CN111505533A - 接地线测试终端和系统及不停电工况下的接地线测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接地线测试终端，包括：钳型线夹T、基准电阻R、交流电源AC、采样模块和计算模块，所述钳型线夹具T有可开闭的铁芯和绕设于铁芯的线圈，所述线圈的一端经基准电阻R连接交流电源AC，另一端直接与交流电源AC相连，从而构成回路，所述采样模块至少包括用于采样基准电阻R上电压U_R的第一电压采样器，计算模块通过比较空载和待检测接地线置于闭合的钳型线夹T内时基准电阻R上的电压来判断待检测接地线的接地情况。本发明针对传统不停电工况下的互感器二次回路，缺少必要的检测手段，提出一种接地线测试终端、系统及方法可以在现场快速准确的判断接地线的接地情况。

Description

接地线测试终端和系统及不停电工况下的接地线测试方法

技术领域

本发明属于电力系统保护领域，特别涉及一种接地线测试系统及方法。

背景技术

电力系统多次发生由于互感器两点接地引起的设备跳闸，严重影响电网设 备安全稳定运行。对于检修的互感器二次回路，可以通过解除接地线后测量其 余回路对地电阻无穷大来判断有且仅有一点接地，但是对于不停电工况下的互 感器二次回路，缺少必要的检测手段，无法通过解、接接地线的方式进行核查。

针对上述存在问题，有必要开发出对应的测试系统及测试方法，消除电力 系统安全隐患。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种接地线测试系统及方法，专门用于解决不停 电工况下的互感器二次回路，缺少必要的检测手段，无法通过解、接接地线的 方式进行核查的问题。

为了达成上述目的，本发明提出的技术方案是：一种接地线测试终端，其 特征在于包括：钳型线夹T、基准电阻R、交流电源AC、采样模块和计算模块， 所述钳型线夹具T有可开闭的铁芯和绕设于铁芯的线圈，所述线圈的一端经基 准电阻R连接交流电源AC，另一端直接与交流电源AC相连，从而构成回路，所 述采样模块至少包括用于采样基准电阻R上电压U_R的第一电压采样器，计算模 块通过比较空载和待检测接地线置于闭合的钳型线夹T内时基准电阻R上的电 压来判断待检测接地线的接地情况。

本发明还提出一种接地线测试系统，包括前述的接地线测试终端和远程主 站或PC，通讯模块通过无线网将判断结果发送给远程主站或PC。

此外，本发明还提出一种不停电工况下的接地线测试方法，其特征在于： 使用权利要求1-6任一项所述的测试终端实现，包括如下步骤：

步骤1、钳型线夹空载状态下采样获得基准电阻上电压值U_R0；

步骤2、将待检测接地线置于钳型线夹内并闭合铁芯，钳型线夹与待检测接 地线形成二次绕组数为1匝的变压器；

步骤3、采样获得当前状态下基准电阻上的电压U_R1；

步骤4、若|U_R1-U_R0|/U_R0＞0.3，则判断存在多点接地，需现场排查；否 则判断为不存在多点接地，或者测接地线相对于钳型线夹的第一侧直接接地且 第二侧经接地电阻接地。

若|U_R1-U_R0|/U_R0≤0.3，则计算接地电阻R’的电阻值

其中，X_L为空载时线圈的等值电抗，R_JZ为基准电阻的阻值，N_TV为线圈的 匝数，U_T1是待检测接地线置于闭合的钳型线夹T内时线圈上的电压，若 R_n≤10Ω，则提醒现场人员排查，否则接地线无故障。

线圈上的电压U_T1通过采样获得，或者通过

计算获得，U_S为交流电源AC的电压有效值；空载时线圈的等值电抗X_L为已知量，或者通过

计算获得。

本发明的有益效果在于：本发明针对传统不停电工况下的互感器二次回路， 缺少必要的检测手段，提出一种接地线测试终端、系统及方法。将互感器二次接 地线当作变压器的副边绕组，在只有一点接地时，副边开路，换算至变压器原边等 值阻抗无穷大，变压器电压远高于基准电阻上电压；而当互感器二次绕组多点金属 性接地时，副边短路，换算至变压器原边阻抗较小，变压器电压低于基准电阻上电 压。基于该原理，计算模块通过计算判断接地线的接地情况。此外能够针对多点接 地情况，计算出接地电阻的阻值，给运维人员参考。

附图说明

图1是本发明中所涉及的一种接地线测试系统各模块连接示意图。

图2至图4是本发明实施例的测试结果显示图，其中：

图2为只有一点接地时，第二点的测试电阻值。

图3为两点金属性接地时，第二点的测试电阻值。

图4为第二点经100欧姆接地电阻接地时，第二点的测试电阻值。

上述图中测试结果的电阻值单位为欧姆。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种接地线测试终端及系统。如图1所示，接地测试终端包括： 钳型线夹T、基准电阻R、交流电源AC、采样模块和计算模块，钳型线夹具T有 可开闭的铁芯和绕设于铁芯的线圈，线圈的一端经基准电阻R连接交流电源AC， 另一端直接与交流电源AC相连，从而构成回路。当待检测接地线置于闭合的钳 型线夹内，钳型线夹与待检测接地线形成二次绕组数为1匝的变压器。交流电 源的频率异于待测接地线所在电网的工频、分频和倍频。本实施例中，交流电 源的频率采用20HZ，当然也可采用120HZ，30Hz等频率。交流电源AC的频率有 别于电网的工频、分频和倍频，是为了避免由于检测终端与电力系统之间互相 干扰而产生误差，导致检测精度的降低。

采样模块包括用于采样基准电阻R上电压U_R的第一电压采样器和用于采样 线圈上的电压U_T的第二电压采样器。第一电压采样器是必须的，而第二电压采 样器可以省去，线圈上的电压U_T可通过换算获得，当然，存在一种等同替代的 方案，即采样线圈上的电压U_T，由此来计算基准电阻R上电压U_R。

计算模块通过比较空载和待检测接地线置于闭合的钳型线夹T内时基准电 阻R上的电压来判断待检测接地线的接地情况。具体来说空载时基准电阻上的 电压为U_R0，待检测接地线置于闭合的钳型线夹内时基准电阻上的电压为U_R1， 若|U_R1-U_R0|/U_R0＞0.3，则可以直观判断存在多点接地，否则判断为不存在多 点接地，或者测接地线相对于钳型线夹的第一侧(第一点)直接接地且第二侧 (第二点)经接地电阻接地。。

通讯模块和显示单元连接，计算模块将判断结果通过通讯模块传送至显示 单元予以显示。通讯模块通过无线网将判断结果发送给远程主站或PC。

如图1所示，本实施例的接地线测试系统则包含上述的测试终端以及远程 主站或PC。除了判断结果以外，通讯模块还可以将采样获得数据传递给远程主 站，进行数据存储和分析。

本发明提供的不停电工况下的接地线测试方法，包括以下步骤：

步骤1、钳型线夹空载状态下采样获得基准电阻上电压值U_R0。

步骤2、将待检测接地线置于钳型线夹内并闭合铁芯，钳型线夹与待检测接 地线形成二次绕组数为1匝的变压器。

步骤3、采样获得当前状态下基准电阻上的电压U_R1。

步骤4、若|U_R1-U_R0|/U_R0＞0.3，则可以直观判断存在多点接地，提醒工 作人员做处理，比如解除多余的一个接地点等；否则判断为不存在多点接地， 或者测接地线相对于钳型线夹的第一侧直接接地且第二侧经接地电阻接地。

若|U_R1-U_R0|/U_R0≤0.3，需要通过计算接地电阻R’的电阻值R_n，来进一 步确认接地线是否存在故障。接地电阻R’的电阻值

其 中，X_L为空载时线圈的等值电抗，R_JZ为基准电阻的阻值，N_TV为线圈的匝数，U_T1是待检测接地线置于闭合的钳型线夹T内时线圈上的电压。

线圈上的电压U_T1可通过采样获得，或者通过下式计算获得：

式中，U_S为交流电源AC的电压有效值；

空载时线圈的等值电抗X_L为已知量，或者通过下式计算获得：

若R_n≤10Ω，则提醒现场人员排查，否则接地线无故障。由于接地线通常 直接引接至地网，因此第二点接地接地电阻与互感器N线的阻抗之和实际不可 能大于10Ω。第二点不接地，理论上接地电阻R’应该是无穷大，但是由于采样 精度和干扰的问题，往往会得到一个较大的电阻值。只有当接地电阻的电阻值 小于10Ω时，接地线才有可能会影响系统安全，因此需要现场进行排查。

步骤5、将判断结果在显示单元进行显示，并且通过无线网络将判断结果发 送给远程主站或PC。

上述方案中，在铁芯可开断-闭合的变压器空载状态下测试并记录基准电阻 上电压值是为了计算变压器的空载等值电抗，用于互感器二次回路第二点接地 电阻精确计算。

将变压器等值变换以后，由于二次空载，串联回路中有电源(内阻可忽略)、 基准电阻、变压器的一次阻抗(相对于励磁阻抗，可忽略)以及变压器的励磁 阻抗，虽然变压器的励磁阻抗很大，但是基准电阻阻值也不小，为了精确计算 互感器二次回路第二点接地电阻，需要对变压器的励磁阻抗进行测算。

上述方案中，当互感器二次回路只有一点接地时，由于二次回路无法形成 闭环，铁芯可开断-闭合的变压器处于空载状态，变压器原边电压值远高于基准 电阻上电压；

上述方案中，当互感器二次回路有两个金属性接地点时，二次回路形成闭 环，且负荷阻抗很小，钳型线夹的线圈处于短路状态，变压器原边电压值远低 于基准电阻上电压；

上述方案中根据在基准电阻空载状态下测量的电压与检测互感器二次接地 线状态下的测量电压相比较，当两次测量的电压变化值满足大于空载状态下测 量电压的0.3倍，认为被检测互感器二次接地回路存在多点接地。

此时变压器的T型等值电路类似于二次绕组及负载回路的电阻与变压器励 磁绕组并联后再与变压器一次绕组串联，再与基准电阻、电源串联，此时由于 变压器二次绕组及负载回路阻抗趋近于零，变压器二次电阻归算至一次侧阻值 也很小，因此变压器上电压很小。

当互感器二次回路另一个为经接地电阻R’接地点时，二次回路形成闭环， 变压器原边(钳型线夹的线圈)的负荷阻抗还是很大，直观的电压判断无法确 定，本方法提供了计算模块，可以对第二点接地接地电阻值进行测算。

上述方案中，根据采集在钳型线夹的线圈及基准电阻上的电压值，计算模 块可计算出互感器二次回路第二点电阻值的大小，并提供出接地参考值，便于 运维人员进行排查，如无第二点接地，计算的第二点接地阻值趋近于无穷大。

为了阐述本发明的测试方法，举出以下实施例并结合附图2-4来进行说明：

1)、电源选择20Hz交流电源，不考虑内阻，输出电压30V。

2)、基准电阻选择500Ω。

3)、钳型线夹的线圈匝数为30。

在互感器二次回路中只有一点接地时，第二点的测试电阻值接近无穷大，图 2中“第二点接地电阻”数值单位为欧姆，此时变压器两端电压较大，而电阻两 端电压较小，图2分为三幅小图，上面一幅为计算的有效值，中间一幅为实际 的电压波形，下面一幅为测量的第二点接地电阻值，以下各图中三幅图形的内 容定义相同；在互感器二次回路中有两点金属性接地时，第二点的测试电阻值 如图3中“第二点接地电阻”所示，接近0欧姆，此时变压器由于副边短路， 等值阻抗降低，两端的电压值较小，而电压主要是加在电阻上，和图2相比较 基准电阻上的电压值，可以根据|U_R1-U_R0|/U_R0＞0.3U_R0条件满足，可以得出 存在第二点接地；在互感器二次回路中另一点经100欧姆接地电阻接地时，第 二点的测试电阻值如图4中“第二点接地电阻”所示，大约100.2欧姆左右， 虽然根据|U_R1-U_R0|/U_R0＞0.3U_R0无法直观得出第二点接地，但是可以通过公 式

的理论计算，可以得到第二点的接地电阻。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围， 凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方法基础上所做的任何改动，均落入 本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种接地线测试终端，其特征在于包括：钳型线夹T、基准电阻R、交流电源AC、采样模块和计算模块，所述钳型线夹具T有可开闭的铁芯和绕设于铁芯的线圈，所述线圈的一端经基准电阻R连接交流电源AC，另一端直接与交流电源AC相连，从而构成回路，所述采样模块至少包括用于采样基准电阻R上电压U_R的第一电压采样器，计算模块通过比较空载和待检测接地线置于闭合的钳型线夹T内时基准电阻R上的电压来判断待检测接地线的接地情况。

2.根据权利要求1所述的接地线测试终端，其特征在于：当所述待检测接地线置于闭合的钳型线夹内，钳型线夹与待检测接地线形成二次绕组数为1匝的变压器。

3.根据权利要求1所述的接地线测试终端，其特征在于：所述交流电源的频率异于待测接地线所在电网的工频、分频和倍频。

4.根据权利要求1所述的接地线测试终端，其特征在于：空载时基准电阻上的电压为U_R0，待检测接地线置于闭合的钳型线夹内时基准电阻上的电压为U_R1，若|U_R1-U_R0|/U_R0＞0.3，则判断存在多点接地，否则判断为不存在多点接地，或者测接地线相对于钳型线夹的第一侧直接接地且第二侧经接地电阻接地。

5.根据权利要求1所述的接地线测试终端，其特征在于：还具有通讯模块和显示单元，计算模块将判断结果通过通讯模块传送至显示单元予以显示，并且通讯模块通过无线网将判断结果发送给远程主站或PC。

6.一种接地线测试系统，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的测试终端和远程主站或PC。

7.一种不停电工况下的接地线测试方法，其特征在于：使用权利要求1-6任一项所述的测试终端实现，包括如下步骤：

步骤1、钳型线夹空载状态下采样获得基准电阻上电压值U_R0；

步骤2、将待检测接地线置于钳型线夹内并闭合铁芯，钳型线夹与待检测接地线形成二次绕组数为1匝的变压器；

步骤3、采样获得当前状态下基准电阻上的电压U_R1；

步骤4、若|U_R1-U_R0|/U_R0＞0.3，则判断存在多点接地；否则判断为不存在多点接地，或者测接地线相对于钳型线夹的第一侧直接接地且第二侧经接地电阻接地。

8.根据权利要求7所述的不停电工况下的接地线测试方法，其特征在于：若|U_R1-U_R0|/U_R0≤0.3，则计算接地电阻R’的电阻值

其中，X_L为空载时线圈的等值电抗，R_JZ为基准电阻的阻值，N_TV为线圈的匝数，U_T1是待检测接地线置于闭合的钳型线夹T内时线圈上的电压，若R_n≤10Ω，则提醒现场人员排查，否则接地线无故障。

9.根据权利要求8所述的一种不停电工况下的接地线测试方法，其特征在于：所述线圈上的电压U_T1通过采样获得，或者通过下式计算获得：

式中，U_S为交流电源AC的电压有效值；

空载时线圈的等值电抗X_L为已知量，或者通过下式计算获得：

10.根据权利要求7所述的一种不停电工况下的接地线测试方法，其特征在于：通过通讯模块将判断结果在显示单元进行显示。

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