CN110687380A - 一种基于gps源表同步的地网分流向量测试系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统及其应用方法，本发明的地网分流向量测试系统采用非主从模式，使用源GPS模块提供秒脉冲沿为各个分流相量的采样触发和总测试电流的控制触发提供同步信号，同一时刻启动各相量采集且秒脉冲沿与恒流源测试信号的过零点同步，恒流源测试信号的相位作为各异地分流向量的参考相位，采集通道所采集的数据基于表GPS模块提供的秒脉冲沿计算时间差，进而得出相对于恒流源测试信号的相位差。本发明实现了源、表同步，且源、表间无需进行数据传输，大幅减小了测试时间，提高了测试效率，同时采用多通道测量、数据采集处理技术，可以同时对多个分流点进行测试，大幅减小测试工作量。

Description

一种基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统及其应用 方法

技术领域

本发明涉及工程测量领域，具体涉及一种基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统及其应用方法，用于变电站大型地网外引线路的架空地线及金属构架接地对地网参数测试分流影响的测试。

背景技术

根据DL/T475-2017《接地装置特性参数测量导则》规定，大型接地装置的特性参数测试应该包含以下内容：电气完整性测试，接地阻抗测试（含分流测试），场区地表电位梯度分布测试，接触电位差和跨步电位差的测量。在其他接地装置的特性参数测试中应尽量包含以上内容。

变电站接地网是保证变电站电气设备正常和故障情况下，都能安全和可靠运行的主要保护措施。对于有架空避雷线和金属屏蔽两端接地的电缆出现的变电站，在测量接地阻抗时，线路杆塔接地装置和远方地网对试验电流进行分流，对接地装置接地电阻的测试造成很大影响。因此应进行架空避雷线和电缆金属屏蔽的分流测试，对接地阻抗测量值进行修正。

分流系数的测量，首先要对每个分流支路进行分流向量测量，再通过矢量和运算得到分流总向量。分流向量测量包括分流电流的幅值测量和分流电流相对总电流的相差测量，而相差是通过测量分流电流过零点与总电流过零点的时差计算得到的，需要测试仪的功率源与电流测量装置配合工作。

现有的测试系统分流向量测量多采用基于无线射频信号的主从模式，单通道测量，其主要包括下述三种：

1、现有技术一：

如图1所示，该方案的系统包括：功率源、总电流测量装置、分流向量测量装置和数据处理终端。功率源输出总电流为I _m，形成两个分流支路I ₁和I ₂。其中数据处理终端为主机，总电流测量装置和分流向量测量装置为从机。主机使用无线射频信号控制注入的总测试电流I _m和分流I ₂的采样和测量，实现同步和数据传输。该方案利用电流互感器对注入的测试电流取样，经过AD转换和选频滤波运算处理，得到测试电流的波形和相位信息，将该相位信息定义为基准相位无线发射至有无线接收能力的数据处理终端，同时该数据处理终端接收分流向量测量装置测得的分流向量。数据处理终端运算比较分流电流相位与无线接收到的测试电流，可以得到地网分流的向量。

但是，此方案采用电流互感器测量注入的测试电流，由于电流互感器材质、质量及体积导致此方案不适合大体积的杆塔分流向量测量。同时此方案需要分流测量系统工作在主从模式，并依赖无线射频信号进行时间标记的同步和数据传输。利用无线通信技术控制总电流和分流的采样，存在同步时间差，时间差主要由发送软件延迟、发送电路电平转换和无线调至延时、无线传输空间延时、无线借条和接收电路电平转换延迟、接收软件延迟等构成，各个延时时间并不固定，导致测量的分流向量相位差在一个范围内波动，影响测量准确性。当现场存在强电磁干扰，或者总电流、分电流测量点距离较远，有建筑物遮挡了无线数据传输时，会给分流向量测量的同步和数据传输带来严重影响。

2、现有技术二：

如图2所示，该方案所述的测量系统包括功率源，总电流测量装置和分流向量测量装置。其中，总电流测量装置与分流向量测量装置分别为主机和从机，使用无线射频信号实现同步和数据传输。总电流测量装置将测得总电流I _m的幅值和基于无线射频信号标记的过零点时间发送给分流测量设备，分流测量设备测量分流电流I ₂的幅值和基于无线射频信号标记的过零点，并接收到总电流的幅值和过零点时间后运算得到分流向量。

但是，此方案需要分流测量系统工作在主从模式，并依赖无线射频信号进行时间标记的同步和数据传输。主从模式的同步延迟导致测量的分流向量相位差在一个范围内波动，影响测量准确性。当现场存在强电磁干扰，或者总电流、分电流测量点距离较远，有建筑物遮挡了无线数据传输时，会给分流向量测量的同步和数据传输带来严重影响。

3、现有技术三：

如图3所示，该方案所述的测量系统包括功率源，总电流测量装置和分流向量测量装置。其中，总电流测量装置与分流向量测量装置分别为主机和从机。使用GPS秒脉冲信号作为总电流和分流向量电流过零点测量的时间标记，分别测量总电流的幅值和相对秒脉冲的过零点，以及分流电流的幅值和相对秒脉冲的过零点。此方案也需要分流测量系统工作在主从模式和无线射频信号用作数据传输，主机发送指令给从机，从机接收到指令后开始测量并将分流的幅值和过零点传回给主机，通过主机计算出分流向量。

但是，此方法使用GPS秒脉冲作为时间同步信号，可以实现同步测量避免无线射频作为时间标记受现场干扰引起的误差。但是该系统仍采用依靠无线射频信号进行数据传输的主从模式，当测量场区距离远，有建筑物遮挡，或者现场存在强电磁干扰时，基于无线射频信号的数据传输同样会受到严重影响，甚至无法测量。

综上所述，由于现有的测试系统采用主从模式，通过无线射频信号交换数据或指令进行工作，无线射频信号作为同步信号，存在同步时间差，且无线射频信号易受外界干扰影响，造成数据紊乱，甚至无法测量。同时由于采用单通道测量模式，现场多个分流点需一一进行分流测量及数据采集处理，测试工作量大。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有测试系统存在延时、且易受干扰影响和单通道测量工作量大的问题，提出了一种基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统及其应用方法，本发明的地网分流向量测试系统基于GPS源表同步的非主从模式，多通道测量的分流向量测量技术，本发明使用GPS秒脉冲信号为功率源提供秒脉冲沿为各个分流相量的采样触发和总测试电流的控制触发提供同步信号，同一时刻启动各相量采集，确保分流向量测量的准确。且秒脉冲沿与恒流源测试信号的过零点同步，恒流源测试信号的相位可作为各异地分流向量的参考相位，采集通道所采集的数据基于表GPS模块提供的秒脉冲沿计算时间差，进而得出其相对于恒流源测试信号（即参考相位）的相位差。本发明实现了源、表同步，且源、表间无需进行数据传输，大幅减小了测试时间，提高了测试效率，同时采用多通道测量、数据采集处理技术，可以同时对多个分流点进行测试，大幅减小测试工作量。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统，包括：

功率源，用于基于GPS秒脉冲信号输出过零点位置与秒脉冲沿同步的恒流源测试信号；

分流向量测量装置，用于基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差。

可选地，所述功率源包括依次相连的源GPS模块、源控制单元、试验电源，所述源GPS模块的输出端与源控制单元相连以提供秒脉冲，所述源控制单元控制试验电源输出过零点位置与秒脉冲沿同步的恒流源测试信号，使得秒脉冲沿对应时刻的恒流源测试信号相位为0◦、恒流源测试信号的相位可作为各异地分流向量的参考相位，所述试验电源具有用于向地网输出恒流源测试信号的输出端口。

可选地，所述分流向量测量装置包括表GPS模块、表总控单元和至少一路信号采集通道，所述GPS秒脉冲信号的输出端与表总控单元相连以提供秒脉冲信号，所述表总控单元分别与各路信号采集通道相连，所述表总控单元基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲控制信号采集通道采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，并根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差。

可选地，所述表总控单元包括表控制单元、测试仪表，所述GPS秒脉冲信号的输出端与表控制单元相连以提供秒脉冲信号，所述表控制单元、各路信号采集通道分别与测试仪表相连，所述表控制单元基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲控制测试仪表和信号采集通道采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，所述测试仪表根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差并计算分流总向量。

可选地，所述信号采集通道包括依次相连的罗氏线圈、积分器、信号调理模块、A/D转换模块，所述A/D转换模块的输出端与测试仪表相连，所述罗氏线圈检测异地分流点电流，所述积分器用于对检测得到的异地分流点电流进行相位还原，所述信号调理模块用于对完成相位还原后的异地分流点电流进行数据程控放大、滤波，所述A/D转换模块用于对信号调理模块输出的异地分流点电流转换为数字信号后输出至测试仪表。

此外，本发明还提供一种前述基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统的应用方法，实施步骤包括：

1）源控制单元检测源GPS模块发出的秒脉冲信号，且在收到源GPS模块发出的秒脉冲信号后，利用秒脉冲沿启动试验电源发出连续的恒流源测试信号，且恒流源测试信号的过零点位置与秒脉冲沿同步；

2）表控制单元在收到表GPS模块发出的秒脉冲信号后发送控制信号给测试仪表，所述测试仪表基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差。

可选地，步骤2）之后还包括所述测试仪表计算各异地分流向量的分流总向量的步骤。

可选地，所述计算各异地分流向量的分流总向量具体是指将各异地分流向量进行矢量和运算得到各异地分流向量的分流总向量。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：

1、本发明GPS秒脉冲沿与恒流源信号的过零点同步，即秒脉冲沿对应时刻的恒流源信号相位为0◦，利用GPS秒脉冲信号进行时间标记的同步，多通采集的数据基于表GPS提供的秒脉冲沿计算时间差，进而得出其相对于恒流源信号（即参考相位）的相位差，实现源、表同步，总电流的相位信息可以不用传递给分流表，源、表间无需进行数据传输，大幅减小了测试时间。

2、本发明具有多通道数据采集处理的功能，可同时对多个分流点进行测试，能够大幅减小测试工作量。

附图说明

图1为现有技术一的系统结构示意图。

图2为现有技术二的系统结构示意图。

图3为现有技术三的系统结构示意图。

图4为本发明实施例的地网分流向量测试系统的基本结构示意图。

图5为本发明实施例的地网分流向量测试系统的详细模块结构示意图。

具体实施方式

如图4所示，本实施例基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统包括：

功率源1，用于基于GPS秒脉冲信号输出过零点位置与秒脉冲沿同步的恒流源测试信号；

分流向量测量装置2，用于基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差。

参见图4，本实施例基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统针对测试系统主从工作模式存在延时，且易受干扰影响和单通道测量工作量大的问题，实现分流向量的准确、高效测量，提出了基于GPS源表同步的非主从模式，可实现多通道测量的分流向量测量。其中，功率源连接卫星授时模块，可以控制恒流源测试信号（总试验电流I _m）的过零点与卫星授时信号同步，分流向量测量装置也连接卫星授时模块，并通过罗氏线圈测量分流电流I ₂、I ₃…I _n的幅值和相对卫星授时信号的过零点，并计算分流向量的相位，完成分流向量的测量。

如图5所示，功率源1包括依次相连的源GPS模块11、源控制单元12、试验电源13，源GPS模块11的输出端与源控制单元12相连以提供秒脉冲，源控制单元12控制试验电源13输出过零点位置与秒脉冲沿同步的恒流源测试信号，使得秒脉冲沿对应时刻的恒流源测试信号相位为0◦、恒流源测试信号的相位可作为各异地分流向量的参考相位，试验电源13具有用于向地网输出恒流源测试信号的输出端口。源GPS模块11为功率源1提供秒脉冲沿，且秒脉冲沿与恒流源信号的过零点同步，即秒脉冲沿对应时刻的恒流源信号相位为0◦。如此，恒流源信号的相位可作为各异地分流向量的参考相位。

如图5所示，分流向量测量装置2包括表GPS模块21、表总控单元和至少一路信号采集通道24，GPS秒脉冲信号21的输出端与表总控单元相连以提供秒脉冲信号，表总控单元分别与各路信号采集通道24相连，表总控单元基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲控制信号采集通道24采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，并根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差。

如图5所示，表总控单元包括表控制单元22、测试仪表23，GPS秒脉冲信号21的输出端与表控制单元22相连以提供秒脉冲信号，表控制单元22、各路信号采集通道24分别与测试仪表23相连，表控制单元22基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲控制测试仪表23和信号采集通道24采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，测试仪表23根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差并计算分流总向量。参见图5，分流向量测量装置2包括n路信号采集通道24，n=1、2…，所述不同信号采集通道24所采集的数据基于表GPS模块21提供的秒脉冲沿计算时间差，进而得出其相对于恒流源信号（即参考相位）的相位差，实现源、表同步。

如图5所示，信号采集通道24包括依次相连的罗氏线圈241、积分器242、信号调理模块243、A/D转换模块244，A/D转换模块244的输出端与测试仪表23相连，罗氏线圈241检测异地分流点电流，积分器242用于对检测得到的异地分流点电流进行相位还原，信号调理模块243用于对完成相位还原后的异地分流点电流进行数据程控放大、滤波，A/D转换模块244用于对信号调理模块243输出的异地分流点电流转换为数字信号后输出至测试仪表23。

此外，本实施例还提供一种前述基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统的应用方法，实施步骤包括：

1）源控制单元12检测源GPS模块11发出的秒脉冲信号，且在收到源GPS模块11发出的秒脉冲信号后，利用秒脉冲沿启动试验电源13发出连续的恒流源测试信号，且恒流源测试信号的过零点位置与秒脉冲沿同步；

2）表控制单元22在收到表GPS模块21发出的秒脉冲信号后发送控制信号给测试仪表23，所述测试仪表23基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差。

本实施例中，步骤2）之后还包括所述测试仪表23计算各异地分流向量的分流总向量的步骤。本实施例中，计算各异地分流向量的分流总向量具体是指将各异地分流向量进行矢量和运算得到各异地分流向量的分流总向量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统，其特征在于，包括：

功率源（1），用于基于GPS秒脉冲信号输出过零点位置与秒脉冲沿同步的恒流源测试信号；

分流向量测量装置（2），用于基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差。

2.根据权利要求1所述的基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统，其特征在于，所述功率源（1）包括依次相连的源GPS模块（11）、源控制单元（12）、试验电源（13），所述源GPS模块（11）的输出端与源控制单元（12）相连以提供秒脉冲，所述源控制单元（12）控制试验电源（13）输出过零点位置与秒脉冲沿同步的恒流源测试信号，使得秒脉冲沿对应时刻的恒流源测试信号相位为0◦、恒流源测试信号的相位可作为各异地分流向量的参考相位，所述试验电源（13）具有用于向地网输出恒流源测试信号的输出端口。

3.根据权利要求2所述的基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统，其特征在于，所述分流向量测量装置（2）包括表GPS模块（21）、表总控单元和至少一路信号采集通道（24），所述GPS秒脉冲信号（21）的输出端与表总控单元相连以提供秒脉冲信号，所述表总控单元分别与各路信号采集通道（24）相连，所述表总控单元基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲控制信号采集通道（24）采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，并根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差。

4.根据权利要求3所述的基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统，其特征在于，所述表总控单元包括表控制单元（22）、测试仪表（23），所述GPS秒脉冲信号（21）的输出端与表控制单元（22）相连以提供秒脉冲信号，所述表控制单元（22）、各路信号采集通道（24）分别与测试仪表（23）相连，所述表控制单元（22）基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲控制测试仪表（23）和信号采集通道（24）采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，所述测试仪表（23）根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差并计算分流总向量。

5.根据权利要求3所述的基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统，其特征在于，所述信号采集通道（24）包括依次相连的罗氏线圈（241）、积分器（242）、信号调理模块（243）、A/D转换模块（244），所述A/D转换模块（244）的输出端与测试仪表（23）相连，所述罗氏线圈（241）检测异地分流点电流，所述积分器（242）用于对检测得到的异地分流点电流进行相位还原，所述信号调理模块（243）用于对完成相位还原后的异地分流点电流进行数据程控放大、滤波，所述A/D转换模块（244）用于对信号调理模块（243）输出的异地分流点电流转换为数字信号后输出至测试仪表（23）。

6.根据权利要求5所述的基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统的应用方法，其特征在于实施步骤包括：

1）源控制单元（12）检测源GPS模块（11）发出的秒脉冲信号，且在收到源GPS模块（11）发出的秒脉冲信号后，利用秒脉冲沿启动试验电源（13）发出连续的恒流源测试信号，且恒流源测试信号的过零点位置与秒脉冲沿同步；

2）表控制单元（22）在收到表GPS模块（21）发出的秒脉冲信号后发送控制信号给测试仪表（23），所述测试仪表（23）基于GPS秒脉冲信号的秒脉冲采集测量各异地分流向量的幅值以及与秒脉冲沿的时间差，根据与秒脉冲沿的时间差确定各异地分流向量与恒流源测试信号之间的相位差。

7.根据权利要求6所述的基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统的应用方法，其特征在于，步骤2）之后还包括所述测试仪表（23）计算各异地分流向量的分流总向量的步骤。

8.根据权利要求7所述的基于GPS源表同步的地网分流向量测试系统的应用方法，其特征在于，所述计算各异地分流向量的分流总向量具体是指将各异地分流向量进行矢量和运算得到各异地分流向量的分流总向量。

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