保护开关维持导通状态。
本发明的有益效果是：本发明采用60HZ的测试电压源对电力杆塔回路提供测试电压，避免了测试环境的工频电压、电流干扰，有效提高了测试精度；在微处理器中，从软件上采用数字滤波方式，进一步提高了测量数据的准确度；本发明硬件保护电路，能够将电流采样电路采集到的信息转换为开关量信息，来控制保护开关的通断，一方面来看，避免了电流采样信号过大对接地电阻测量仪的硬件带来的损坏，另一方面来看，电流采样信号过大，意味着测试回路收到外界影响，产生了较大的感应电压，这种情况下继续测试得到的结果精确性较低，故硬件保护电路也保证了接地电阻测量仪的测量准确性。
附图说明
图1为接地电阻测量仪的原理框图；
图2为接地电阻测量仪的电阻测量方法流程图；
图3为待测杆塔及其所在线路的电阻分布示意图；
图4为待测杆塔测试回路的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种电力杆塔接地电阻测量仪，包括60HZ测试电压源、电流采样电路、A/D转换电路、微处理器、显示屏和存储器，所述60HZ测试电压源与微处理器连接，用于在微处理器的控制下，向电力杆塔接地电阻回路提供60HZ的测试电压，并将测试电压的电压值反馈给微处理器；所述电流采样电路用于采集电力杆塔接地电阻回路中的电流信息，电流采样电路的输出端与A/D转换电路连接，A/D转换电路的输出端与微处理器连接，所述微处理器还分别与显示屏和存储器连接；
所述微处理器用于对A/D转换得到的信号进行数字滤波处理，实现干扰信号的屏蔽，以获取准确的电流信息，并结合60HZ测试电压源的电压信息，计算接地电阻测量值，将接地电阻测量值保存在存储器中，并在显示屏上进行显示。
在本申请的实施例中，所述微处理器采用STM32嵌入式处理器；
在本申请的实施例中，所述的接地电阻测量仪还包括硬件保护电路和保护开关，所述保护开关设置于电流采样电路的输出端与A/D转换电路之间，所述硬件保护电路的输入端与电流采样电路连接，硬件保护电路的输出端与保护开关连接。在该实施例中，所述硬件保护电路包括单片机，用于根据来自电流采样电路的采样信号，生成开关量信号控制保护开关通断，对电力塔杆接地电阻测量仪进行保护：当电流采样信号大于预设的最大阈值时，硬件保护电路生成开关量信号，控制保护开关断开；当电流采样信号小于预设的最大阈值时，硬件保护电路生成开关量信号，控制保护开关导通。
在本申请的实施例中，所述的接地电阻测量仪还包括电源模块，所述电源模块包括供电电源和DC/DC降压转换模块，所述供电电源的输出端与DC/DC降压转换模块连接，通过DC/DC降压转换模块进行降压转换后，再为整个接地电阻测量仪的供电，该实施例中，所述供电电源为16.8V的充电电池，所述的DC/DC电压转换模块包括多个不同的DC/DC转换单元，各个DC/DC转换单元用于进行降压转换以获得不同的电压，为接地电阻测量仪中的各个设备/电路进行供电。
在本申请的实施例中，所述接地电阻测量仪还包括按键功能面板，所述按键功能面板与微处理器连接，所述按键功能面板包括但不限于开关按键、复位按键和测试按键。
如图2所示，所述的一种电力杆塔接地电阻测量仪的电阻测量方法，包括以下步骤：
S1.将接地电阻仪的60HZ测试电压源和电流采样电路串联接入到待测杆塔的避雷电阻和接地电阻之间；
S2.通过按键功能面板启动测试任务，微处理器线控制接地电阻测量仪进行硬件初始化；
S3.微处理器控制60HZ测试电压源开始工作，向待测塔杆的接地电阻回路提供60HZ的标准电压；
S4.电流采样电路采集接地电阻回路中的电流信息，经保护开关和A/D转换电路后，传输给微处理器；
S5.微处理器对接收到的信号进行数字滤波处理，实现干扰信号的屏蔽，以获取准确的电流信息；
S6.微处理器根据60HZ测试电压源的电压信息，与滤波处理后的电流信息，利用欧姆定律计算出整个接地电阻回路的电阻值；
S7.微处理器将计算的到的电阻值保存在存储器中，并在显示屏上进行显示。
其中，在电流采样电路将采集到的电流信息传输给A/D转换电路的过程中，还包括硬件保护步骤：
硬件保护电路接收电流采样电路输出的电流采样信号，判断电流采样信号是否大于预设的最大阈值；若是，则硬件保护电路输出开关量信号切断电流采样电路与A/D转换电路之间的保护开关，使电流采样电路与A/D转换电路连接断开；若否，则硬件保护电路输出的开关量信号使得保护开关维持导通状态。
本发明的测试原理如下：对于待测杆塔及其所在线路，其电阻分布如图3所示，其中R1为待测塔杆的塔基接地电阻、R11为待测塔杆的避雷电阻，R12为待测塔杆与相邻杆塔之间的架空地线电阻；待测塔杆接地电阻R1和避雷电阻R11之间的Q1即串联接入待测杆塔的60HZ测试电压源和电流采样电路；将图3进行简化可以得到待测杆塔的测试回路，如图4所示，RC表示除R1、R11和R12外，其他杆塔在测试回路中的等效电阻；
本发明的测试回路中，通过60HZ的测试电压源对电力杆塔回路提供测试电压，并通过电流采样电路采集测试回路中的电流信息，经A/D转换后传回微处理器；在微处理器中，对电流信息进行干扰屏蔽后，与60HZ测试电压源反馈的电压信息相结合，通过欧姆定律，将电压信息除以电流信息，即可以计算得到测试回路中的总电阻，在显示屏上进行显示，该总电阻的阻值即为R1+R11+R12+RC； 实际上，杆塔间的架空地线电阻很小，比于接地电阻和避雷电阻，可忽略不计，可以认为各个杆塔的电阻（避雷电阻和接地电阻）呈并联状态，在对于一条输电线路，一般存在上百基杆塔，因此RC几乎可以忽略不计；而待测杆塔与相邻杆塔之间的架空地线电阻R12相比与于待测塔杆的接地电阻R1和避雷电阻R11之和也可以忽略不计，故计算得到的总电阻从整体上能够反映出待测塔杆的接地电阻R1和避雷电阻R11之和，需要说明的是，在雷电情况下，对待测杆塔起到防雷接地作用的也是接地电阻R1和避雷电阻R11之和，故而测得的总电阻，相比单独的接地电阻R1，该总阻值更能够体现电力杆塔的防雷性能。
综上所述，本发明采用60HZ的测试电压源对电力杆塔回路提供测试电压，与输电线路频率（一般为50HZ）不同，避免受到测试环境工频电压、电流干扰，有效提高了测试精度；在微处理器中，从软件上采用数字滤波方式，进一步提高了测量数据的准确度；本发明硬件保护电路，能够将电流采样电路采集到的信息转换为开关量信息，来控制保护开关的通断，一方面来看，避免了电流采样信号过大对接地电阻测量仪的硬件带来的损坏，另一方面来看，电流采样信号过大，意味着测试回路收到外界影响，产生了较大的感应电压，这种情况下继续测试得到的结果精确性较低，故硬件保护电路也保证了接地电阻测量仪的测量准确性；并且，本发明最终测得的电阻值相比于单独的接地电阻值，能够更加准确地反应整个杆塔的防雷接地电阻情况，更实际意义，也更方便于工作人员对杆塔的防雷接地情况进行分析。
Claims (7)
1.一种电力杆塔接地电阻测量仪，其特征在于：包括60HZ测试电压源、电流采样电路、A/D转换电路、微处理器、显示屏和存储器，所述60HZ测试电压源与微处理器连接，用于在微处理器的控制下，向电力杆塔接地电阻回路提供60HZ的测试电压，并将测试电压的电压值反馈给微处理器；所述电流采样电路用于采集电力杆塔接地电阻回路中的电流信息，电流采样电路的输出端与A/D转换电路连接，A/D转换电路的输出端与微处理器连接，所述微处理器还分别与显示屏和存储器连接；
所述微处理器用于对A/D转换得到的信号进行数字滤波处理，实现干扰信号的屏蔽，以获取准确的电流信息，并结合60HZ测试电压源的电压信息，计算接地电阻测量值，将接地电阻测量值保存在存储器中，并在显示屏上进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种电力杆塔接地电阻测量仪，其特征在于：所述的接地电阻测量仪还包括硬件保护电路和保护开关，所述保护开关设置于电流采样电路的输出端与A/D转换电路之间，所述硬件保护电路的输入端与电流采样电路连接，硬件保护电路的输出端与保护开关连接。
3.根据权利要求2所述的一种电力杆塔接地电阻测量仪，其特征在于：所述硬件保护电路包括单片机，用于根据来自电流采样电路的采样信号，生成开关量信号控制保护开关通断，对电力塔杆接地电阻测量仪进行保护：当电流采样信号大于预设的最大阈值时，硬件保护电路生成开关量信号，控制保护开关断开；当电流采样信号小于预设的最大阈值时，硬件保护电路生成开关量信号，控制保护开关导通。
4.根据权利要求1所述的一种电力杆塔接地电阻测量仪，其特征在于：所述的接地电阻测量仪还包括电源模块，所述电源模块包括供电电源和DC/DC降压转换模块，所述供电电源的输出端与DC/DC降压转换模块连接，通过DC/DC降压转换模块进行降压转换后，为整个接地电阻测量仪的供电。
5.根据权利要求1所述的一种电力杆塔接地电阻测量仪，其特征在于：所述接地电阻测量仪还包括按键功能面板，所述按键功能面板与微处理器连接，所述按键功能面板包括但不限于开关按键、复位按键和测试按键。
6.根据权利要求1~5中任意一项所述的一种电力杆塔接地电阻测量仪的电阻测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将接地电阻仪的60HZ测试电压源和电流采样电路串联接入到待测杆塔的避雷电阻和接地电阻之间；
S2.通过按键功能面板启动测试任务，微处理器线控制接地电阻测量仪进行硬件初始化；
S3.微处理器控制60HZ测试电压源开始工作，向待测塔杆的接地电阻回路提供60HZ的标准电压；
S4.电流采样电路采集接地电阻回路中的电流信息，经保护开关和A/D转换电路后，传输给微处理器；
S5.微处理器对接收到的信号进行数字滤波处理，实现干扰信号的屏蔽，以获取准确的电流信息；
S5.微处理器根据60HZ测试电压源的电压信息，与滤波处理后的电流信息，计算出整个接地电阻回路的电阻值；
S6.微处理器将计算的到的电阻值保存在存储器中，并在显示屏上进行显示。
7.根据权利要求6所述的一种电力杆塔接地电阻测量仪的电阻测量方法，其特征在于：在电流采样电路将采集到的电流信息传输给A/D转换电路的过程中，还包括硬件保护步骤：
硬件保护电路接收电流采样电路输出的电流采样信号，判断电流采样信号是否大于预设的最大阈值；若是，则硬件保护电路输出开关量信号切断电流采样电路与A/D转换电路之间的保护开关，使电流采样电路与A/D转换电路连接断开；若否，则硬件保护电路输出的开关量信号使得保护开关维持导通状态。
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