CN110320398B - 一种杆塔接地极冲击有效长度的测试系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种杆塔接地极冲击有效长度的测试系统及测量方法，所述系统包括：冲击电流发生器、电压电流波形测量记录装置、采样电阻、电流极、电压测量极；该方法包括接地极冲击接地电阻测试方法，以及根据所得冲击电压响应判断接地极有效长度的方法，给出了测量装置采样频率的要求，通过计算冲击电压响应两时刻电压差同电压峰值的比值判断其电压是否发生陡降从而判断接地极是否达到有效长度；该方法计算简便，结果直观简洁，可用于检测冲击电流下杆塔水平伸长接地极是否达到有效长度。

Description

一种杆塔接地极冲击有效长度的测试系统及测量方法

技术领域

本发明涉及电力系统过电压领域，具体地，涉及一种杆塔接地极冲击有效长度的测试系统及测量方法，该方法及系统适用于被测接地极性能的检测。

背景技术

随着电力系统的发展,雷击输电线路引起的事故也日益增多,如何提高输电线路的耐雷水平已受到广泛重视。输电线路杆塔被测接地极是雷击输电线路时雷电流重要的泄流通道，优化杆塔被测接地极结构、降低杆塔被测接地极冲击接地电阻措施等可降低输电线路雷电反击跳闽率。在高电阻率地区，常采用增加被测接地极长度的方式降低接地电阻。此方法可有效降低工频接地电阻，但就防雷保护而言，接地体在冲击电流作用下的性能与在工频电流作用下不同。冲击电流作用下的接地体将呈现明显的电感效应，阻碍电流向接地体远端流动。接地体过长，则在冲击电流作用下只有一部分导体被利用，此后再继续增加长度，冲击接地阻抗将不再显著降低，这部分导体的长度即为接地体的冲击有效长度。通过分析接地极有效长度，可对接地电阻过高的区域选择合理有效的降阻措施，研究被测接地极冲击特性的影响，对于正确设计防雷被测接地极，改善被测接地极的防雷性能和确保输电线路安全运行具有十分重要的意义。

发明内容

本发明通过研究采用三极法测量得到的被测接地极的冲击电压响应，发明了一种杆塔接地极冲击有效长度的检测方法及测量系统。

针对冲击电流作用下接地体呈现明显的电感效应问题，本发明的目的是提供一种杆塔接地极冲击有效长度的检测方法及系统，该方法及系统包括接地极冲击电压响应的测量以及判断被测接地极是否达到其有效长度。

为实现上述发明目的，本申请一方面提供了一种杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，所述系统包括：

冲击电流发生器、电压电流波形测量记录装置、采样电阻、电流极、电压测量极；

冲击电流发生器用于输出模拟雷电流的冲击电流波；采样电阻用于测量输入冲击电流波形；电流极预埋在距离被测接地极预设范围内的地下，电流极布置在被测接地极的反向延长线上；电压测量极预埋在距离被测接地极预设范围内的地下；冲击电流发生器的输出极一端与采样电阻串联后，再与被测接地极的一端相连；冲击电流发生器输出极的另一端连接到电流极；电压测量极与电压电流波形测量记录装置连接，电压电流波形测量记录装置与被测接地极连接，电压电流波形测量记录装置与采样电阻连接，电压电流波形测量记录装置测量采样电阻的电压；电压电流波形测量记录装置测量获得水平接地极的冲击电流输入和冲击电压响应；分析电压电流波形测量记录装置所采集的冲击电压响应的波形信息，基于波形信息获得对应的电压幅值，基于获得的电压幅值，判断出该被测接地极是否达到冲击电流下的有效长度。

优选的，电压测量极与被测接地极的连线垂直于电流极与被测接地极的连线，该设计是为了排除测量时，电压极-被测接地极连线与电流极-被测接地极连线电磁耦合产生的干扰信号。

优选的，所述电压电流波形测量记录装置具体为示波器。

优选的，采样电阻为无感电阻。

优选的，冲击电流发生器的输出极一端与采样电阻串联后，再与被测接地极的一端相连；冲击电流发生器的输出极的另一端连接到电流极；电压测量极通过引线与电压电流波形测量记录装置的电压测量通道探头相连；电压电流波形测量记录装置探头的接地线夹与被测接地极的端口相连；电压电流波形测量记录装置的电流测量通道测量采样电阻的电压，电压电流波形测量记录装置探头的接地线夹与采样电阻的近被测接地极侧相连，电压电流波形测量记录装置探头与采样电阻的电源侧相连。

优选的，分析电压电流波形测量记录装置所采集的冲击电压响应的波形信息，设峰值时间t₁时刻对应的电压峰值为U₁，预设时间t₂对应电压幅值为U₂，

若

则冲击电压响应产生陡脉冲，判断出该被测接地极达到冲击电流下的有效长度。

优选的，电压电流波形测量记录装置采样频率大于或等于0.5MHz。

优选的，电流极和电压测量极距被测接地极的的距离相等，且距离大于或等于40m。

优选的，电流采样电阻采用电流传感器代替，替代用的电流传感器输入与输出信号延时小于或等于10ns。

另一方面，本申请还提供了一种杆塔接地极冲击有效长度的测试方法，所述方法基于前面所述的杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，所述方法包括：

步骤1：在距离被测接地极预设范围内的地下预埋电流极，电流极布置在被测接地极的反向延长线上；在距离被测接地极预设范围内的地下预埋电压测量极，电压测量极与被测接地极的连线垂直于电流极与被测接地极的连线；

步骤2：将冲击电流发生器的输出极一端与采样电阻串联后，再与被测接地极的一端相连；冲击电流发生器输出极的另一端连接到电流极；

步骤3：电压测量极通过引线与电压电流波形测量记录装置的电压测量通道探头相连，电压电流波形测量记录装置探头的接地线夹与被测接地极的端口相连，电压电流波形测量记录装置的电流测量通道测量采样电阻的电压，电压电流波形测量记录装置探头的接地线夹与采样电阻的近被测接地极侧相连，电压电流波形测量记录装置探头与采样电阻的电源侧相连；

步骤4：调整电压电流波形测量记录装置的量程、触发模式和电压电流波形测量记录装置探头的衰减倍率测得水平接地极的冲击电流输入和冲击电压响应；

步骤5：分析电压电流波形测量记录装置所采集的冲击电压响应的波形信息，设峰值时间t1时刻对应的电压峰值为U1，10μs后t2对应电压幅值为U2，

若

则冲击电压响应产生陡脉冲，即判断出该被测接地极达到冲击电流下的有效长度。

本发明可以测量伸长被测接地极冲击接地电阻以及检测冲击电流下的有效长度：采用本发明专利提供的方法及系统，根据两时刻电压差同电压峰值的比值，可以用于帮助判断接地极冲击电压响应是否产生陡脉冲，实验表明A值大于5％时，接地体达到其冲击电流作用下的有效长度。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本方法及系统给出了测量装置采样频率的要求，通过计算冲击电压响应两时刻电压差同电压峰值的比值判断其电压是否发生陡降从而判断接地极是否达到有效长度，该方法及系统计算简便，结果直观简洁，可用于检测冲击电流下杆塔水平伸长接地极是否达到有效长度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

附图1为所检测杆塔水平接地极示意图；

附图2为被测接地极冲击阻抗测量接线图；

附图3-4为接地极达到有效长度前后冲击电压响应对比图，图3中为达到有效长度之前冲击电压响应波形图，图4为达到有效长度之后冲击电压响应波形图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明主要是针对如附图1中的杆塔水平接地极，采用三极法测量接地极的冲击电压响应，通过分析电压波形判断杆塔水平接地极是否达到有效长度。其测量接线图如附图2所示：

本发明包括的设备装置包括冲击电流发生器、示波器、采样电阻、电流极、电压测量极五个部分。

所述冲击电流发生器输出波形为模拟雷电流的双指数电流波，其冲电电压档位分为500v、750v、1000v、1250v，本发明不限定具体冲击电压发生器的输出档位，其它电压等级均可。

所述采样电阻选择无感电阻，其阻值可以为10Ω，或其他阻值，可以根据具体的使用情况进行调整，本发明不进行限定，采样电阻用于测量输入冲击电流波形，采用无感电阻可避免电感对接地极冲击响应的测量产生干扰。

所述电流极包括三根长30cm的电流探针，三根探针间隔30cm布置并采用导线连接。

分别选择30m，60m水平伸长接地体，采用本发明专利方法检测其是否达到冲击电流下的有效长度。

下面结合附图2、3，对本发明作进一步的详细说明。即本发明包括以下步骤：

第一步，在被测接地极附近打下30cm电流极，电流极)到被测接地极的距离为40m，电流极(4)布置在被测接地极的反向延长线上，在电流极旁边打入两根辅助电流极，三根电流探针间距30cm并采用导线连接；在被测接地极40m处打下电压测量极，其与被测接地极的连线垂直于电流极(4)与被测接地极的连线即电流极与电压测量极呈90°角布置。

第二步，将冲击电流发生器输出极一端与电流采样电阻串联后，再与被测接地极的一端相连；冲击电流发生器输出极的另一端连接到电流极，电流采样电阻为无感电阻，阻抗为10欧姆。

第三步，电压测量极通过引线与示波器电压测量通道探头相连。示波器探头的接地线夹与被测接地极的端口相连。示波器电流测量通道测量电流采样电阻的电压，探头的接地线夹与电流采样电阻的近被测接地极侧相连，探头与电流采样电阻的电源侧相连。

第四步，调整示波器量程、触发模式和示波器探头的衰减倍率测得水平接地极的冲击电流输入和冲击电压响应。

第五步，分析示波器所采集的冲击电压响应的波形信息，设峰值时间t1时刻对应的电压峰值为U1，10μs后t2对应电压幅值为U2。

若

采用该公式可以表述出现如图4所示陡脉冲，则冲击电压响应产生陡脉冲，即可判断出该被测接地极达到冲击电流下的有效长度，此后增加接地体长度其冲击接地电阻不会减小

根据附图3-4中所测得的实验数据，可计算出接地极为30m时的电压比值为3.5％，60m时的电压比值为23.0％。本例中30m接地极未达到其冲击电流下的有效长度，而60m接地极已达到其有效长度，此时再增加接地体长度不会减小其冲击接地电阻。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，其特征在于，所述系统包括：

冲击电流发生器、电压电流波形测量记录装置、采样电阻、电流极、电压测量极；

冲击电流发生器用于输出模拟雷电流的冲击电流波；采样电阻用于测量输入冲击电流波形；电流极预埋在距离被测接地极预设范围内的地下，电流极布置在被测接地极的反向延长线上；电压测量极预埋在距离被测接地极预设范围内的地下；冲击电流发生器的输出极一端与采样电阻串联后，再与被测接地极的一端相连；冲击电流发生器输出极的另一端连接到电流极；电压测量极与电压电流波形测量记录装置连接，电压电流波形测量记录装置与被测接地极连接，电压电流波形测量记录装置与采样电阻连接，电压电流波形测量记录装置测量采样电阻的电压；电压电流波形测量记录装置测量获得水平接地极的冲击电流输入和冲击电压响应；分析电压电流波形测量记录装置所采集的冲击电压响应的波形信息，基于波形信息获得对应的电压幅值，基于获得的电压幅值，判断出该被测接地极是否达到冲击电流下的有效长度。

2.根据权利要求1所述的杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，其特征在于，电压测量极与被测接地极的连线垂直于电流极与被测接地极的连线。

3.根据权利要求1所述的杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，其特征在于，所述电压电流波形测量记录装置具体为示波器。

4.根据权利要求1所述的杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，其特征在于，采样电阻为无感电阻。

5.根据权利要求1所述的杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，其特征在于，冲击电流发生器的输出极一端与采样电阻串联后，再与被测接地极的一端相连；冲击电流发生器的输出极的另一端连接到电流极；电压测量极通过引线与电压电流波形测量记录装置的电压测量通道探头相连；电压电流波形测量记录装置探头的接地线夹与被测接地极的端口相连；电压电流波形测量记录装置的电流测量通道测量采样电阻的电压，电压电流波形测量记录装置探头的接地线夹与采样电阻的近被测接地极侧相连，电压电流波形测量记录装置探头与采样电阻的电源侧相连。

6.根据权利要求1所述的杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，其特征在于，分析电压电流波形测量记录装置所采集的冲击电压响应的波形信息，设峰值时间t₁时刻对应的电压峰值为U₁，预设时间t₂对应电压幅值为U₂，

若

则冲击电压响应产生陡脉冲，判断出该被测接地极达到冲击电流下的有效长度。

7.根据权利要求1所述的杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，其特征在于，电压电流波形测量记录装置采样频率大于或等于0.5MHz。

8.根据权利要求1所述的杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，其特征在于，电流极和电压测量极距被测接地极的的距离相等，且距离大于或等于40m。

9.根据权利要求1所述的杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，其特征在于，电流采样电阻采用电流传感器代替，替代用的电流传感器输入与输出信号延时小于或等于10ns。

10.一种杆塔接地极冲击有效长度的测试方法，所述方法基于权利要求1-9中任意一个所述的杆塔接地极冲击有效长度的测试系统，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：在距离被测接地极预设范围内的地下预埋电流极，电流极布置在被测接地极的反向延长线上；在距离被测接地极预设范围内的地下预埋电压测量极，电压测量极与被测接地极的连线垂直于电流极与被测接地极的连线；

步骤2：将冲击电流发生器的输出极一端与采样电阻串联后，再与被测接地极的一端相连；冲击电流发生器输出极的另一端连接到电流极；

步骤3：电压测量极通过引线与电压电流波形测量记录装置的电压测量通道探头相连，电压电流波形测量记录装置探头的接地线夹与被测接地极的端口相连，电压电流波形测量记录装置的电流测量通道测量采样电阻的电压，电压电流波形测量记录装置探头的接地线夹与采样电阻的近被测接地极侧相连，电压电流波形测量记录装置探头与采样电阻的电源侧相连；

步骤4：调整电压电流波形测量记录装置的量程、触发模式和电压电流波形测量记录装置探头的衰减倍率测得水平接地极的冲击电流输入和冲击电压响应；

步骤5：分析电压电流波形测量记录装置所采集的冲击电压响应的波形信息，设峰值时间t1时刻对应的电压峰值为U1，10μs后t2对应电压幅值为U2，

若

则冲击电压响应产生陡脉冲，即判断出该被测接地极达到冲击电流下的有效长度。

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