CN112485533A - 基于引下线伏安特性的接地电阻测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于引下线伏安特性的接地电阻测量方法，本方法利用电压互感器将电压感应至引下线，再利用电流互感器采集引下线上的电流值，列写方程，并将方程整理为各引下线电压电流比值关系，求解得到待求量。本方法对于多引下线接地系统，可以便捷的实现接地极接地电阻及引下线电阻的综合测量。若某一接地引下线断开，系统能够实现判断并且不影响方程的求解。若电路中某参数为阻抗形式，该方法仍然适用。

Description

基于引下线伏安特性的接地电阻测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于引下线伏安特性的接地电阻测量方法，主要应用于建筑及输电线路接地电阻测量领域。

背景技术

在多引下线系统接地电阻测量方面，主要体现在以下几个方面：

1.对于含有架空地线或者多引下线接地系统，回路法测量接地电阻是符合国家标准和行业规范的，操作便捷。测量时，将引下线钳入钳口，钳形表通过电压互感器感应至引下线确定的电压信号，再通过电流互感器读取电流信号，其比值即为回路电阻。对于含有架空地线或者多引下线接地系统，其回路电阻即认为是接地电阻值。但若多引下线连接同一接地极，则该接地极的接地电阻值无法测量。

2.多引下线接地系统中，各引下线也存在电阻值，在实际工程中，其阻值计入接地极接地电阻中，但多引下线接地系统各引下线之间存在联结关系，在目前的操作中不能体现引下线接地电阻对于总体接地系统的影响。

3.对于多引下线连接同一接地极的接地系统，钳形表只可测量各引下线的导通状态，其测量数值不能体现接地系统的接地性能，在实际应用中存在较普遍的误操作现象。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于引下线伏安特性的接地电阻测量方法，对于多引下线接地系统，可以便捷的实现接地极接地电阻及引下线电阻的综合测量。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于引下线伏安特性的接地电阻测量方法，包括以下步骤：

S01)、构建接地电阻测量电路：

接地电阻测量电路包括控制器、正弦电压产生电路和电流检测电路，正弦电压产生电路用于向接地系统的多条引下线施加测量电压，电流检测电路检测测量电压在引下线产生的电流，并反馈至控制器；

S02)、列写伏安特性方程：

首先构建接地系统等效电路，设接地系统有N条引下线，将N条引下线视为N个并联的支路，N条引下线通过接地体接地，N条引下线的等效电阻为R₁～R_N，接地体等效电阻值为R_g，测量时，正弦电压产生电路对N条引下线施加的测量电压为U₁～U_N，各引下线电流为I₁～I_N，接地体两端电压为U，则根据伏安特性有：

U_i＝I_iR_i+IR_g (1)，

两端均除以I_i，有：

整理得：

对于N条支路，上式相加，可得

公式(4)中，

则公式(4)即为：

公式(5)即为列写的伏安特性方程；

S03)、求解接地电阻：

接地系统中，引下线等效电阻R₁～R_N和接地体等效电阻值为R_g为被求量，共计N+1个未知量，利用正弦电压产生电路对接地系统施加N+1组测量电压，电流测量电路测量每组测量电压在接地系统产生的电流，从而得到N+1个伏安特性方程，求解得到各引下线等效电阻R₁～R_N和接地体等效电阻值为R_g。

进一步的，接地电阻测量电路还包括相位检测电路，相位检测电路对测量的电流数据进行相位检测，若被测量包括阻性部分和感性部分，电流检测电路将电流的大小和相位一起反馈至控制器，控制器根据反馈计算接地回路阻抗值。

进一步的，计算过程中，若某引下线故障，则在列写伏安特性方程时不再考虑该支路，方程数量依次减少，该方法仍然适用。

进一步的，步骤S03施加的N+1组测量电压线性无关，N+1个伏安特性方程相互独立。

进一步的，通过钳表检测U_i/I_i，并且将检测值发送给控制器进行计算。

本发明的有益效果：

对于多引下线接地系统，可以便捷的实现接地极接地电阻及引下线电阻的综合测量。

基于回路法，利用电压互感器将电压感应至引下线，再利用电流互感器采集引下线上的电流值，列写方程，并将方程整理为各引下线电压电流比值关系，求解得到待求量。

若某一接地引下线断开，系统能够实现判断并且不影响方程的求解。

若电路中某参数为阻抗形式，该方法仍然适用。

附图说明

图1为接地电阻测量电路的原理框图；

图2为接地电阻等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例公开一种基于结点电压法的多引下线接地电阻测量方法，本方法包括以下步骤：

S01)、构建接地电阻测量电路：

如图1所示，接地电阻测量电路包括基本系统、正弦电压产生电路、电流检测电路和相位检测电路。

基本系统由电源模块、串口模块以及主控制器MCU组成。其中电源模块负责对整个系统供电，可提供多种电压标准，必要时可提供负电压；串口模块用于将单片机的串口输出电平转换成外围设备所需要电平标准，如RS232、RS485、CAN等，方便与外围设备连接；主控制器应搭建复位电路，配备晶振并设置工作指示灯。

正弦电压产生电路用于向接地系统的多条引下线施加测量电压。该部分由信号发生模块、信号放大模块、功率放大模块组成。其中信号发生模块可由DDC芯片通过编程实现正弦波的输出，也可由主控制器输出后滤波得到，还可由主控制器DA模块或DA芯片直接输出；若上述输出电压较小，则需信号放大模块将输出电压放大至较大电压值；另外，该电路需驱动电压互感器，功率较大，无法直接连接，因此应通过功率放大电路来驱动。

电流检测电路检测测量电压在引下线产生的电流，并反馈至控制器。该部分由IV转换模块、滤波模块、交直流转换模块、AD转换模块组成。当测量接地回路电阻值时，电流数据通过电流互感器回读，电流信号应首先转换为电压值再进行测量，而回读的信号干扰较大，应对其滤波处理，滤波后该信号仍为交流电压值，无法直接测量其大小，应通过交直流转换模块将其转换为直流电压，再通过AD转换，测量其数据。

若接地回路非纯阻性负载，而影响杆塔防雷性能的是阻性部分，当测量接地回路阻抗值或者计算接地体接地电阻值时，应区分阻性部分和感性部分，必须对测量的电流数据进行相位检测，因此设置相位检测电路。相位检测电路对测量的电流数据进行相位检测，若电流包括阻性部分和感性部分，电流检测电路将阻性部分和感性部分一起反馈至控制器，控制器根据反馈计算接地回路阻抗值。

S02)、列写结点电压方程：

首先构建接地系统等效电路，如图2所示，设接地系统有N条引下线，将N条引下线视为N个并联的支路，N条引下线通过接地体接地，N条引下线的等效电阻为R₁～R_N，接地体等效电阻值为R_g，测量时，正弦电压产生电路对N条引下线施加的测量电压为U₁～U_N，各引下线电流为I₁～I_N，接地体两端电压为U，则根据电路分析，有：

I₁R₁+IR_g＝U₁，

I₂R₂+IR_g＝U₂，

……

I_nR_n+IR_g＝U_n，

即

U_i＝I_iR_i+IR_g (1)，

两端均除以I_i，有：

整理得：

对于N条支路，上式相加，可得：

而式中，

则上式即为：

公式(5)即为列写的伏安特性方程；

S03)、求解接地电阻：

接地系统中，引下线等效电阻R₁～R_N、接地体等效电阻值为R_g为被求量，共计N+1个未知量，利用正弦电压产生电路对接地系统施加N+1组测量电压，电流测量电路测量每组测量电压在接地系统产生的电流，从而得到N+1个伏安特性方程，求解得到各引下线等效电阻R₁～R_N和接地体等效电阻值为R_g。

计算过程中，若某引下线故障，则在列写伏安特性方程时不再考虑该支路，方程数量依次减少。

本实施例中，步骤S03施加的N+1组测量电压线性无关，N+1个伏安特性方程相互独立。

本实施例以N条引下线接地的接地系统为例，

利用该方法的操作步骤如下：

步骤1：利用钳表法钳入第1条引下线，获取

测量数据T₁。若T₁较大，超出接地电阻测量操作规范所规定的数值，则判断该引下线故障，认为该引下线对于整个接地系统无影响，在后续计算过程中不再考虑。若T₁较小，则初步表明该引下线状态正常，保留该数据。

步骤2：对于N条引下线，重复步骤1过程，获取全部测量数据T₂～T_N。将状态正常引下线与故障引下线分类，可分组为第1～k条引下线状态正常，第k+1～N条引下线故障。对于第1～k条引下线，保留测量数据T₁～T_k，形成k个引下线伏安特性方程。

步骤2形成的伏安特性方程只考虑一个

值，如第一个方程只考虑

其他值如

不考虑；第二个方程只考虑

其他值如

不考虑；以此类推，形成k个引下线伏安特性方程。

步骤3：对于状态正常的k条引下线，施加一组测量电压为U’₁～U’_k，记录测量各引下线电流数据I’₁～I’_k，并形成第k+1个引下线伏安特性方程。

本步骤形成的伏安特性方程考虑k个

值，因此施加一组测量电压为U’₁～U’_k只形成了一个引下线伏安特性方程。

步骤4：步骤1至步骤3所形成的k+1个方程联立，基于引下线伏安特性的接地系统测量方程组。

步骤5：利用迭代法、牛顿法等非线性方程组的求解办法求解引下线等效电阻R₁～R_k、接地体等效电阻值为R_g。

本实施例中，U_i、I_i可以通过电流互感器、电压互感器测得然后反馈至控制器，也可以由钳表检测U_i/I_i，并且将检测值发送给控制器进行计算。

本实施例所述方法对于多引下线接地系统，可以便捷的实现接地极接地电阻及引下线电阻的综合测量。基于回路法，利用电压互感器将电压感应至引下线，再利用电流互感器采集引下线上的电流值，列写方程，并将方程整理为各引下线电压电流比值关系，求解得到待求量。若某一接地引下线断开，系统能够实现判断并且不影响方程的求解。若电路中某参数为阻抗形式，该方法仍然适用。

以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.基于引下线伏安特性的接地电阻测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01)、构建接地电阻测量电路：

接地电阻测量电路包括控制器、正弦电压产生电路和电流检测电路，正弦电压产生电路用于向接地系统的多条引下线施加测量电压，电流检测电路检测测量电压在引下线产生的电流，并反馈至控制器；

S02)、列写伏安特性方程：

首先构建接地系统等效电路，设接地系统有N条引下线，将N条引下线视为N个并联的支路，N条引下线通过接地体接地，N条引下线的等效电阻为R₁～R_N，接地体等效电阻值为R_g，测量时，正弦电压产生电路对N条引下线施加的测量电压为U₁～U_N，各引下线电流为I₁～I_N，接地体两端电压为U，则根据伏安特性有：

U_i＝I_iR_i+IR_g (1)，

两端均除以I_i，有：

整理得：

对于N条支路，上式相加，可得

公式(4)中，

则公式(4)即为：

公式(5)即为列写的伏安特性方程；

S03)、求解接地电阻：

接地系统中，引下线等效电阻R₁～R_N和接地体等效电阻值为R_g为被求量，共计N+1个未知量，利用正弦电压产生电路对接地系统施加N+1组测量电压，电流测量电路测量每组测量电压在接地系统产生的电流，从而得到N+1个伏安特性方程，求解得到各引下线等效电阻R₁～R_N和接地体等效电阻值为R_g。

2.根据权利要求1所述的基于引下线伏安特性的接地电阻测量方法，其特征在于：接地电阻测量电路还包括相位检测电路，相位检测电路对测量的电流数据进行相位检测，若被测量包括阻性部分和感性部分，电流检测电路将电流的大小和相位一起反馈至控制器，控制器根据反馈计算接地回路阻抗值。

3.根据权利要求1所述的基于引下线伏安特性的接地电阻测量方法，其特征在于：计算过程中，若某引下线故障，则在列写伏安特性方程时不再考虑该支路，方程数量依次减少，该方法仍然适用。

4.根据权利要求1所述的基于引下线伏安特性的接地电阻测量方法，其特征在于：步骤S03施加的N+1组测量电压线性无关，N+1个伏安特性方程相互独立。

5.根据权利要求1所述的基于引下线伏安特性的接地电阻测量方法，其特征在于：通过钳表检测U_i/I_i，并且将检测值发送给控制器进行计算。

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