CN109557372B - 冲击工频接地阻抗综合测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防雷接地技术领域，提出了一种冲击工频接地阻抗综合测试装置，包括中央处理器、电源模块、第一高压开关、高压直流升压模块、充放电电容C0、第二高压开关、第三高压开关、工频地网阻抗测量电路、残压检测电路、低频去极化电路、地网波形采集电路、冲击电流采集电路、数据处理电路，测试装置上设置有端子C、端子E、端子P1和端子P2；高压直流升压模块、低频去极化电路、第一高压开关、第二高压开关和第三高压开关的控制端与中央处理器的输出端连接；充放电电容C0与第一高压开关的常闭触点串联后连接高压直流升压模块的输出两端之间。本发明通过模拟雷电冲击脉冲波形对接地网进行冲击，可以实现接地装置的冲击和工频接地阻抗的检测。

Description

冲击工频接地阻抗综合测试装置

技术领域

本发明涉及防雷接地技术领域，具体涉及一种冲击工频接地阻抗综合测试装置。

背景技术

随着科学技术的发展，微电子设备不断普及应用，雷电危害明显上升。雷电防护其实质是将雷电冲击脉冲有效地引入大地。衡量的标准就是接地装置的冲击接地阻抗值，它最能真实、科学的反应接地装置的特性和接地效果，对雷电防护具有重要意义。冲击接地阻抗是指冲击电流或雷电流从接地装置向周围大地流散时，接地体与接地介质(土壤、岩石以及降阻剂等)所呈现的阻抗值。在实际应用中，冲击接地阻抗用于表征接地装置的防雷特性。而工频接地阻抗是指为接地体在工频电流下的阻抗，在对接地装置进行测量时，由于受不平衡零序电流以及射频等各种干扰，使得测试结果产生很大的误差。特别是大型接地网的接地阻抗一般很小(一般在0 .5Ω以下)，干扰带来的相对误差更大。现有的阻抗测试装置，只能测量其中一种工频接地阻抗，不能实现对接地网的冲击阻抗的准确测试。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种便携式冲击工频接地阻抗综合测试装置，可以在实现对接地网工频阻抗测试的基础上，进一步地实现对接地网的冲击阻抗测试。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：冲击工频接地阻抗综合测试装置，包括中央处理器、电源模块、第一高压开关、高压直流升压模块、充放电电容C0、第二高压开关、第三高压开关、工频地网阻抗测量电路、残压检测电路、低频去极化电路、地网波形采集电路、冲击电流采集电路、数据处理电路，所述测试装置上设置有端子C、端子E、端子P1和端子P2，所述端子C用于连接远方电流极，所述端子E和端子P2用于并联连接被测地网参考点，所述端子P1用于连接远方电位极；所述电源模块用于供电，所述高压直流升压模块、低频去极化电路、第一高压开关、第二高压开关和第三高压开关的控制端与所述中央处理器的输出端连接；所述充放电电容C0与所述第一高压开关的常闭触点串联后连接所述高压直流升压模块的输出两端之间，所述充放电电容C0还与所述第一高压开关的常开触点串联后，一端经所述第二高压开关的第一常开触点与端子C连接，另一端经所述第二高压开关的第二常开触点与接地体地网连接，所述残压检测电路的输入端分别与所述充放电电容C0的两端连接，输出端与所述中央处理器连接，所述冲击电流采集电路设置在所述第一高压开关的常开触点与所述第二高压开关的第一常开触点之间，用于采集充放电电容C0放电时流入远方电流极的电流，所述地网波形采集电路的输入端分别与所述端子P2和端子P1连接，用于采集充放电电容C0放电时远方电位极与接地体地网之间的电压；所述地网波形采集电路和冲击电流采集电路的采集信号经所述数据处理电路后输出到中央处理器；所述低频去极化电路的输出端分别通过第三高压开关的常开触点与所述端子C和端子E连接，所述工频地网阻抗测量电路输出的正弦波工频测试信号分别通过第三高压开关的常开触点与所述端子C和端子E连接，所述工频地网阻抗测量电路测试信号输出端与所述中央处理器的输入端连接。

所述的一种冲击工频接地阻抗综合测试装置，还包括高压取样电路和隔离变换电路，所述高压取样电路的输入端与所述高压直流升压模块的输出端连接，所述高压取样电路的输出端经所述隔离变换电路后与所述中央处理器连接。

所述的一种冲击工频接地阻抗综合测试装置，还包括显示单元，所述显示单元输入端与所述中央处理器的输出端连接。

所述工频地网阻抗测量电路包括工频信号产生电路、电压传感器、电流传感器、和信号调理电路，所述工频信号产生电路的主芯片包括正弦波逆变芯片EG8010和驱动芯片IR2011S，所述正弦波逆变芯片EG8010的输入端与所述中央处理器的输出端连接，所述工频信号产生电路产生的正弦波工频测试信号经第三高压开关的常开触点后输出到端子E和端子C，所述电压传感器的输入端设置在所述端子P2和端子P1之间，所述电流传感器的输入端设置在正弦波工频测试信号经第三高压开关常开触点后的输出端，所述信号调理电路包括信号放大电路和AD转换电路，所述电压传感器和电流传感器的输出信号经信号调理电路、AD转换电路后与所述中央处理器的输入端连接。

所述去极化电路包括单片机、光耦隔离器、逆变电路、隔离保护变压电路，所述单片机的控制端与所述中央处理器的输出端连接，所述单片机输出4路矩形波调制信号经所述光耦隔离器后，输入到所述逆变电路的四个控制端，所述逆变电路输出的低频方波信号经所述隔离保护变压电路进行放大后，从所述端子C和端子E输出。

所述地网波形采集电路包括三个高压差分探头，其输出信号通过第一滤波电路、D/ A转换电路后，由第一通道选择电路选择其中一路电压信号，通过第一A/D转换电路后，输出至数据处理电路，所述冲击电流采集电路包括三个钢性罗氏线圈，其输出信号经第二滤波电路后，由第二通道选择电路选择一路电流信号，通过第二A/D转换电路后输出至数据处理电路，所述数据处理电路包括FPGA和存储电路。

所述高压直流升压模块包括：脉冲发生芯片U1、驱动MOS管、高频变压器、整流模块、反馈电路和运算放大电路，脉冲发生芯片U1的输出端与所述驱动MOS管连接，所述驱动MOS管的输出端与所述高频变压器的一次侧连接，所述高频变压器的二次侧与整流模块的输出端连接，整流模块的输出端经所述反馈电路与所述运算放大电路的反相输入端连接，运算放大器的输出端与所述脉冲发生芯片U1的输入端连接，且运算放大器的同相输入端与所述中央处理器连接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过设置高压直流升压模块的输出电压，模拟雷电冲击脉冲波形对接地网进行冲击，可以通过高压取样电路获取波形并计算出其阻抗值；同时，电路中还设置有工频地网阻抗测量装置以及低频去极化电路，可以实现工频接地阻抗的测量和低频去极化处理，并且，各个电路的信号采集控制过程由中央处理器通过控制高压开关实现，装置的自动化程度较高。本产品适用于电力行业中发电厂、变电站、换流站和直流接地、风力发电系统的升压站和风力发电机、光伏电站、储能电站、地铁牵引站、输电线路杆塔等接地装置的冲击阻抗、工频接地阻抗的检测；已运行接地装置的状况评估和预防性（例行）试验，以及与防雷有关的通讯设施、建筑物等其它接地装置的冲击工频综合特性参数测试。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种冲击工频接地阻抗综合测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中工频地网阻抗测量电路的结构框图；

图3为本发明实施例中去极化电路的结构框图；

图4为本发明实施例中地网波形采集电路和冲击电流采集电路的结构示意图；

图5为本发明实施例中高压直流升压模块的电路连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种冲击工频接地阻抗综合测试装置，包括中央处理器、电源模块、第一高压开关J1、高压直流升压模块、充放电电容C0、第二高压开关J2、第三高压开关J3、工频地网阻抗测量电路、残压检测电路、低频去极化电路、地网波形采集电路、冲击电流采集电路、数据处理电路。

其中，所述测试装置上设置有端子C、端子E、端子P1和端子P2，所述端子C用于连接远方电流极，所述端子E和端子P2用于并联连接被测地网参考点，所述端子P1用于连接远方电位极。此外，所述电源模块用于给供电。

具体地，如图1所示，所述高压直流升压模块、低频去极化电路、第一高压开关J1、第二高压开关J2和第三高压开关J3的控制端与所述中央处理器的输出端连接；所述充放电电容C0与所述第一高压开关J1的常闭触点串联后连接所述高压直流升压模块的输出两端之间，所述充放电电容C0还与所述第一高压开关J1的常开触点串联后，一端经所述第二高压开关J2的第一常开触点与端子C连接，另一端经所述第二高压开关J2的第二常开触点与接地体地网连接，所述残压检测电路的输入端分别与所述充放电电容C0的两端连接，输出端与所述中央处理器连接，所述冲击电流采集电路设置在所述第一高压开关的常开触点与所述第二高压开关J2的第一常开触点之间，用于采集充放电电容C0放电时流入远方电流极的脉冲电流，所述地网波形采集电路的输入端分别与所述端子P2和端子P1连接，用于采集充放电电容C0放电时远方电位极与接地体地网之间的电压；所述地网波形采集电路和冲击电流采集电路的采集信号经所述数据处理电路后输出到中央处理器；所述低频去极化电路的输出端分别通过第三高压开关的常开触点与所述端子C和端子E连接，所述工频地网阻抗测量电路输出的正弦波工频测试信号分别通过第三高压开关J3的常开触点与所述端子P1和端子E连接，所述工频地网阻抗测量电路测试信号输出端与所述中央处理器的输入端连接。

具体地，如图1所示，本实施例提供的一种冲击工频接地阻抗综合测试装置，还包括高压取样电路和隔离变换电路，所述高压取样电路的输入端与所述高压直流升压模块的输出端连接，所述高压取样电路的输出端经所述隔离变换电路后与所述中央处理器连接。高压取样电路用于通过采样测量高压直流升压模块的输出电压，并通过隔离变换电路后输出到中央处理器，由于中央处理器的输出端与高压直流升压模块的控制端连接，则中央处理器可以根据采集到的电压值，控制高压直流升压模块的输出电压值。

具体地，如图1所示，本实施例提供的一种冲击工频接地阻抗综合测试装置，还包括显示单元，所述显示单元输入端与所述中央处理器的输出端连接，用于显示实时测量的波形图，以及测量到的检测数据。

进一步地，如图2所示，本发明实施例中，所述工频地网阻抗测量电路包括工频信号产生电路、电压传感器、电流传感器和信号调理电路，所述工频信号产生电路包括正弦波逆变芯片EG8010和驱动芯片IR2011S，所述正弦波逆变芯片EG8010的输入端与所述中央处理器的输出端连接，所述正弦波逆变芯片EG8010的输出端与所述驱动芯片IR2011S连接，所述工频信号产生电路产生的正弦波工频测试信号经第三高压开关J3的常开触点后输出到端子E和端子C，所述电压传感器的输入端设置在所述端子P2和端子P1之间，所述电流传感器的输入端设置在正弦波工频测试信号经第三高压开关J3常开触点后的输出端和端子C之间，所述信号调理电路包括信号放大电路和AD转换电路，所述电压传感器和电流传感器的输出信号经信号放大电路、AD转换电路后与所述中央处理器的输入端连接。其中，中央处理器输出的调频信号通过EG8010的4、5引脚输入，则经过正弦波逆变芯片EG8010和驱动芯片IR2011S后，工频信号产生电路分别输出频率为42、45、55、58Hz的纯正弦波电压，通过高压开关切换J3的常开触点后，从端子C和端子E输出到远方电流极与接地体地网之间，然后，电压传感器和电流传感器测量得到电流信号和电压信号经过信号调理进行整流变换、整定，模数转换后输出到中央控制器进行处理，在整个检测结束后，可以通过显示单元上显示测量结果。

进一步地，如图3所示，所述去极化电路包括单片机STC:15W4K60S4、光耦隔离器TLP250、逆变电路、隔离保护变压电路，所述单片机的控制端与所述中央处理器的输出端连接，所述单片机输出4路矩形波调制信号经分别经过一个所述光耦隔离器后，输入到所述逆变电路的四个控制端，所述逆变电路输出的低频方波信号经所述隔离保护变压电路进行放大后，从所述端子C和端子E输出。当需要对电路进行去极化处理时，中央处理器DSP发出指令，控制单片机输出4路矩形波调制信号，经过光耦隔离，驱动逆变电路，通过隔离保护变压电路中的隔离保护变压器进行隔离放大后，在输出端子C与E上送出交变低频方波，用来去除直流高压冲击试验时，可能引起被测大地的直流极化效应现象。

进一步地，如图4所示，所述地网波形采集电路包括三个高压差分探头，其输出信号分别通过第一滤波电路、D / A转换电路后，由第一通道选择电路选择其中一路电压信号，通过第一A/D转换电路后，输出至数据处理电路，所述冲击电流采集电路包括三个钢性罗氏线圈，其输出信号经第二滤波电路后，由第二通道选择电路选择一路电流信号，通过第二A/D转换电路后输出至数据处理电路，所述数据处理电路包括FPGA和存储电路。本发明实施例中，地网波形采集电路和冲击电流采集电路均包括3路，其用于不同状态下量程切换，通过通道选择电路，可以实现不同量程的切换。其中，本实施例中，第一滤波电路和第二滤波电路的主芯片型号为OP2177，D / A转换电路的主芯片为MAX7547，第一通道选择电路和第二通道选择电路的主芯片为MAX308，第一A/D转换电路和第二第一A/D转换电路的主芯片为MAX1132。

进一步地，如图5所示，本发明实施例中，所述高压直流升压模块包括：型号为NE7555主芯片U1、型号为DFP740的驱动MOS管、高频变压器、整流模块、反馈电路和运算放大电路，所述运算放大电路的主芯片U2型号为LM358，所述主芯片U1的输出端与所述驱动MOS管连接，所述驱动MOS管的输出端与所述高频变压器的一次侧连接，所述高频变压器的二次侧与整流模块的输出端连接，整流模块的输出端经所述反馈电路与所述运算放大电路的反相输入端连接，运算放大器的输出端与所述主芯片的输入端连接，且运算放大器的同相输入端与所述中央处理器连接，高压直流升压模块的工作原理如下：芯片U1 NE7555产生的矩形高频脉冲，控制驱动MOS管DFP740的工作状态，使其漏极串联的高频变压器，输出放大的高频脉冲电压，经过倍压整流，在图5中的J2端输出直流高压，当输出电压连接不同的负载时，通过电阻R20，微调电位器V1和电阻R30组成的反馈电路把输出端的电压变化反馈到运算放大电路中的芯片U2的6 脚，来调整输出电压的稳定，保证恒压输出；中央处理器通过控制芯片U2的5脚电压（0~5V），改变NE7555的输出脉冲占空比，可改变输出高压的幅值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.冲击工频接地阻抗综合测试装置，其特征在于，包括中央处理器、电源模块、第一高压开关、高压直流升压模块、充放电电容C0、第二高压开关、第三高压开关、工频地网阻抗测量电路、残压检测电路、低频去极化电路、地网波形采集电路、冲击电流采集电路、数据处理电路，所述测试装置上设置有端子C、端子E、端子P1和端子P2，所述端子C用于连接远方电流极，所述端子E和端子P2用于并联连接被测地网参考点，所述端子P1用于连接远方电位极；所述电源模块用于供电，所述高压直流升压模块、低频去极化电路、第一高压开关、第二高压开关和第三高压开关的控制端与所述中央处理器的输出端连接；所述充放电电容C0与所述第一高压开关的常闭触点串联后连接所述高压直流升压模块的输出两端之间，所述充放电电容C0还与所述第一高压开关的常开触点串联后，一端经所述第二高压开关的第一常开触点与端子C连接，另一端经所述第二高压开关的第二常开触点与接地体地网连接，所述残压检测电路的输入端分别与所述充放电电容C0的两端连接，输出端与所述中央处理器连接，所述冲击电流采集电路设置在所述第一高压开关的常开触点与所述第二高压开关的第一常开触点之间，用于采集充放电电容C0放电时流入远方电流极的电流，所述地网波形采集电路的输入端分别与所述端子P2和端子P1连接，用于采集充放电电容C0放电时远方电位极与接地体地网之间的电压；所述地网波形采集电路和冲击电流采集电路的采集信号经所述数据处理电路后输出到中央处理器；所述低频去极化电路的输出端分别通过第三高压开关的常开触点与所述端子C和端子E连接，所述工频地网阻抗测量电路输出的正弦波工频测试信号分别通过第三高压开关的常开触点与所述端子C和端子E连接，所述工频地网阻抗测量电路测试信号输出端与所述中央处理器的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的冲击工频接地阻抗综合测试装置，其特征在于，还包括高压取样电路和隔离变换电路，所述高压取样电路的输入端与所述高压直流升压模块的输出端连接，所述高压取样电路的输出端经所述隔离变换电路后与所述中央处理器连接。

3.根据权利要求1所述的冲击工频接地阻抗综合测试装置，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元输入端与所述中央处理器的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的冲击工频接地阻抗综合测试装置，其特征在于，所述工频地网阻抗测量电路包括工频信号产生电路、电压传感器、电流传感器、和信号调理电路，所述工频信号产生电路的主芯片包括正弦波逆变芯片EG8010和驱动芯片IR2011S，所述正弦波逆变芯片EG8010的输入端与所述中央处理器的输出端连接，所述工频信号产生电路产生的正弦波工频测试信号经第三高压开关的常开触点后输出到端子E和端子C，所述电压传感器的输入端设置在所述端子P2和端子P1之间，所述电流传感器的输入端设置在正弦波工频测试信号经第三高压开关常开触点后的输出端，所述信号调理电路包括信号放大电路和AD转换电路，所述电压传感器和电流传感器的输出信号经信号调理电路、AD转换电路后与所述中央处理器的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的冲击工频接地阻抗综合测试装置，其特征在于，所述去极化电路包括单片机、光耦隔离器、逆变电路、隔离保护变压电路，所述单片机的控制端与所述中央处理器的输出端连接，所述单片机输出4路矩形波调制信号经所述光耦隔离器后，输入到所述逆变电路的四个控制端，所述逆变电路输出的低频方波信号经所述隔离保护变压电路进行放大后，从所述端子C和端子E输出。

6.根据权利要求1所述的冲击工频接地阻抗综合测试装置，其特征在于，所述地网波形采集电路包括三个高压差分探头，其输出信号通过第一滤波电路、D / A转换电路后，由第一通道选择电路选择其中一路电压信号，通过第一A/D转换电路后，输出至数据处理电路，所述冲击电流采集电路包括三个钢性罗氏线圈，其输出信号经第二滤波电路后，由第二通道选择电路选择一路电流信号，通过第二A/D转换电路后输出至数据处理电路，所述数据处理电路包括FPGA和存储电路。

7.根据权利要求1所述的冲击工频接地阻抗综合测试装置，其特征在于，所述高压直流升压模块包括：脉冲发生芯片U1、驱动MOS管、高频变压器、整流模块、反馈电路和运算放大电路，脉冲发生芯片U1的输出端与所述驱动MOS管连接，所述驱动MOS管的输出端与所述高频变压器的一次侧连接，所述高频变压器的二次侧与整流模块的输出端连接，整流模块的输出端经所述反馈电路与所述运算放大电路的反相输入端连接，运算放大器的输出端与所述脉冲发生芯片U1的输入端连接，且运算放大器的同相输入端与所述中央处理器连接。