CN109444638A - 一种智能接地导通检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能接地导通检测系统及方法，本发明的检测系统包括工作电源、数据采集电路、差分放大电路、A/D转换电路、处理器和人机接口模块；本发明的检测方法为：首先在不开启工作电源的情况下，通过数据采集电路采集被测试点的采样电阻的电压信号，经过差分放大电路、A/D转换电路处理后，由处理器计算得到被测试点的干扰电流；再开启工作电源，根据干扰电流的大小调整工作电源的输出电流，通过数据采集电路采集被测试点的采样电阻和标准分压电阻的电压信号，最后由处理器计算得到被测试点的导通电阻值；本发明能够有效地检测出接触不良或接地线内部故障而导致的不通或导通不良现象，极大的提高了电力生产的安全性。

Description

一种智能接地导通检测系统及方法

技术领域

本发明属于电力设备接地导通性能检测技术领域，具体是一种智能接地导通检测系统及方法。

背景技术

接地线是电力检修过程中的必备工具，能够在已停电的设备和线路上意外地出现电压或者临近带电体产生静电感时保证工作人员的安全，在电力生产中具有十分重要的意义。其设备的接地与地网的联接是否可靠，接地线有无发生腐蚀断裂，焊接点是否腐蚀，地线有无断裂则更为重要。即使地网的接地电阻等其他指标都合格，如果设备的接地引下线或地网主干线发点断裂，仍会导至严重的事故。在挂设接地线时，电力工作者不知道所挂接地的设备是否接地良好，需要相关的电位检测以防设备假接地而造成人身设备伤害。另外，在两次接地线检测工作的间隙时间，存在因外力引起的接地线内部断股、断线而操作人员并不知晓的问题，从而导致感应电伤人等危险隐患。与此同时在实际的操作过程中，部分接地线的端部由于长期使用无法可靠地固定在接地排上，接地线头部接触的导线部分会存在难以去除的污秽，当接地线安装完毕后，实际未将设备有效接地，亦存在严重的安全隐患。

接地装置通常埋于地下，这些构成接地装置的导体会在土壤中产生腐蚀现象，这种土壤中发生的腐蚀现象属于电化学腐蚀。目前我国电力系统中接地装置的导体和设备引下线腐蚀情况日益凸显，多发生于运行已久的接地装置，导致了电力事故的频频发生。腐蚀产生的主要原因有下：一是接地装置设计中没有很好的考虑到合理选用导体的材料及截面积，二是没有对接地装置导体和设备接地引下线采取必要的防腐措施。随着运行时间的增加，接地导体的有效截面积不断减小，导致了无法满足热稳定需求。这样就会使得当有工频接地短路电流或者是雷电流流经接地装置时，会因为发热及电动力的作用从而使得接地导体或接地引线发生断裂，引发一、二次设备事故，给电力系统带来重大的经济损失，还会给工作人员带来人身安全问题。

综上对接地线无法自我检测接地良好及接地线通断情况，计划对其进行改造，设计接地导通检测系统使得能够自我检测并警示现场检修人员已然称为急需解决的安全问题。

目前研究的接地线状态检测装置采用的是超声波测距方法，如现有文献中提到的临时接地线综合管理系统集接地线智能管理、微机防误于一体，规范了线路工作中挂、拆接地线的流程，其主要通过技术管理手段消除了人为因素造成恶性事故的隐患。这些方法和装置在接地线防误操作方面起到了一定的作用，但大多数所谓的技术手段都是建立在管理制度防误和人为判断基础上。所涉及的整改费用和系统搭建费用比较昂贵，且不能完全避免人为失误所导致的事故。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种从检测技术上确认输电线路的接地线状态的智能接地导通检测系统及方法，从而可以有效避免安全事故的发生。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种智能接地导通检测系统，包括工作电源、数据采集电路、差分放大电路、A/D转换电路、处理器和人机接口模块；所述工作电源的输出端与数据采集电路的输入端连接，所述数据采集电路的输出端与差分放大电路的输入端连接，所述差分放大电路的输出端与A/D转换电路输入端连接，所述差分放大电路的输出端与处理器连接，所述处理器还分别与人机接口模块、工作电源连接；所述数据采集电路设置在待检测电气设备的接地引下线之间，用于采集设备接地引下线之间的连接电阻的电压/电流数据；所述差分放大电路用于将数据采集电路采集到的电压/电流信号进行放大；所述A/D转换电路用于对放大后的信号进行模数转换，并将转换后的数字信号输入处理器；所述处理器对接收到的信号进行处理，得到所述电气设备的接地引下线之间的电阻值，并将得到的电阻值通过人机接口模块展示给测试人员。

具体地，所述数据采集电路包括低频电压测量单元和低频电流测量单元；所述低频电压/电流测量单元用于测量所述电气设备接地引下线之间电阻的电压/电流数据。

具体地，所述工作电源为数控直流电源模块，所述数控直流电源模块的输出由处理器控制。

具体地，所述人机接口模块包括语音提示单元、LCD显示单元和通信输出单元；所述LCD显示单元用于显示被测试点的电阻值；所述语音提示单元用于提示被测试点的电导通性能；所述通信输出单元用于将测试结果传输给数据库进行编号存储。

与上述检测系统相对应的，本发明还提供了一种智能接地导通检测方法，本发明采用钳表法测量电阻值的方法，基于法拉第电磁感应原理，激励钳口对回路进行交流激励，通过电流钳口对回路电流进行检测，从而提取电阻信息，具体包括以下步骤：

S1，系统初始化，通过处理器对系统的I/0状态、内存分配空间进行初始化；

S2，通过数据采集电路采集电气设备接地引下线之间采样电阻两端的电压信号，采集到的电压信号经过差分放大电路和A/D转换电路的处理后输入处理器进行数据处理，得到所述电气设备接地引下线之间的干扰电流值；

S3，开启数控直流电源模块，根据所述干扰电流值和检测时应满足的信噪比条件来预调整数控直流电源模块的输出电流；

S4，通过数据采集电路分别采集电气设备接地引下线之间采样电阻两端和导通电阻两端的电压信号，并将采集到的两个电压信号经过差分放大电路和A/D转换电路的处理后输入处理器进行数据处理，得到所述电气设备接地引下线之间的导通电阻值；

S5，处理器根据所述导通电阻值判别测试点的电流导通性，处理器控制LCD显示单元将测试点的导通电阻值展示给测试人员、控制语音提示单元提示测试人员测试点的电流导通性、控制通信输出单元将测试结果传输给数据库进行存储。

具体地，步骤S2中，所述干扰电流值的计算公式为：I₀＝U₀/R₀，其中，I₀为干扰电流值，U₀为测量干扰电流值时所述采样电阻两端的电压值，R₀为采样电阻的阻值。

具体地，步骤S3中，所述信噪比条件为测试时信噪比不小于60dB，根据信噪比的计算公式得到：

最终计算得到：I_s≥1000I₀；

其中，P₀为测试点的噪声功率，P_s为开启数控直流电源模块后测试点的信号功率；I_s为测试点的信号电流，I₀为测试点的干扰电流，R₀为测试点采样电阻的阻值。

具体地，步骤S4中，所述电气设备接地引下线之间的导通电阻值计算公式如下：

其中，R₁、R_ref为标准分压电阻，且R₁远大于R_ref；U_ref为测量导通电阻值时R_ref两端的电压值；U_s为测量导通电阻值时R₁和R_ref两端的电压值之和；U_r0为测量导通电阻值时采样电阻R₀两端的电压值；R_m为数控直流电源的限流电阻；R_x为待测试点的导通电阻；U_in1为U_r0经过放大后传输给处理器的电压信号；U_in2为U_ref经过放大后传输给处理器的电压信号；K为差分放大电路的放大倍数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明在接入工作电源之前，通过数据采集电路采样电阻的电压信号，经过处理后得到干扰电流值，从而根据干扰电流值调整工作电源的输出，提高了信噪比，消除干扰电流对测试结果的影响，保证了测试数据的准确性；(2)本发明根据精准的测量数据，采用钳表法测量电阻值的方法可以确定测试点的导通电阻值，能够有效地检测出接触不良或接地线内部故障而导致的不通或导通不良现象，极大的提高了电力生产的安全性。

附图说明

图1为实施例1一种智能接地导通检测系统的结构示意框图；

图2为实施例2一种智能接地导通检测方法的控制流程框图；

图3为实施例2中钳表法回路测量原理图；

图4为实施例2一种智能接地导通检测方法简化后的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种智能接地导通检测系统，包括工作电源、数据采集电路、差分放大电路、A/D转换电路、处理器和人机接口模块；所述工作电源的输出端与数据采集电路的输入端连接，所述数据采集电路的输出端与差分放大电路的输入端连接，所述差分放大电路的输出端与A/D转换电路输入端连接，所述差分放大电路的输出端与处理器连接，所述处理器还分别与人机接口模块、工作电源连接；所述数据采集电路设置在待检测电气设备的接地引下线之间，用于采集设备接地引下线之间的连接电阻的电压/电流数据；所述差分放大电路用于将数据采集电路采集到的电压/电流信号进行放大；所述A/D转换电路用于对放大后的信号进行模数转换，并将转换后的数字信号输入处理器；所述处理器对接收到的信号进行处理，得到所述电气设备的接地引下线之间的电阻值，并将得到的电阻值通过人机接口模块展示给测试人员。

本实施例的智能接地导通检测系统结合被测接地装置的实际情况来选取测量点，布线完成后启动检测仪器，进行回路测试来检查测试线夹与电气设备接地引下线的连接是否可靠，保证测试能够正常进行；本实施例在接入工作电源之前，通过数据采集电路采样电阻的电压信号，经过处理后得到干扰电流值，从而根据干扰电流值调整工作电源的输出，提高了信噪比，消除干扰电流对测试结果的影响，保证了测试数据的准确性。

具体地，所述数据采集电路包括低频电压测量单元和低频电流测量单元；所述低频电压/电流测量单元用于测量所述电气设备接地引下线之间电阻的电压/电流数据。

具体地，所述工作电源为数控直流电源模块，所述数控直流电源模块的输出由处理器控制，所述数控直流电源模块的输入为220V交流电。

具体地，所述人机接口模块包括语音提示单元、LCD显示单元和通信输出单元；所述LCD显示单元用于显示被测试点的电阻值；所述语音提示单元用于提示被测试点的电导通性能；所述通信输出单元用于将测试结果传输给数据库进行编号存储。

具体地，所述处理器采用STC12C5A60S2系列单片机。

具体地，所述检测系统还包括打印机，当所述检测系统检测得到测试点的导通电阻值，并通过处理器分析判别得到测试点的电流导通性后，可通过打印机将检测结果打印出来。

实施例2

与上述实施例的检测系统相对应的，本实施例提供了一种智能接地导通检测方法，如图3所示，本实施例采用钳表法测量电阻值的方法，基于法拉第电磁感应原理，激励钳口对回路进行交流激励，通过电流钳口对回路电流进行检测，从而提取电阻信息；图中U和I分别为检测系统的电压钳口输入电压和电流钳口感应输出电流，R_x为被测电阻，R₁、R₂…R_n为待检测设备多个接地点中其他接地点的电阻，通常有Rx远大于R₁、R₂…R_n并联后的总电阻，因此该检测系统简化为图4，其中，低频电压发生器相当于工作电源。

如图2所示，本实施例的检测方法具体包括以下步骤：

S1，系统初始化，通过处理器对系统的I/0状态、内存分配空间进行初始化；

S2，通过数据采集电路采集电气设备接地引下线之间采样电阻两端的电压信号，采集到的电压信号经过差分放大电路和A/D转换电路的处理后输入处理器进行数据处理，得到所述电气设备接地引下线之间的干扰电流值；

S3，开启数控直流电源模块，根据所述干扰电流值和检测时应满足的信噪比条件来预调整数控直流电源模块的输出电流；

S4，通过数据采集电路分别采集电气设备接地引下线之间采样电阻两端和导通电阻两端的电压信号，并将采集到的两个电压信号经过差分放大电路和A/D转换电路的处理后输入处理器进行数据处理，根据事先编写好的程序计算得到所述电气设备接地引下线之间的导通电阻值，然后关闭数控直流电源模块；

S5，处理器根据所述导通电阻值判别测试点的电流导通性，处理器控制LCD显示单元将测试点的导通电阻值展示给测试人员、控制语音提示单元提示测试人员测试点的电流导通性，测试人员选择是否将测试结果传输给数据库进行存储；最后再选择是否继续测试，如果不继续，则测量完成，关机。

具体地，步骤S1中，系统初始化主要包括：单片机自动上下电复位、启动看门狗程序、低电压检测电路复位、LCD液晶显示屏的复位以及对输入输出端口进行设置等，系统初始化的合理性设置是保证系统正常运行的重要条件。

具体地，步骤S2中，所述干扰电流值的计算公式为：I₀＝U₀/R₀，其中，I₀为干扰电流值，U₀为测量干扰电流值时所述采样电阻两端的电压值，R₀为采样电阻的阻值。

具体地，步骤S3中，所述信噪比条件为测试时信噪比不小于60dB，根据信噪比的计算公式得到：

最终计算得到：I_s≥1000I₀；

其中，P₀为测试点的噪声功率，P_s为开启数控直流电源模块后测试点的信号功率；I_s为测试点的信号电流，I₀为测试点的干扰电流，R₀为测试点采样电阻的阻值；所述处理器预调整数控直流电源模块的输出电流是通过切换所述数控直流电源模块的电流输出档位来实现的。

具体地，步骤S4中，所述电气设备接地引下线之间的导通电阻值计算公式如下：

其中，R₁、R_ref为标准分压电阻，且R₁远大于R_ref；U_ref为测量导通电阻值时R_ref两端的电压值；U_s为测量导通电阻值时R₁和R_ref两端的电压值之和；U_r0为测量导通电阻值时采样电阻R₀两端的电压值；R_m为数控直流电源的限流电阻；R_x为待测试点的导通电阻；U_in1为U_r0经过放大后传输给处理器的电压信号；U_in2为U_ref经过放大后传输给处理器的电压信号；K为差分放大电路的放大倍数。

具体地，步骤S5中，所述电流导通性的判别标准可依据《DL/T475-2006接地装置特性参数测量导则》：导通电阻值在50mΩ以下，接地导体和接地引线处于良好的运行状态；导通电阻值在50mΩ-200mΩ范围内说明状况尚可，需在以后的例行测试中重点关注其变化，重要电气设备的接地引线需在适当时候检查处理；导通电阻值在200mΩ-1Ω范围内说明状况不佳，需对重要电气设备的接地引线尽快检查处理，其他设备在适当时候检查处理；导通电阻值在1Ω以上，说明接地导体和接地引线出现问题，有可能发生腐蚀断裂的情况，影响了接地装置的安全运行，需及时检查处理；接地导通性能判断准则如下表1所示：

表1接地导通性能判断表

导通电阻值R(mΩ)	0-50	50≤R<200	200≤R<1000	≥1000
					导通性能状况	良好	尚可	不佳	异常

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种智能接地导通检测系统，其特征在于，包括工作电源、数据采集电路、差分放大电路、A/D转换电路、处理器和人机接口模块；所述工作电源的输出端与数据采集电路的输入端连接，所述数据采集电路的输出端与差分放大电路的输入端连接，所述差分放大电路的输出端与A/D转换电路输入端连接，所述差分放大电路的输出端与处理器连接，所述处理器还分别与人机接口模块、工作电源连接；所述数据采集电路设置在待检测电气设备的接地引下线之间，用于采集设备接地引下线之间的连接电阻的电压/电流数据；所述差分放大电路用于将数据采集电路采集到的电压/电流信号进行放大；所述A/D转换电路用于对放大后的信号进行模数转换，并将转换后的数字信号输入处理器；所述处理器对接收到的信号进行处理，得到所述电气设备的接地引下线之间的电阻值，并将得到的电阻值通过人机接口模块展示给测试人员。

2.根据权利要求1所述的一种智能接地导通检测系统，其特征在于，所述数据采集电路包括低频电压测量单元和低频电流测量单元；所述低频电压/电流测量单元用于测量所述电气设备接地引下线之间电阻的电压/电流数据。

3.根据权利要求1所述的一种智能接地导通检测系统，其特征在于，所述工作电源为数控直流电源模块，所述数控直流电源模块的输出由处理器控制。

4.根据权利要求1所述的一种智能接地导通检测系统，其特征在于，所述人机接口模块包括语音提示单元、LCD显示单元和通信输出单元；所述LCD显示单元用于显示被测试点的电阻值；所述语音提示单元用于提示被测试点的电导通性能；所述通信输出单元用于将测试结果传输给数据库进行存储。

5.一种智能接地导通检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，系统初始化，通过处理器对系统的I/0状态、内存分配空间进行初始化；

S2，通过数据采集电路采集电气设备接地引下线之间采样电阻两端的电压信号，采集到的电压信号经过差分放大电路和A/D转换电路的处理后输入处理器进行数据处理，得到所述电气设备接地引下线之间的干扰电流值；

S3，开启数控直流电源模块，根据所述干扰电流值和检测时应满足的信噪比条件来预调整数控直流电源模块的输出电流；

S4，通过数据采集电路分别采集电气设备接地引下线之间采样电阻两端和导通电阻两端的电压信号，并将采集到的两个电压信号经过差分放大电路和A/D转换电路的处理后输入处理器进行数据处理，得到所述电气设备接地引下线之间的导通电阻值；

S5，处理器根据所述导通电阻值判别测试点的电流导通性，处理器控制LCD显示单元将测试点的导通电阻值展示给测试人员、控制语音提示单元提示测试人员测试点的电流导通性、控制通信输出单元将测试结果传输给数据库进行存储。

6.根据权利要求5所述的一种智能接地导通检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述干扰电流值的计算公式为：I₀＝U₀/R₀，其中，I₀为干扰电流值，U₀为测量干扰电流值时所述采样电阻两端的电压值，R₀为采样电阻的阻值。

7.根据权利要求5所述的一种智能接地导通检测方法，其特征在于，步骤S3中，所述信噪比条件为测试时信噪比不小于60dB，根据信噪比的计算公式得到：

最终计算得到：I_s≥1000I₀；

其中，P₀为测试点的噪声功率，P_s为开启数控直流电源模块后测试点的信号功率；I_s为测试点的信号电流，I₀为测试点的干扰电流，R₀为测试点采样电阻的阻值。

8.根据权利要求5所述的一种智能接地导通检测方法，其特征在于，步骤S4中，所述电气设备接地引下线之间的导通电阻值计算公式如下：

其中，R₁、R_ref为标准分压电阻，且R₁远大于R_ref；U_ref为测量导通电阻值时R_ref两端的电压值；U_s为测量导通电阻值时R₁和R_ref两端的电压值之和；U_r0为测量导通电阻值时采样电阻R₀两端的电压值；R_m为数控直流电源的限流电阻；R_x为待测试点的导通电阻；U_in1为U_r0经过放大后传输给处理器的电压信号；U_in2为U_ref经过放大后传输给处理器的电压信号；K为差分放大电路的放大倍数。