CN108548962A - 一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统及方法，该系统包括电流信号发生器模块(1)、接地网试品模块(2)、输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块(3)、阻抗计算分析模块(4)、显示和控制模块(5)和打印装置模块(6)，所述的电流信号发生器模块(1)、接地网试品模块(2)、输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块(3)、阻抗计算分析模块(4)、显示和控制模块(5)和打印装置模块(6)依次连接，所述的显示和控制模块(5)分别与电流信号发生器模块(1)和输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块(3)连接。与现有技术相比，本发明具有简单、准确和不受现场运行条件的限制的优点。

Description

一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统及方法

技术领域

本发明涉及接地网状态评估领域，尤其是涉及一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统及方法。

背景技术

接地网是确保电气设备和人身安全的重要设施。由于接地网埋设在地下，常因土壤多年的腐蚀，导致接地体变细甚至断裂，使接地网接地性能变坏。目前，工程上对接地网接地性能好坏的检测一般通过工频接地电阻来间接判断，但无法了解接地网的腐蚀情况。因为只要测量处的接地体不发生断路，即使接地网被严重腐蚀，工频接地电阻通常也能达到规程要求。所以工程上一般都是在发现地网工频接地电阻不合格或发生由于地网缺陷引起的事故后，通过大面积开挖查找接地网断点和腐蚀段，这种工作方法带有盲目性，工作量极大。

根据上述情况，目前行业已颁布了《DL/T475-2006接地装置特性参数测量导则》、《DL/T 253-2012直流接地极接地电阻、地电位分布、跨步电压和分流的测量方法》、《DL/T266-2012接地装置冲击特性参数测试导则》对接地网或接地装置的工频、直流和冲击阻抗均规定了测试方法。

经过检索，中国专利公开号为CN104931793B公开了一种变电站接地网接地阻抗获取方法，包括以下步骤：1)现场冲击电流发生模块产生冲击电流作用在变电站接地网上的输入接地引下线；2)接地引下线暂态电流与电压记录模块，采集现场冲击电流发生模块产生的冲击电流、输入接地引下线的暂态响应电压波形信号；3)测控系统计算模块对接地引下线暂态电流与电压记录模块提供的电流和电压波形数据进行处理得到接地网的冲击接地阻抗、工频接地阻抗、接地电阻和电抗值，结果存储于测试结果存储与记录模块。但该发明仅测量了冲击接地阻抗，未测量工频和直流阻抗，不够准确。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统，该系统包括电流信号发生器模块、接地网试品模块、输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块、阻抗计算分析模块、显示和控制模块和打印装置模块，所述的电流信号发生器模块、接地网试品模块、输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块、阻抗计算分析模块、显示和控制模块和打印装置模块依次连接，所述的显示和控制模块分别与电流信号发生器模块和输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块连接；

所述的电流信号发生器模块产生不同三种类型电流波形用在接地网试品模块的输入接地引下线；所述的输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块采集、存储和传输电流信号发生器模块产生的输入电流波形和接地网试品模块输入接地引下线的响应电压波形；所述的阻抗计算分析模块对输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块提供的电流和电压波形数据进行处理得到接地网的工频阻抗、直流电阻和冲击阻抗三个接地特性参数；所述的显示和控制模块给操作人员提供显示和操作界面，并调节电流信号发生器模块和输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块的工作参数；所述的打印装置模块对三种测试结果进行打印存档，从而评估该接地网的运行状态。

优选地，所述的电流信号发生器模块包括正弦波交流电流发生模块、直流电流发生模块和冲击电流发生模块；所述的三种类型电流波形包括正弦波交流电流、直流电流和冲击电流。

优选地，该系统还包括分流器，所述的电流信号发生器模块通过分流器连接所述的输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块模块，所述的电流信号发生器模块产生的输入电流波形通过分流器转换为电压波形传输至输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块模块。

优选地，该系统采用异频中值法获得工频阻抗，即检测以50Hz为对称点的两个频率下正弦波电流下阻抗，再取两者平均值。

优选地，所述的两个正弦波交流电流频率值为47Hz和53Hz。

优选地，所述的冲击电流的选用波形参数包括8/20μs、1/15μs和10/150μs。

优选地，所述的阻抗计算分析模块为装载有阻抗计算分析程序的便携式计算机。

优选地，所述的电流信号发生器模块和输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块分别通过USB数据线连接便携式计算机。

一种采用所述的接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统的方法，包括以下步骤：

步骤1，根据接地网尺寸以及现场情况，按照电压电流法布置电气试验回路以及电压极和电流极；

步骤2，将电流信号发生器模块、输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块、显示和控制模块以及打印装置模块进行连接；

步骤3，利用显示和控制模块控制电流发生模块：首先控制正弦波电流模块输出，记录电流和电压波形数据；其次控制直流电流模块输出，记录电流和电压波形数据；最后控制冲击电流模块输出，记录电流和电压波形数据；

步骤4，阻抗计算分析模块按照标准或导则分别计算工频、直流和冲击阻抗；

步骤5，试验数据结果显示、分析和打印。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供了一种接地网工频、直流和冲击阻抗综合测试方法和系统。

2、本发明提供了一种能够代表接地网不同位置接地引下线的接地状态测量方法，比传统工频接地阻抗更加能够反映接地网的真实运行状态。

3、本发明提供了一种在测量被选定作为输入端接地引下接地状态的同时，还能得到作为输出端接地网不同位置接地引下线的接地状态，不受现场运行条件限制，使用一定幅值的电信号测量，可在不停电下进行，而且为全频率激励源，不受变电站工频电磁场的干扰。

附图说明

图1为本发明的系统模块结构示意图；

图2为本发明的正弦波电流波形示意图；

图3为本发明的直流电流波形示意图；

图4为本发明的冲击电流波形示意图；

图5为本发明的方法应用流程图；

图6为本发明的系统现场测试接线图；

图7为本发明的分流器原理示意图；

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明力图从实际应用出发，客服已有技术的不足之处，提出一种接地网工频、直流和冲击阻抗综合测试方法和系统，可在不停电和不对地网开挖的情况下，通过设计专用电流发生器和测控设备，基于电流电压法测量接地网的工频、直流和冲击阻抗三个特性参数，用于评估接地网的运行状态，从而保障电力系统的安全、可靠运行。且具有简单、准确和不受现场运行条件的限制等优点。

通过本发明所解决的技术问题在于提供一种接地网工频、直流和冲击阻抗综合测试方法和系统，即基于专业设备测控正弦波、直流和冲击电流发生器输出一定幅值的测试信号电流(>10A,一般选择20A)，依次施加于被评估的接地网接地引下线上，测量该输入接地引下线的输入测试电流(用分流器转换为电压波形)以及该接地引下线的响应电压波形，利用便携式装置依据设定的阻抗计算分析程序对各测试电流和响应电压波形数据进行处理，分别得到工频阻抗、直流电阻和冲击阻抗值，从而可用于评估该接地网的运行状态。

如图1所示，一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统，该系统包括电流信号发生器模块1、接地网试品模块2、输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块3、阻抗计算分析模块4、显示和控制模块5和打印装置模块6，所述的电流信号发生器模块1、接地网试品模块2、输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块3、阻抗计算分析模块4、显示和控制模块5和打印装置模块6依次连接，所述的显示和控制模块5分别与电流信号发生器模块1和输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块3连接；

所述的电流信号发生器模块1产生不同三种类型电流波形用在接地网试品模块2的输入接地引下线；所述的输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块3采集、存储和传输电流信号发生器模块1产生的输入电流波形和接地网试品模块2输入接地引下线的响应电压波形；所述的阻抗计算分析模块4对输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块3提供的电流和电压波形数据进行处理得到接地网的工频阻抗、直流电阻和冲击阻抗三个接地特性参数；所述的显示和控制模块5给操作人员提供显示和操作界面，并调节电流信号发生器模块1和输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块3的工作参数；所述的打印装置模块6对三种测试结果进行打印存档，从而评估该接地网的运行状态。

所述的电流信号发生器模块1包括正弦波交流电流发生模块、直流电流发生模块和冲击电流发生模块；所述的三种类型电流波形包括正弦波交流电流、直流电流和冲击电流。

本发明提供了提供一种接地网工频、直流和冲击阻抗综合测试方法和系统，即使用专业设备控制正弦波、直流和冲击电流发生器输出一定幅值的测试信号电流(示例电流波形见图2-4)，依次施加于被评估的接地网接地引下线上，测量该输入接地引下线的输入测试电流(用分流器转换为电压波形)以及该接地引下线的响应电压波形，利用便携式装置依据设定的阻抗计算分析程序对各测试电流和响应电压波形数据进行处理，分别得到工频阻抗、直流电阻和冲击阻抗值，从而可用于评估该接地网的运行状态。

本发明提供了一种能够代表接地网不同位置接地引下线的接地状态测量方法，比传统工频接地阻抗更加能够反映接地网的真实运行状态。

本发明提供了一种在测量被选定作为输入端接地引下接地状态的同时，还能得到作为输出端接地网不同位置接地引下线的接地状态，不受现场运行条件限制，使用一定幅值的电信号测量，可在不停电下进行，而且为全频率激励源，不受变电站工频电磁场的干扰。

如图5所示，一种接地网工频、直流和冲击阻抗综合测试方法和系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据接地网尺寸以及现场情况，按照电压电流法布置电气试验回路以及电压极和电流极；

步骤2，连接电流发生模块、电流和电压波形数据记录装置以及结果显示分析和打印装置；

步骤3，利用便携式计算机控制电流发生模块：首先控制47Hz/53Hz正弦波电流模块输出，记录电流和电压波形数据；其次控制直流电流模块输出，记录电流和电压波形数据；最后控制8/20μs冲击电流模块输出，记录电流和电压波形数据；

步骤4，阻抗计算分析程序按照标准或导则分别计算工频、直流和冲击阻抗；

步骤5，试验数据结果显示、分析和打印。

如图6所示，以一小型35kV变电站为例，选定该变电站1#主变接地排为接地网接地引下线参数测试点即电流波形输入端。

根据接地网对角线长度25m依据DL/T475-2006放电压测试线100m、电流测试线75m，以及电流极和电压极。连接正弦、直流和冲击电流组合发生器可以按程序设置输出47Hz/53Hz正弦波电流、直流电流和8/20μs冲击电流，如图2、3和4所示。

接地引下线输入电流(通过分流器转换为电压信号)和响应电压两路电压波形数据传输至数据高速采集装置，其中组合发生器输出47Hz/53Hz正弦电流时，数据高速采集装置工作采样率为5kHz/s，组合发生器输出直流电流时，数据高速采集装置工作采样率为1kHz/s，组合发生器输出8/20μs电流时，数据高速采集装置工作采样率为10MS/s。

输入电流转换为电压信号的分流器工作示意图如图7所示。分流器电阻体由电阻丝或电阻带构成。这里采用对称折叠的方式用于减少电感值，使其正反向电流产生的磁通相互抵消。其主要工作参数：模拟带宽100MHz，电阻值R＝0.2Ω。

试验数据显示和打印装置给操作人员提供显示和操作界面，调节正弦、直流和冲击电流组合发生器和数据高速采集装置两个装置的工作参数，并对数据高速采集装置获取的电流和电压波形数据作阻抗计算分析，从而得到该接地网的三个接地特性参数：工频阻抗、直流电阻和冲击阻抗。操作人员对测试和分析结果进行打印存档，并根据标准或导则要求，评估该接地网的运行状态。

其中，数据高速采集装置获取的电流和电压波形数据处理、和工频阻抗、直流电阻和冲击阻抗计算分别如下定义。

电流和电压波形数据处理：

I_in＝I_i,i＝1,…n

U_out＝U_i,i＝1,…n

式中，i——电流输入接地网接地引下线的注入电流I_in和响应电压U_out波形采样点数，共计n个。

工频阻抗R₅₀计算：

式中，和——注入频率为47Hz正弦波交流电流下的电流和响应电压波形；

和——注入频率为53Hz正弦波交流电流下的电流和响应电压波形；

max——取最大值。

(3)直流电阻R₀计算：

式中，和——注入直流电流下的电流和响应电压波形；

∑——求和。

(4)冲击阻抗R_Z计算：

式中，和——注入冲击电流下的电流和响应电压波形。

1)电流发生模块

本发明采用异频中值法检测以50Hz为对称点的两个47Hz和53Hz下正弦波电流下阻抗，以获得工频阻抗，该以50Hz为对称点两个正弦波电流频率值可以改变。

2)冲击电流发生模块

本发明采用8/20μs冲击电流波形下的冲击阻抗值来作为评估接地网接地特性参数之一，也可以选择10/350μs、1/15μs等冲击电流波形。

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并不局限于此，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统，其特征在于，该系统包括电流信号发生器模块(1)、接地网试品模块(2)、输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块(3)、阻抗计算分析模块(4)、显示和控制模块(5)和打印装置模块(6)，所述的电流信号发生器模块(1)、接地网试品模块(2)、输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块(3)、阻抗计算分析模块(4)、显示和控制模块(5)和打印装置模块(6)依次连接，所述的显示和控制模块(5)分别与电流信号发生器模块(1)和输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块(3)连接；

所述的电流信号发生器模块(1)产生不同三种类型电流波形用在接地网试品模块(2)的输入接地引下线；所述的输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块(3)采集、存储和传输电流信号发生器模块(1)产生的输入电流波形和接地网试品模块(2)输入接地引下线的响应电压波形；所述的阻抗计算分析模块(4)对输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块(3)提供的电流和电压波形数据进行处理得到接地网的工频阻抗、直流电阻和冲击阻抗三个接地特性参数；所述的显示和控制模块(5)给操作人员提供显示和操作界面，并调节电流信号发生器模块(1)和输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块(3)的工作参数；所述的打印装置模块(6)对三种测试结果进行打印存档，从而评估该接地网的运行状态。

2.根据权利要求1所述的一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统，其特征在于：所述的电流信号发生器模块(1)包括正弦波交流电流发生模块、直流电流发生模块和冲击电流发生模块；所述的三种类型电流波形包括正弦波交流电流、直流电流和冲击电流。

3.根据权利要求1所述的一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统，其特征在于：该系统还包括分流器，所述的电流信号发生器模块(1)通过分流器连接所述的输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块模块(3)，所述的电流信号发生器模块(1)产生的输入电流波形通过分流器转换为电压波形传输至输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块模块(3)。

4.根据权利要求2所述的一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统，其特征在于：该系统采用异频中值法获得工频阻抗，即检测以50Hz为对称点的两个频率下正弦波电流下阻抗，再取两者平均值。

5.根据权利要求4所述的一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统，其特征在于：所述的两个正弦波交流电流频率值为47Hz和53Hz。

6.根据权利要求2所述的一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统，其特征在于：所述的冲击电流的选用波形参数包括8/20μs、1/15μs和10/150μs。

7.根据权利要求1所述的一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统，其特征在于：所述的阻抗计算分析模块(4)为装载有阻抗计算分析程序的便携式计算机。

8.根据权利要求7所述的一种接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统，其特征在于：所述的电流信号发生器模块(1)和输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块(3)分别通过USB数据线连接便携式计算机。

9.一种采用权利要求1所述的接地网交流、直流和冲击电阻综合测试系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据接地网尺寸以及现场情况，按照电压电流法布置电气试验回路以及电压极和电流极；

步骤2，将电流信号发生器模块(1)、输入电流和响应电压波形采集、存储和传输模块(3)、显示和控制模块(5)以及打印装置模块(6)进行连接；

步骤3，利用显示和控制模块(5)控制电流发生模块：首先控制正弦波电流模块输出，记录电流和电压波形数据；其次控制直流电流模块输出，记录电流和电压波形数据；最后控制冲击电流模块输出，记录电流和电压波形数据；

步骤4，阻抗计算分析模块(4)按照标准或导则分别计算工频、直流和冲击阻抗；

步骤5，试验数据结果显示、分析和打印。