CN109581065A - 基于多频扫描原理的杆塔接地电阻测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明基于多频扫描原理的杆塔接地电阻测量系统，属于杆塔接地电阻测量技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种基于多频扫描原理的杆塔接地电阻测量系统；解决该技术问题采用的技术方案为：包括中央控制器，所述中央控制器的信号输出端与信号激励模块相连，所述信号激励模块通过杆塔接地引线与杆塔接地体相连，所述杆塔接地体的信号输出端与信号采集模块相连；所述信号采集模块依次串接信号放大电路、滤波电路、交直流转换电路后与中央控制器相连；所述中央控制器还通过导线与触摸屏、数据存储模块、无线通信模块相连，所述无线通信模块通过无线网络与监控终端、监控中心计算机相连；本发明应用于杆塔接地电阻测量场所。

Description

基于多频扫描原理的杆塔接地电阻测量系统

技术领域

本发明基于多频扫描原理的杆塔接地电阻测量系统，属于杆塔接地电阻测量技术领域。

背景技术

目前，随着输电线路规模的不断扩大和电压等级的不断提高，对电力系统运行可靠性提出了更高的要求，其中线路杆塔接地安全性能作为影响电力系统运行可靠性的一个重要因素已引起了广泛关注；杆塔接地电阻值与输电线路的雷击跳闸率密切相关，对电力系统运行的可靠性起着巨大的作用，为了确保接地体泄流作用的可靠性，定时定期的测量杆塔接地电阻值并使其符合电力行业标准，是保证输电线路运行可靠性的重要措施之一。

目前工程上实际中使用比较广泛测量接地电阻的方法主要有三极法、高频并联法以及钳表法；三极法测量需断开接地引线，由于接地引线大多加固且测量杆塔基数大，这都大大增大了测量的工作难度并减低了测量效率；高频并联法虽实现了不断开接地引线测量，提高了测量效率，但注入电流频率单一，没有考虑土壤电阻率的影响，导致测量精度不高；钳表法实现了不完全断开接地引线测量，但由于采用电磁感应原理，测量精度低，测量误差大；采用三极法和高频并联法测量时，电极布置方位均需垂直于接地体埋设方位，以提高测量精度，而在杆塔接地电阻测量的实际过程中，可能存在时间埋设跨度大导致实际工程的设计图纸遗失、缺损，接地体图纸与实际铺设方向位置存在较大偏差等情况，以至杆塔接地电阻测量时存在较大误差。

因此目前杆塔接地测量电阻方法的主要缺陷有：因接地体埋设方位不明确导致布极不准确，进而影响测量准确度；断开接地引线的测量方法效率低下；不断开接地引线的测量方法注入电流频率单一，会造成测量结果误差较大；未考虑土壤电阻率的影响等。

综上所述，现有国内外杆塔接地电阻的测量方法效率低、精度低、费时费力、适用范围窄，已不能很好的满足现代电力系统对参数测量的需求；因此有必要对杆塔接地电阻的测量方法和测量系统进行改进，提供一种能准确布极且在不断开接地引线的情况下准确测量杆塔接地电阻的系统，有效提高杆塔接地电阻测量的准确性及高效性。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于多频扫描原理的杆塔接地电阻测量系统；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于多频扫描原理的杆塔接地电阻测量系统，包括中央控制器，所述中央控制器的信号输出端与信号激励模块相连，所述信号激励模块通过杆塔接地引线与杆塔接地体相连，所述杆塔接地体的信号输出端与信号采集模块相连；

所述信号采集模块依次串接信号放大电路、滤波电路、交直流转换电路后与中央控制器相连；

所述中央控制器还通过导线与触摸屏、数据存储模块、无线通信模块相连，所述无线通信模块通过无线网络与监控终端、监控中心计算机相连；

所述中央控制器的电源输入端与电源模块相连。

所述杆塔接地体通过引出电压极和电流极与信号采集模块的信号输入端相连。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的新型杆塔接地电阻测量系统无需断开拆装接地引下线，可以节省工作量，通过接地体埋设位置的判定进行有效布极，有效提高测量准确度；并通过紧凑式多极布极方式降低布极距离，避免受到周围环境的限制；另外针对雷击频率特性，测量系统使用多频扫描式（1kHz～10kHz）测量接地电阻，有效提高测量精度和适用性；本发明可以实现准确测量杆塔接地电阻值的目的，评估接地装置实际运行状况，从而判断是否需要重新敷设，避免因错误测量导致的盲目施工；本发明提供的测量系统为不断开接地引线测量方式，在工程误差允许的范围内，比现有常用的断开接地引线测量效率更高，节约了大量人力、财力，具有较高的工程使用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的电路结构示意图；

图中：1为中央控制器、2为信号激励模块、3为杆塔接地体、4为信号采集模块、5为触摸屏、6为数据存储模块、7为无线通信模块、8为监控终端、9为监控中心计算机、10为电源模块。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于多频扫描原理的杆塔接地电阻测量系统，包括中央控制器1，所述中央控制器1的信号输出端与信号激励模块2相连，所述信号激励模块2通过杆塔接地引线与杆塔接地体3相连，所述杆塔接地体3的信号输出端与信号采集模块4相连；

所述信号采集模块4依次串接信号放大电路、滤波电路、交直流转换电路后与中央控制器1相连；

所述中央控制器1还通过导线与触摸屏5、数据存储模块6、无线通信模块7相连，所述无线通信模块7通过无线网络与监控终端8、监控中心计算机9相连；

所述中央控制器1的电源输入端与电源模块10相连。

所述杆塔接地体3通过引出电压极和电流极与信号采集模块4的信号输入端相连。

本发明提供的杆塔接地电阻测量系统主要包括以下几个模块：激励源模块，信号采集模块，信号预处理模块，中央控制器模块，显示模块等其他外设；本发明能够实现对土壤电阻率以及接地电阻的测量，信号激励模块提供激励源，通过杆塔接地引线向接地体中注入频率可调的电流信号，信号采集模块采集测量后的信号经放大、滤波、交直流有效值转换后送入中央控制器模块，中央控制器模块利用接收的数据根据预设的算法规则对数据进行处理，以此来计算出被测杆塔准确的接地电阻值。

所述激励源具体为通过中央控制器控制信号发生器产生的信号频率，并采用压控恒流源模块（VCCS）将电压信号转换为电流信号，功放模块提高了电流源的带载能力，使得输出的电流信号满足测量要求；该激励源采用直接数字频率合成器输出正弦电压信号，使用的波形发生器是基于DDS的芯片，型号为AD9833，VCCS采用Howland电流泵电路；激励源输出电流的频率范围为1～10kHz，该频率段的电流源不仅适用于选频式杆塔接地电阻测量，还同样适用于杆塔接地体埋设方位的判断以及土壤电阻率的测量。

所述中央控制器选取型号为PIC18F4420芯片，能够实现各个功能模块之间相互协调的工作，包括控制注入电流频率的范围，采集数据的处理以及触摸屏的控制显示等。

在信号采集模块与中央控制器中间设置的信号处理模块采用运算放大器OP37芯片进行滤波处理，经过滤波放大过后，输出信号仍为交流信号，但是中央控制器可处理的信号为直流信号，因此，多频扫描杆塔接地电阻测量装置采用高精度、宽频带的AD637芯片作为有效值转换芯片，可以直接将经过放大滤波的交流信号转换为数据信号的有效值直流信号输出。

本发明采用检测接地体地表磁感应强度分布情况的磁场法来判断杆塔接地体埋设方位，实现杆塔接地电阻测量前的准确布极，进而有效提高了测量效率和测量准确度；本发明提出了多频扫描式杆塔接地电阻测量方法，通过理论分析、实验仿真和实际测量验证，在不断开接地引线的条件下，多频扫描式杆塔接地电阻测量方法可以很好的实现杆塔接地电阻的准确测量，提高了测量效率；本发明通过紧凑式多极布极方式降低布极距离，避免周围环境的限制，通过布极数量的选择，适应不同的地理环境下测量精度的要求。

本发明综合考虑了频率变化对避雷线电感、接地体电阻及电感等测量值的影响，能很好地适应现场环境，可通过布极数量的选择，适应不同的地理环境下测量精度的要求；可测量土壤电阻率，为根据接地电阻判定接地状况提供参考。

本发明提供的杆塔接地电阻测量系统，测量的接地电阻是测量电流I经接地引线流入大地散流后，接地引线的电位V对I的比值，杆塔接地电阻值的准确测量能够反应接地的安全性能，对降低雷击跳闸率有重要意义。

目前杆塔接地体是通过接地引线与杆塔、避雷线连接的，为了更为准确地测量杆塔接地电阻值和布极方向，需要垂直于杆塔接地体确定杆塔接地体的埋设方位。

本发明采用磁场法判断杆塔接地体埋设方位；通过建立杆塔接地体的物理模型，充分考虑土壤电阻率与注入电流频率的影响，计算分析注入电流后杆塔接地体地表的磁感应强度分布情况，地表磁感应强度的最大值处对应于杆塔接地体的埋设方位，对接地体埋设方位进行判断；判断接地体埋设方位，实现杆塔接地电阻测量前的准确布极，进而提高测量准确度。

针对不断开接地引线的杆塔接地电阻测量方法的缺陷，即未考虑杆塔不同参数而注入单一电流频率，没有考虑土壤电阻率的影响，本发明提出了基于多频扫描杆塔接地电阻测量方法，通过注入不同频率范围的电流，选择最佳的注入电流频率点，实现不断开接地引线的杆塔接地电阻准确测量；测量注入高频信号下杆塔接地体的电感效应以及避雷线的感抗值，建立不断开接地引线下的杆塔接地电阻测量的等效电路模型，分析接地阻抗测量值随注入电流频率的变化规律；在此基础上，提出基于多频扫描的杆塔接地电阻测量方法，并建立多频扫描杆塔接地电阻测量的Multisim仿真模型，不同接地电阻标准值时，需注入不同频率范围的电流，对接地电阻值、避雷线电感值和接地体等效电感值三个参数对此方法的影响进行仿真；

测量结果表明：考虑土壤电阻率的影响后，注入1～12kHz 内不同频率段的电流时，三个参数对测量结果影响较小，并可通过三次样条插值算法求得该频率范围内的注入电流最佳频率点以及杆塔接地电阻的准确值；在不同参数条件下，基于多频扫描的杆塔接地电阻测量方法都能够实现杆塔接地电阻的准确测量，具有很好的适用性。

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 (2)

1.基于多频扫描原理的杆塔接地电阻测量系统，其特征在于：包括中央控制器（1），所述中央控制器（1）的信号输出端与信号激励模块（2）相连，所述信号激励模块（2）通过杆塔接地引线与杆塔接地体（3）相连，所述杆塔接地体（3）的信号输出端与信号采集模块（4）相连；

所述信号采集模块（4）依次串接信号放大电路、滤波电路、交直流转换电路后与中央控制器（1）相连；

所述中央控制器（1）还通过导线与触摸屏（5）、数据存储模块（6）、无线通信模块（7）相连，所述无线通信模块（7）通过无线网络与监控终端（8）、监控中心计算机（9）相连；

所述中央控制器（1）的电源输入端与电源模块（10）相连。

2.根据权利要求1所述的基于多频扫描原理的杆塔接地电阻测量系统，其特征在于：所述杆塔接地体（3）通过引出电压极和电流极与信号采集模块（4）的信号输入端相连。