CN112285426B - 杆塔接地装置的接地电阻测试方法、系统及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种杆塔接地装置的接地电阻测试方法、系统及终端设备，应用于输电杆塔上，通过在三种接线方式以及不同电压激励信号下，采用非接触式的电流测量单元测量杆塔接地装置的电流，得到三组电流测量值，对三组电流测量值进行分析计算得到杆塔接地装置的接地电阻。该杆塔接地装置的接地电阻测试方法采用三种接线方式测量过程中屏蔽了互电阻的影响，使得得到的杆塔接地装置的接地电阻值数据准确，解决了现有难于测量杆塔接地电阻且测量的电阻值数据不准确的技术问题。该接地电阻测试装置对杆塔接地装置的接地电阻测量过程中无需现场布线，非接触式测量使得操作简单，易于现场实施。

Description

杆塔接地装置的接地电阻测试方法、系统及终端设备

技术领域

本发明涉及防雷接地技术领域，尤其涉及一种杆塔接地装置的接地电阻测试方法、系统及终端设备。

背景技术

高压架空输电线路是电力传输的主要通道，其运行状态直接决定了电力系统运行的安全性，由于量大面广，雷击是造成架空输电线路跳闸甚至事故的主要原因之一，尤其是南方地区雷电活动强烈，导致输电线路雷害频繁。

目前限制雷击输电线路杆塔塔顶或避雷线引起的地电位异常升高是输电线路防雷的关键，而塔顶地电位高低不仅与雷电流幅值有关，还取决于杆塔接地装置对雷电流的散流能力。杆塔接地装置作为疏导雷电流的通道，接地电阻则是反映杆塔接地装置散流能力的宏观指标，因此，杆塔接地装置的降阻和性能评价是线路防雷重点和重要基础管理工作。

杆塔接地电阻的准确测量，是了解杆塔接地装置运行状态和性能评价的主要手段，不仅为雷击跳闸故障分析提供依据，更为输电线路防雷反措的制订和校核提供基础数据，可以说，杆塔接地装置接地电阻的准确测量，成为架空输电线路防雷工作的基础中的基础。

输电线路杆塔所处的环境条件比变电站要复杂得多，多位于土壤条件较差，土壤情况复杂的地区，加上杆塔接地装置具有隐蔽工程的特征，测量条件的复杂性，使得杆塔接地装置接地电阻的准确测量，成为长期困扰基层单位的技术难题。

目前对杆塔接地装置接地电阻测量主要采用三极法和钳表法两种方法，但都由于环境干扰或原理性等问题，给测量结果带来或大或小的误差，难以满足输电线路防雷工作的要求。

三极法也叫电压电流法，是基于接地电阻的定义，由杆塔接地装置、电流极和电压极组成的三个电极测试接地装置接地电阻的方法，但在实际应用中，也存在以下问题：一是接地装置的隐蔽工程特征，使得延长接地线的位置无法知晓，会造成测试用的电压极和电流极就布置在接地装置的延长接地射线附近，造成测量误差很大。二是布线长度难以满足测量要求，导致测试结果偏小。三极法操作性差，实际测量误差较大。

钳表法实际上是测量回路电阻，在一定条件下近似为所测杆塔接地网的接地电阻，具有操作简单方便的优点，广泛欢迎，但由于钳表法在原理上存在很大的局限性，而且有严格的使用条件，要求回路中不应再有自然接地体等其它支路，因未考虑杆塔自然接地体及其与杆塔接地装置之间的互电阻形成的分流，导致接地电阻测量结果存在原理性误差，甚至导致测试数据严重失真，导致钳表法在很多场合被慎用甚至禁用。

发明内容

本发明提供了一种杆塔接地装置的接地电阻测试方法、系统及终端设备，用于解决现有难于测量杆塔接地电阻且测量的电阻值数据不准确的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种杆塔接地装置的接地电阻测试方法，应用于输电杆塔上，采用接地电阻测试装置测试杆塔接地装置的电流，所述杆塔接地装置包括杆塔架构，所述杆塔架构至少包括四个塔脚和塔身，所述接地电阻测试装置包括控制运算显示单元以及与所述控制运算显示单元连接的功率源和电流测量单元；该杆塔接地装置的接地电阻测试方法包括以下步骤：

S1.选择杆塔接地装置的一个塔脚作为测量点，杆塔接地装置的另外三个塔脚的接地线均与杆塔架构断开连接，四个塔脚的接地线连接形成引下线；

S2.在三种接线方式下通过所述功率源施加不同的电压激励信号，采用所述电流测量单元测量所述杆塔接地装置的电流，得到三组电流测量值；

S3.根据三组电流测量值分析计算得到所述杆塔接地装置的接地电阻值；

其中，在S2中，得到三组电流测量值具体包括：

S21.所述引下线与一个所述塔身短接，在所述塔身上施加第一电压激励信号，通过所述电流测量单元测量所述引下线的电流、位于所述引下线上方所述塔身的电流、位于所述引下线下方所述塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第一组电流测量值；

S22.与测量点对应塔脚的接地线与塔身之间施加第二电源激励电势信号，通过所述电流测量单元测量位于所述引下线上方所述塔身的电流、位于所述引下线下方所述塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第二组电流测量值；

S23.所述引下线与一个所述塔身断开，在所述塔身上施加第三电压激励信号，通过所述电流测量单元测量位于所述引下线上方所述塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第三组电流测量值。

优选地，所述功率源用于通过感应耦合或直接接触给杆塔接地装置提供电压激励信号。

优选地，所述电流测量单元用于测量所述杆塔接地装置的电流；

所述电流测量单元采用钳表法测试仪测量所述引下线的电流；

所述电流测量单元还采用空心线圈环绕所述塔身或所述塔脚构成闭合回路，所述电流测量单元通过测量所述闭合回路中流过所述空心线圈的电流得到测量所述塔身的电流。

优选地，所述钳表法测试仪的频率为1～3kHz。

优选地，该杆塔接地装置的接地电阻测试方法还包括：用于提供频率为50Hz～1kHz电压激励信号的功率源。

优选地，该杆塔接地装置的接地电阻测试方法还包括：非接触式测量方式的所述电流测量单元，所述电流测量单元上设置有带铁芯的钳口和空心线圈。

优选地，所述钳口上设置有三重磁屏蔽层。

本发明还提供一种杆塔接地装置的接地电阻测试系统，应用于输电杆塔上，采用接地电阻测试装置测试杆塔接地装置的电流，所述杆塔接地装置包括杆塔架构，所述杆塔架构至少包括四个塔脚和塔身，该杆塔接地装置的接地电阻测试系统包括测量接线单元、电流测量单元和分析计算单元，所述电流测量单元包括第一测量子单元、第二测量子单元和第三测量子单元；

所述测量接线单元，用于选择杆塔接地装置的一个塔脚作为测量点，杆塔接地装置的另外三个塔脚的接地线均与杆塔架构断开连接，四个塔脚的接地线连接形成引下线；

所述电流测量单元，用于在三种接线方式下通过功率源施加不同的电压激励信号，采用电流测量单元测量所述杆塔接地装置的电流，得到三组电流测量值；

所述分析计算单元，用于根据三组电流测量值分析计算得到所述杆塔接地装置的接地电阻值；

所述第一测量子单元，用于将所述引下线与一个所述塔身短接，在所述塔身上施加第一电压激励信号，通过所述电流测量单元测量所述引下线的电流、位于所述引下线上方所述塔身的电流、位于所述引下线下方所述塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第一组电流测量值；

所述第二测量子单元，用于将与测量点对应塔脚的接地线与塔身之间施加第二电源激励电势信号，通过所述电流测量单元测量位于所述引下线上方所述塔身的电流、位于所述引下线下方所述塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第二组电流测量值；

所述第三测量子单元，用于将所述引下线与一个所述塔身断开，在所述塔身上施加第三电压激励信号，通过所述电流测量单元测量位于所述引下线上方所述塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第三组电流测量值。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质用于存储计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法。

本发明还提供一种终端设备，包括处理器以及存储器：

所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

1.该杆塔接地装置的接地电阻测试方法通过在三种接线方式以及不同电压激励信号下，采用非接触式的电流测量单元测量杆塔接地装置的电流，得到三组电流测量值，对三组电流测量值进行分析计算得到杆塔接地装置的接地电阻。该杆塔接地装置的接地电阻测试方法采用三种接线方式测量过程中屏蔽了互电阻的影响，使得得到的杆塔接地装置的接地电阻值数据准确，解决了现有难于测量杆塔接地电阻且测量的电阻值数据不准确的技术问题。该接地电阻测试装置对杆塔接地装置的接地电阻测量过程中无需现场布线，非接触式测量使得操作简单，易于现场实施。

2.该杆塔接地装置的接地电阻测试系统通过电流测量单元在三种接线方式以及不同电压激励信号下，采用非接触式的电流测量单元测量杆塔接地装置的电流，得到三组电流测量值，分析计算单元对三组电流测量值进行分析计算得到杆塔接地装置的接地电阻。该杆塔接地装置的接地电阻测试系统采用三种接线方式测量过程中屏蔽了互电阻的影响，使得得到的杆塔接地装置的接地电阻值数据准确，解决了现有难于测量杆塔接地电阻且测量的电阻值数据不准确的技术问题。该接地电阻测试装置对杆塔接地装置的接地电阻测量过程中无需现场布线，非接触式测量使得操作简单，易于现场实施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法的步骤流程图。

图2为本发明实施例所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法接地电阻测试装置的框架图。

图3为本发明实施例所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法的杆塔接地装置的第一多端网络电路模型图。

图4为本发明实施例所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法杆的塔接地装置的第二多端网络电路模型图。

图5为本发明实施例所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法的杆塔接地装置的第三多端网络电路模型图。

图6为本发明实施例所述的杆塔接地装置中电阻受自然接地体的影响示意图。

图7为本发明实施例所述的杆塔接地装置自然接地体时的钳表法测量原理图。

图8为本发明实施例中所述的杆塔接地装置的多端口网络图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

目前输电线路上的相关的设计、交接验收和预防性试验标准和规程，均要求测量工频接地电阻的测量，而杆塔接地电阻的准确测量，是了解杆塔接地装置运行状态和性能评价的主要手段，不仅为雷击跳闸故障分析提供依据，更为输电线路防雷反错的制订和校核提供基础数据，可以说，杆塔接地装置接地电阻的准确测量，成为架空输电线路防雷工作的基础中的基础。

然而，在很多输电线路雷击跳闸故障分析中，如喀斯特岩石地带等高土壤电阻率地区实测的杆塔接地装置接地电阻只有数Ω，甚至不足1Ω，与实际情况严重不符，给事故分析和线路防雷改造等反错的制订带来了困难，防雷改造更是难以做到有的放矢；而缺乏准确的基础数据，使得输电线路的防雷仿真计算的有效性大打折扣。

目前对于杆塔接地装置接地电阻的测量采用的方法有三极法，但是由于三极法测试较为繁琐，测试劳动强度较大，尤其是山区等地形复杂的地区，布线非常困难。因此，近年来出现了基于单钳型回路电阻测试仪的原理测试杆塔接地电阻的方法，与三极法的物理意义明晰不同，钳表法是基于回路电阻接近接地电阻的近似方法得到接地电阻值，而且只适用于有架空避雷线且多基杆塔避雷线直接接地的架空输电线路杆塔接地装置特定场合，测试原理和方法参见电力行业标准DL/T 887-2004《杆塔工频接地电阻测量》。其特点是，无须布置辅助电极(电流极和电压极)，不用全部断开杆塔接地螺栓连接，不需布放电压、电流辅助测量线，因而测量作业简单。

对于杆塔接地装置电阻测量，电力行业标准DL475-2017《接地装置特性参数测量导则》要求采用三极法，并以三极法测量结果作为基准；钳表法虽然简便，但只能作为辅助性的测量方法，且以三极法的比对作为使用前提，当对测试结果有疑义时应采用三极法验证。三极法虽然是一个原理性方法，但在应用中，也存在以下问题：一是接地装置的隐蔽工程特征，使得延长接地线的位置无法知晓，杆塔接地装置一般为围绕四个塔脚的口字型网格，加上四根延长接地线，由于现场地形条件的复杂性，延长接地线的实际施工多根据现场条件灵活选择，可能造成测试用的电压极和电流极就布置在接地装置的延长接地射线附近，造成测量误差很大。二是布线长度难以满足测量要求，由于延长接地线的位置和长度的不确定性，造成接地装置的尺寸估计不准确。实测中电流极和电压极的布线长度基于接地装置的尺寸，且现场布线路经的局限性，往往造成布线长度不足，测量结果偏小。三是布线困难，因输电线路多沿着山地架设，杆塔多在山头上，周围不是草丛树林，就是岩石陡坡，现场布线非常困难。

因此，测量杆塔接地电阻的三极法操作性较差，基层单位采用三极法进行测量的意愿并不高，此外三极法的实施也需要一定的测试经验，因此由基层班组测量的准确性更是无法保证。

而钳表法具有仪器简单，操作方便，测试方法简单的优点，更重要的是，该方法无需放线，劳动强度低，相对三极法，其优势非常显著，因此受到基层单位的广泛欢迎，迅速推广应用。由于钳表法实际上是测量回路电阻，在一定条件下才近似为所测杆塔接地网的接地电阻，其原理上存在很大的局限性，可能导致在现场测量中往往会因为现场复杂的环境而致使测试数据严重失真，因此，钳表法有严格的使用条件，除了原理上要求测试极必须有多基杆塔并联回路外，重要的是，该回路上不应再有其他支路，具体地说，杆塔自然接地体与被测接地装置之间没有电气导通，即上述回路中不应再有自然接地体等其它支路，否则会影响测量的准确性。在实际测量中，由于与被测杆塔接地网并联的塔身基础的自然接地电阻一般都不足够大(在一百Ω数量级)，尤其在雨后或雨季土壤湿润的条件下更低，造成对测试电流的分流将直接影响测量结果的正确性，这是钳表法应慎用甚至禁用的原因之一。

钳表法测量杆塔接地电阻时的局部(被测杆塔引下线位置)示意图如图6所示，转化为图7所示的测试原理图。当R_H和R_O之和(称为“杆塔自然接地体与接地装置互电阻”，与R_j+ΔR为并联关系)与R_j同数量级或更小时，分走的电流较多，对测量结果影响较大，当地脚螺栓与基础钢筋笼直接连接时(R_O＝0)，自然接地体对测量结果影响更大；现场存在杆塔基础钢筋笼与接地装置直接焊接的情况(R_H＝0)，若同时地脚螺栓与基础钢筋笼也直接连接，则会出现测试结果小于1Ω的情况，实质为接地引下线、地脚螺栓、钢筋笼的金属回路电阻。在雨后或雨季土壤湿润的条件下杆塔自然接地体与接地装置互电阻减小明显，将直接影响测量结果的正确性。可见，因未考虑杆塔自然接地体及其与杆塔接地装置之间的互电阻形成的分流，导致接地电阻测量结果存在原理性误差。其中，R_j为杆塔接地装置的接地电阻(自有对地电阻)；R_H为多基杆塔并联电阻。

综上所述，现有杆塔接地电阻测量方法中，三极法操作性差，实际测量误差较大；钳表法未考虑杆塔自然接地体及其与杆塔接地装置之间的互电阻形成的分流，导致接地电阻测量结果存在较大的原理性误差。

输电杆塔接地装置的电路模型，可等效为图8所示的一个多端口网络，其中，R_E为接地装置的接地电阻，Re为杆塔自然接地体的接地电阻，R_H为接地装置与自然接地体的等效互电阻，R_He为自然接地体之间的等效互电阻，ΔR为与被测杆塔相连的其他接地极的并联等效电阻，当并联支路足够多时，ΔR足够小可忽略。对于输电杆塔接地电阻测试来说，主要是杆塔接地装置的接地电阻R_E的大小，而杆塔自然接地体接地电阻Re和接地装置与自然接地体的互电阻R_H则是影响R_E测量准确性的两大因素，Re和R_H形成的分流支路是钳表法测量值与接地装置接地电阻真实值相差较远的主要原因。随着地下潮湿程度不同，水泥基础劣化程度不同，Re都会发生变化，是一个受多因素影响的不稳定的等效接地电阻；R_H在地下，看不见摸不着，而且是一个分布参数，其大小取决于地下土壤介质的状态、土壤潮湿程度、接地装置与自然接地体之间的间隔距离等，也是受多因素影响的不稳定的等效连通电阻。

为了实现杆塔接地电阻的准确测量，基于如图8所示的多端网络电路模型的杆塔接地装置，本申请实施例提供了一种杆塔接地装置的接地电阻测试方法、系统及终端设备，对杆塔接地装置中各参数进行测量，在不同接线方式下施加电压激励，用状态参量法获得多端口网络在不同激励情况下的内部响应的测量值，从而解析计算杆塔接地装置中内部状态参量的具体值，获得准确的杆塔接地装置的接地电阻值，能够对输电线路的杆塔接地装置的状态做出准确评价，用于解决了现有难于测量杆塔接地电阻且测量的电阻值数据不准确的技术问题。

实施例一：

图1为本发明实施例所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法的步骤流程图，图2为本发明实施例所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法接地电阻测试装置的框架图，图3为本发明实施例所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法的杆塔接地装置的第一多端网络电路模型图，图4为本发明实施例所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法的杆塔接地装置的第二多端网络电路模型图，图5为本发明实施例所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法的杆塔接地装置的第三多端网络电路模型图。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供了一种杆塔接地装置的接地电阻测试方法，应用于输电杆塔上，采用接地电阻测试装置测试杆塔接地装置的电流，杆塔接地装置包括杆塔架构，杆塔架构至少包括四个塔脚和塔身，接地电阻测试装置包括控制运算显示单元10以及与控制运算显示单元10连接的功率源20和电流测量单元30；该杆塔接地装置的接地电阻测试方法包括以下步骤：

S1.选择杆塔接地装置的一个塔脚作为测量点，杆塔接地装置的另外三个塔脚的接地线均与杆塔架构断开连接，四个塔脚的接地线连接形成引下线；

S2.在三种接线方式下通过功率源施加不同的电压激励信号，采用电流测量单元测量杆塔接地装置的电流，得到三组电流测量值；

S3.根据三组电流测量值分析计算得到杆塔接地装置的接地电阻值；

其中，在S2中，得到三组电流测量值具体包括：

S21.引下线与一个塔身短接，在塔身上施加第一电压激励信号，通过电流测量单元测量引下线的电流、位于引下线上方塔身的电流、位于引下线下方塔身的电流以及其余三个塔身的电流，得到第一组电流测量值；

S22.与测量点对应塔脚的接地线与塔身之间施加第二电源激励电势信号，通过电流测量单元测量位于引下线上方塔身的电流、位于引下线下方塔身的电流以及其余三个塔身的电流，得到第二组电流测量值；

S23.引下线与一个塔身断开连接，在塔身上施加第三电压激励信号，通过电流测量单元测量位于引下线上方塔身的电流以及其余三个塔身的电流，得到第三组电流测量值。

在本发明实施例的步骤S1中，主要是对杆塔接地装置测试接地电阻前的作的接线准备。

在本发明实施例的步骤S2中，基于步骤S1接线的基础上，如图3所示，将杆塔接地装置等效多端口网络，在三种不同接线方式下施加电压激励信号，测量杆塔接地装置响应分布以及参量状态，得到基于不同激励情况下状态参量的电流测量值。

在本发明实施例的步骤S21中，如图3所示，先将引下线与塔身短接，从塔身施加电压激励信号E₁，测量多端口网络内部电流，即是引下线的电流I₁₁、位于引下线上方塔身的电流I₁₂、位于引下线下方塔身的电流I₁₃以及其余三个塔身的电流I₁₄，此接线状态的杆塔接地装置可以屏蔽互电阻的影响，所测电流主要反映杆塔接地装置与自然接地体自身接地电阻。

需要说明的是，将测量点塔脚的引下线与塔身短接，用功率源20从接地线上部的塔身施加电压激励信号E₁，用电流测量单元30的钳口测量的电流包括：流过该引下线的电流I₁₂，用电流测量单元30的空心线圈测量引下线上方的塔身的电流I₁₁、引下线下方的塔身的电流I₁₃和其余三个塔身的电流I₁₅，此接线状态的杆塔接地装置可以屏蔽互电阻的影响，所测电流主要反映杆塔接地装置与自然接地体自身接地电阻。其中，电流测量单元30的空心线圈数量足够(最多需要5个)，则同时测量保持功率源激励稳定，确保测量的电流测量值的准确。

在本发明实施例的步骤S22中，如图4所示，将与选定测量点对应塔脚的引下线与塔身之间施加电压激励信号E₂，测量多端口网络内部电流包括：位于引下线上方塔身的电流I₂₁、位于引下线下方塔身的电流I₂₃和I₂₅以及其余三个塔身的电流I₂₆，此接线状态的杆塔接地装置可以从分流电流测量值反映互电阻的影响。

在本发明实施例的步骤S23中，如图5所示，将引下线与塔身断开连接，在塔身上施加电压激励信号E₃，测量多端口网络内部电流包括：位于引下线上方塔身的电流I₃₁和其余三个塔身的电流I₃₄，此接线状态的杆塔接地装置可以获得自然接地体的接地电阻。

在本发明实施例的步骤S3中，在控制运算显示单元10中，对于上述三种接线方式获得的三组电流测量值，列出状态方程，解析计算得到杆塔接地装置中所有独立参数的具体值，获得杆塔接地装置的接地电阻值。

需要说明的是，控制运算显示单元10主要是用于控制功率源20和电流测量单元30协同工作，对电流测量单元30采集的电流数据进行分析、计算。在本实施例中，控制运算显示单元10为状态参量采集计算单元，能采集杆塔接地装置在不同激励状态下的响应信号，并计算出杆塔接地装置内部的电路参数，为输电线路的杆塔接地装置的状态评估提供准确的数据。

在本实施例中，如图3可知，对第一组电流测量值的分析具体为：电阻R_H两端等电位，因此该支路为短路状态，根据电路的KCL(基尔霍夫电流定律)与KVL(基尔霍夫电压定律)定理，分析多端口网络内的节点电流与回路电压主要的节点分别为A1、B1、C1和D1，主要的网孔为①、②和③。

根据KCL定理，节点A1、B1、C1和D1的电流分别如下：

可以直接测量的电流为I₁₁，I₁₂，I₁₃与I₁₅，于是可以计算得到的电流I₁₄与I₁₆，如下：

I₁₄＝I₁₃-I₁₅

I₁₆＝I₁₁-I₁₅

再根据KVL定理，网孔①、②和③的电压方程分别如下：

由于电压激励信号E1的电压及各支路的电流可以测量或计算得到，则可求得的电阻参量与关系比例如下：

上述计算公式得到R_He的值，还可以得到R_E与R_e的比例关系，用来间接计算R_E或R_e。

以上方程组还可以进一步简化，当远端多级杆塔的并联电阻可以忽略时(ΔR＝0)，Re求解对应的方程可以简化，从而得到如下结果：

基于此计算结果以及R_E与R_e的比例关系，可以进一步计算得到R_E：

由第一组电流测量值可以得到电阻R_He、R_e和R_E的电阻值。R_He是通过直接测量的电压、电流计算得到的，其可信度较高；但R_e和R_E均通过间接计算得到，其误差可能较大，由此需要经过步骤S22和步骤S23得到的电阻参数进行对比校核。

如图4可知，对第二组电流测量值的分析具体为：主要的节点为A2、B2和C2，主要的网孔为①、②和③。根据KCL，节点A2、B2和C2的电流分别如下：

可以直接测量的支路电流为I₂₁、I₂₅和I₂₆，而I₂₂、I₂₃和I₂₄需要通过线性方程求解才能得到。由于独立测量的支路电流数量只有3个，而未知变量也有三个，通过矩阵变换，发现I₂₂、I₂₃和I₂₄的解不唯一，具体地：

将上式的方程组，变形为AX＝0；

再对矩阵A通过初等行变换，可得解的关系式，如下

其中矩阵A中的每一列代表为，I＝(I₂₁、I₂₂、I₂₃、I₂₄、I₂₅、I₂₆)得系数，

矩阵(1)式，将第2行与3行，加到第1行，可得到矩阵(2)式

再将第3行乘以-2，加到第一行，得到矩阵(3)式，

最后将第3行乘以(-1)，得到矩阵(4)式，

行变换后的矩阵(4)，可得解为，式子(5)，

通过矩阵(4)，可知矩阵A的秩为3，r(A)＝3<6，则有无穷解。

根据电路的KVL，其网孔①、②和③的电压方程分别如下：

通过KVL方程可以解得：

以上方程组，由于电流I₂₂，I₂₃，I₂₄没有确定的解，需要进一步简化才能求解相关参数。

当远端多级杆塔的并联电阻可以忽略时(ΔR＝0)，从图4中可以得出，短路的支路有R_He与R_e,于是，对应的KCL方程组可简化如下：

可以直接测量的支路电流为I₂₁与I₂₅，通过计算可以得到I₂₂，I₂₂＝I₂₁-I₂₅。

再根据电路的KVL，其网孔的①和②，其方程如下；

由于电压激励信号E2的电压及各支路的电流可以测量或计算得到，则可求得的电阻参量如下：

由第二组电流测量值计算得到电阻R_H和R_E的电阻值。

如图5可知，对第三组电流测量值的分析具体为：主要的节点为A3、B3和C3，主要的网孔为①、②和③；

根据KCL，节点A3、B3和C3的电流方程分别如下：

可以直接测量的支路电流为I₃₁与I₃₄。

根据KVL，网孔①、②和③的电压方程组如下：

可以直接计算得到R_He的电阻值。

其余电阻不能直接计算得到，需要进一步化简。在本实施例中，在塔身上施加不同的电压激励信号，对应的之路电流也不同，但在不同激励状态下，接地电阻参量不会改变，因此可以用第一组电流测量值或第二组电流测量值计算得到的电阻R_H、R_E的电阻值参与以上方程的运算，才能进一步求解。当远端多级杆塔的并联电阻可以忽略时(ΔR＝0)，网孔的节点②的电压可以简化为：I₃₂×(R_H+R_E)＝E₃。由于E₃已知，R_H、R_E通过第二组电流测量值可以计算得到，从而可以间接计算出I₃₂，进一步，电流I₃₁、I₃₄由测量获得，电流I₃₂由计算获得，从而可以计算出电流I₃₃；最后，可以通过E₃与I₃₃计算出R_e＝E₃/I₃₃。

在本实施例中，基于第一组电流测量值、第二组电流测量值和第三组电流测量值这三组电流测量值计算得到电阻R_E、R_e、R_H、R_He的电阻值，从而得到杆塔接地装置的接地电阻值。

本发明提供的一种杆塔接地装置的接地电阻测试方法通过在三种接线方式以及不同电压激励信号下，采用非接触式的电流测量单元测量杆塔接地装置的电流，得到三组电流测量值，对三组电流测量值进行分析计算得到杆塔接地装置的接地电阻。该杆塔接地装置的接地电阻测试方法采用三种接线方式测量过程中屏蔽了互电阻的影响，使得得到的杆塔接地装置的接地电阻值数据准确，解决了现有难于测量杆塔接地电阻且测量的电阻值数据不准确的技术问题。该接地电阻测试装置对杆塔接地装置的接地电阻测量过程中无需现场布线，非接触式测量使得操作简单，易于现场实施。

需要说明的是，该杆塔接地装置的接地电阻测试方法需要现场通过转换接线，以及电压激励信号和测量点，依次实现三种接线方式下获得相应状态的电流测量值，具有测量简单，易操作的优点，避免了三极法在现场布置电流极和电压极，以及相应的电流线和电压线带来的测量困难和测量误差，而且也避免了钳表法存在的杆塔自然接地体自电阻和互电阻分流带来的原理性误差，从而能够准确地测量杆塔接地装置的接地电阻。

在本发明的一个实施例中，功率源20用于通过感应耦合或直接接触给杆塔接地装置提供电压激励信号。

需要说明的是，功率源20也称为电压激励单元或感应电势激励单元，用于对杆塔接地装置通过感应耦合或者直接接触施加能量足够大的电压激励信号。

在本发明的一个实施例中，该杆塔接地装置的接地电阻测试方法还包括：用于提供频率为50Hz～1kHz电压激励信号的功率源20。

需要说明的是，功率源20(电压激励源)通过降低激励信号的频率和使用功率放大电路，在测量回路中感应出更大的电流信号，其频率在50Hz～1kHz之间，可以避开工频，又可以让测量结果更接近工频，提高测量结果工频等效性。功率源20还具有功率放大功能，在对杆塔接地装置测量过程中通过功率放大，大幅提高感应信号的能量，在测量回路中感应出10mA以上量级的测量电流，提高信噪比。在本实施例中，功率源20有直接输出模式和耦合输出模式，输出频率范围50Hz～1kHz，最大输出电流位300mA，耦合输出模式的功率源20具有大口径钳口，满足在杆塔金属架构上施加感应电势的要求。

在本发明的一个实施例中，电流测量单元30用于测量杆塔接地装置的电流；电流测量单元30采用钳表法测试仪测量引下线的电流；电流测量单元30还采用空心线圈环绕塔身或塔脚构成闭合回路，电流测量单元30通过测量闭合回路中流过空心线圈的电流得到测量塔身的电流。

需要说明的是，电流测量单元30，即为感应电流测量单元，用于在杆塔接地装置不同位置测量感应电流，具有足够高的灵敏度，具有抗现场干扰的能力。

在本发明的一个实施例中，该杆塔接地装置的接地电阻测试方法还包括：非接触式测量方式的电流测量单元30，电流测量单元30上设置有带铁芯的钳口和空心线圈。

需要说明的是，电流测量单元30为非接触式测量方式的测量设备，测量设备上配带有铁芯的钳口以及空心线圈。空心线圈即是柔性罗哥夫斯基线圈，用于金属架构电流测量。具有钳口的电流测量单元30用于引下线支路电流测量。在本实施例中，由于杆塔架构中的塔身和塔脚截面积较大，电流测量单元30需要用柔性罗哥夫斯基线圈环绕塔身或塔脚，构成闭合回路，用于测量流过闭合回路的电流；而且，为了提高电流测量准确度，可以绕若干圈，测量结果除以圈数得到电流值。

在本发明的一个实施例中，钳口上设置有三重磁屏蔽层，能有效隔离或减弱电压钳口中的同频干扰以及外部环境中的电磁干扰，提高测量数据的准确性。

需要说明的是，现有钳表大多不用屏蔽层或只有一层屏蔽，在实际测量中流钳口极易受到外界电磁场的影响，尤其是当靠近电压钳口时，耦合到的干扰会使感应信号严重失真。本申请实施例的电压测量单元30中的钳口采用多重屏蔽层的设计，能有效隔离或减弱电压钳口中的同频干扰以及外部环境中的电磁干扰。然而，为获得较高的屏蔽性能而使用导磁率较高的材料，在输电线路的强磁场环境中容易饱和，选择不容易饱和的材料，其导磁率又较低，达不到屏蔽的要求。为解决这一矛盾，采用三重磁屏蔽层结构，具体地，第一层磁屏蔽层选用高饱和磁通低导磁率材料，将干扰磁场强度衰减到较低的水平；第二层磁屏蔽层采用低饱和磁通高导磁率材料，起主要的屏蔽作用。第三层再采用高导电率层，用于实现电场屏蔽。屏蔽材料电阻越小产生的涡流电流越大，反磁场就越大，其屏蔽效果越好。同时，良导体对低频电场有较大的反射损耗。各屏蔽层分别接不同的地，之间需要隔开空气或者填充其他绝缘介质。

实施例二：

本发明实施例还提供一种杆塔接地装置的接地电阻测试系统，应用于输电杆塔上，采用接地电阻测试装置测试杆塔接地装置的电流，杆塔接地装置包括杆塔架构，杆塔架构至少包括四个塔脚和塔身，该杆塔接地装置的接地电阻测试系统包括测量接线单元、电流测量单元和分析计算单元，电流测量单元包括第一测量子单元、第二测量子单元和第三测量子单元；

测量接线单元，用于选择杆塔接地装置的一个塔脚作为测量点，杆塔接地装置的另外三个塔脚的接地线均与杆塔架构断开连接，四个塔脚的接地线连接形成引下线；

电流测量单元，用于在三种接线方式下通过功率源施加不同的电压激励信号，采用电流测量单元测量杆塔接地装置的电流，得到三组电流测量值；

分析计算单元，用于根据三组电流测量值分析计算得到杆塔接地装置的接地电阻值；

第一测量子单元，用于将引下线与一个塔身短接，在塔身上施加第一电压激励信号，通过电流测量单元测量引下线的电流、位于引下线上方塔身的电流、位于引下线下方塔身的电流以及其余三个塔身的电流，得到第一组电流测量值；

第二测量子单元，用于将与测量点对应塔脚的接地线与塔身之间施加第二电源激励电势信号，通过电流测量单元测量位于引下线上方塔身的电流、位于引下线下方塔身的电流以及其余三个塔身的电流，得到第二组电流测量值；

第三测量子单元，用于将引下线与一个塔身断开，在塔身上施加第三电压激励信号，通过电流测量单元测量位于引下线上方塔身的电流以及其余三个塔身的电流，得到第三组电流测量值。

在本发明实施例中，实施例二系统中单元是对应实施例一方法中步骤设置的，实施例一方法中的步骤已经详细阐述了，再此对于实施例二系统中的单元不再详细阐述。

本发明提供的一种杆塔接地装置的接地电阻测试系统通过电流测量单元在三种接线方式以及不同电压激励信号下，采用非接触式的电流测量单元测量杆塔接地装置的电流，得到三组电流测量值，分析计算单元对三组电流测量值进行分析计算得到杆塔接地装置的接地电阻。该杆塔接地装置的接地电阻测试系统采用三种接线方式测量过程中屏蔽了互电阻的影响，使得得到的杆塔接地装置的接地电阻值数据准确，解决了现有难于测量杆塔接地电阻且测量的电阻值数据不准确的技术问题。该接地电阻测试装置对杆塔接地装置的接地电阻测量过程中无需现场布线，非接触式测量使得操作简单，易于现场实施。

实施例三：

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机存储介质用于存储计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法。

实施例四：

本发明实施例还提供一种终端设备，包括处理器以及存储器：

存储器，用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器，用于根据程序代码中的指令执行上述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法。

示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在设备中的执行过程。

设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，并不构成对设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以是计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。存储器也可以是计算机设备的外部存储设备，例如计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、方法和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种杆塔接地装置的接地电阻测试方法，应用于输电杆塔上，采用接地电阻测试装置测试杆塔接地装置的电流，所述杆塔接地装置包括杆塔架构，所述杆塔架构至少包括四个塔脚和塔身，其特征在于，所述接地电阻测试装置包括控制运算显示单元以及与所述控制运算显示单元连接的功率源和电流测量单元；该杆塔接地装置的接地电阻测试方法包括以下步骤：

S1.选择杆塔接地装置的一个塔脚作为测量点，杆塔接地装置的另外三个塔脚的接地线均与杆塔架构断开连接，四个塔脚的接地线连接形成引下线；

S2.在三种接线方式下通过所述功率源施加不同的电压激励信号，采用所述电流测量单元测量所述杆塔接地装置的电流，得到三组电流测量值；

S3.根据三组电流测量值分析计算得到所述杆塔接地装置的接地电阻值；

其中，在S2中，得到三组电流测量值具体包括：

S21.将测量点对应的所述塔身与所述引下线短接，在该塔身上施加第一电压激励信号，通过所述电流测量单元测量所述引下线的电流、位于所述引下线上方该塔身的电流、位于所述引下线下方该塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第一组电流测量值；

S22.与测量点对应塔脚的接地线与塔身之间施加第二电源激励信号，通过所述电流测量单元测量位于所述引下线上方所述塔身的电流、位于所述引下线下方所述塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第二组电流测量值；

S23.将测量点对应的所述塔身与所述引下线断开，在该塔身上施加第三电压激励信号，通过所述电流测量单元测量位于所述引下线上方该塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第三组电流测量值。

2.根据权利要求1所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法，其特征在于，所述功率源用于通过感应耦合或直接接触给杆塔接地装置提供电压激励信号。

3.根据权利要求1所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法，其特征在于，所述电流测量单元用于测量所述杆塔接地装置的电流；

所述电流测量单元采用钳表法测试仪测量所述引下线的电流；

所述电流测量单元还采用空心线圈环绕所述塔身或所述塔脚构成闭合回路，所述电流测量单元通过测量所述闭合回路中流过所述空心线圈的电流得到测量所述塔身的电流。

4.根据权利要求3所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法，其特征在于，所述钳表法测试仪的频率为1～3kHz。

5.根据权利要求1所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法，其特征在于，还包括：用于提供频率为50Hz～1kHz电压激励信号的功率源。

6.根据权利要求1所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法，其特征在于，还包括：非接触式测量方式的所述电流测量单元，所述电流测量单元上设置有带铁芯的钳口和空心线圈。

7.根据权利要求6所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法，其特征在于，所述钳口上设置有三重磁屏蔽层。

8.一种杆塔接地装置的接地电阻测试系统，应用于输电杆塔上，采用接地电阻测试装置测试杆塔接地装置的电流，所述杆塔接地装置包括杆塔架构，所述杆塔架构至少包括四个塔脚和塔身，其特征在于，该杆塔接地装置的接地电阻测试系统包括测量接线单元、电流测量单元和分析计算单元，所述电流测量单元包括第一测量子单元、第二测量子单元和第三测量子单元；

所述测量接线单元，用于选择杆塔接地装置的一个塔脚作为测量点，杆塔接地装置的另外三个塔脚的接地线均与杆塔架构断开连接，四个塔脚的接地线连接形成引下线；

所述电流测量单元，用于在三种接线方式下通过功率源施加不同的电压激励信号，采用电流测量单元测量所述杆塔接地装置的电流，得到三组电流测量值；

所述分析计算单元，用于根据三组电流测量值分析计算得到所述杆塔接地装置的接地电阻值；

所述第一测量子单元，用于将测量点对应的所述塔身与所述引下线短接，在该塔身上施加第一电压激励信号，通过所述电流测量单元测量所述引下线的电流、位于所述引下线上方该塔身的电流、位于所述引下线下方该塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第一组电流测量值；

所述第二测量子单元，用于将与测量点对应塔脚的接地线与塔身之间施加第二电源激励信号，通过所述电流测量单元测量位于所述引下线上方所述塔身的电流、位于所述引下线下方所述塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第二组电流测量值；

所述第三测量子单元，用于将测量点对应的所述塔身与所述引下线断开，在该塔身上施加第三电压激励信号，通过所述电流测量单元测量位于所述引下线上方该塔身的电流以及其余三个所述塔身的电流，得到第三组电流测量值。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-7任意一项所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法。

10.一种终端设备，其特征在于，包括处理器以及存储器：

所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1-7任意一项所述的杆塔接地装置的接地电阻测试方法。

Images