CN112505416A - 一种接地阻抗测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接地阻抗测量方法，包括：生成电流基波，生成电流基波的谐波，将谐波与电流基波进行叠加生成阻抗测量注入电流，将阻抗测量注入电流注入到待测接地装置中，测量接地装置的第一感应电压，根据第一感应电压和阻抗测量注入电流计算接地电阻值，将电流基波注入到待测接地装置中，通过电流基波测量待测接地装置的阻抗，根据接地电阻值以及阻抗计算接地阻抗。利用本发明提出的接地阻抗测量方法进行作业时，可以省略传统测量方法中，对于注入电流、检测电压的相角测量环节，可以大大提高接地阻抗的测量精度。

Description

一种接地阻抗测量方法

技术领域

本发明实施例涉及电网测试技术，尤其涉及一种接地阻抗测量方法。

背景技术

变电站接地系统为变电站内的各种电气设备提供了一个公共的参考地，在电力系统发生故障时，可以将故障电流迅速排入参考地，以控制接地网的最大电位，保证人身和设备安全。随着电力系统容量的不断增大，故障时流入地网的电流将随之增大，为保证接地网的电位不超过特定的允许值，接地网的面积可能很大，地网最大对角线长度可达上千米。长距离大跨度的接地网阻抗现场测量工作会受多方面因素的影响，测量起来比较复杂。

工频电流法是一种常用的接地阻抗测量方法，测试时，测试源输出一个非常大的工频电流，电压表检测工频大电流在地网接地阻抗上形成的电压，以此测量出接地阻抗。上述接地阻抗测量方法缺点较多，主要为其输入电流是单一的正弦波信号，通过接地阻抗产生的感应电压信号也为单一正弦波电压信号。在计算接地阻抗电阻分量及感抗分量过程中，需要电流极信号幅值，电压极感应的电压信号幅值，以及电压信号与电流信号之间的相位信息，但是在测量过程中，由于现场工况存在不同类型的干扰，电压与电流之间相位信息的精确测量和计算变的十分困难，由于接地阻抗与感抗的是通过数学公式计算所得，属于间接获得，因此较小的相角误差可以造成接地阻抗电阻分量及感抗分量较大的计算误差。

发明内容

本发明提供一种接地阻抗测量方法，以达到提高接地阻抗测量精度的目的。

本发明实施例提供了一种接地阻抗测量方法，包括：

生成电流基波，生成所述电流基波的谐波，将所述谐波与所述电流基波进行叠加生成阻抗测量注入电流，

将所述阻抗测量注入电流注入到待测接地装置中，测量所述接地装置的第一感应电压，根据所述第一感应电压和所述阻抗测量注入电流计算接地电阻值，

将所述电流基波注入到待测接地装置中，通过所述电流基波测量所述待测接地装置的阻抗模值，

根据所述接地电阻值以及所述阻抗模值计算接地阻抗。

可选的，将所述电流基波注入到待测接地装置中，通过所述电流基波测量所述待测接地装置的阻抗模值为：

将所述电流基波注入到待测接地装置中，测量所述待测接地装置的第二感应电压，获取所述电流基波的第一幅值以及所述第二感应电压的第二幅值，根据所述第一幅值以及所述第二幅值计算阻抗模值。

可选的，根据所述第一感应电压和所述阻抗测量注入电流计算接地装置值为：

对所述阻抗测量注入电流进行直线拟合生成拟合注入电流，对所述第一感应电压进行直线拟合生成拟合感应电压，根据所述拟合注入电流和所述拟合感应电压计算所述接地电阻值。

可选的，还包括对所述第一感应电压进行偏置，生成偏置感应电压，对所述偏置感应电压进行直线拟合生成所述拟合感应电压。

可选的，所述电流基波采用正弦波。

可选的，所述谐波为奇次谐波。

可选的，生成电流基波，生成所述电流基波的谐波为：

生成若干异频电流基波，生成各异频电流基波的谐波，

将所述电流基波注入到待测接地装置中，通过所述电流基波测量所述待测接地装置的阻抗模值为：

将所述异频电流基波依次注入到所述待测接地装置中，测量对应的待测接地装置的阻抗模值，获取工频下所述待测接地装置的阻抗模值。

可选的，将所述谐波与所述电流基波进行叠加生成阻抗测量注入电流为：

选择不同数量的谐波与电流基波进行叠加生成阻抗测量注入电流序列，

阻抗测量方法还包括：

将阻抗测量注入电流序列中的阻抗测量注入电流依次注入到待测接地装置中，测量待测接地装置的感应电压序列，绘制感应电压序列中压降的波形，选取感应电压序列中未出现脉冲电压的压降作为第一感应电压。

进一步的，计算接地阻抗采用的公式包括：

Z＝R+j·X

式中，R为接地电阻值，X为接地感抗，j为虚数单位。

进一步的，计算阻抗模值采用的公式为：

式中，U₀为第二感应电压的第二幅值，I₀为电流基波的第一幅值，|Z|为阻抗模值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的接地阻抗测量方法中，注入待测接地装置的电流为包含多项谐波的电流基波，通过叠加多项谐波使电流基波具备直流特性。进行接地阻抗测量时，通过波形分析可以获取电流基波的直流电流值，以及电流基波通过待测接地装置后形成电压的直流电压值，通过直流电流值和直流电压值可以直接计算得到待测接地装置的电阻值，省略了传统方法测量中，电流、电压的相角测量环节，提高了接地阻抗的测量精度。

附图说明

图1是实施例中的接地阻抗测量方法流程图；

图2是实施例中的阻抗测量注入电流波形示意图；

图3是实施例中的第一感应电压波形示意图；

图4是实施例中的另一种接地阻抗测量方法流程图；

图5是实施例中的又一种接地阻抗测量方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

本实施例提出一种接地阻抗测量方法，接地阻抗测量方法可以配置在接地阻抗测试仪中，通过接地阻抗测试仪可以完成接地阻抗测量任务，图1是实施例中的接地阻抗测量方法流程图，参考图1，其包括：

S101.生成电流基波，生成电流基波的谐波。

示例性的，本步骤中，电流基波采用正弦波，电流基波的频率可以为工频或者异频，电流基波的幅值根据待测接地装置的类型而定。

示例性的，本步骤中，电流基波的频率优选工频。

示例性的，本步骤中，谐波的个数为一个或多个，谐波的相位与电流基波的相位相同。

示例性的，本步骤中，以谐波为3次谐波为例，谐波的幅值可以通过以下方式获取：

设电流基波与谐波叠加后的表达式为：

y(t)＝A[sin(t)+ksin(3t)]

上式中，Asin(t)为电流基波，A ksin(3t)为三次谐波，设上式满足：

|y(t)|≤ε

式中，ε为设定的电流基波幅值的限制，求满足上述限制条件时，可以使A取得最大值的k的取值，该k值即为谐波的幅值。通过此种方式可以求取各次谐波的幅值。

示例性的，可以将电流基波的参数(幅值、相位、频率)与谐波的参数(幅值、相位、频率)制成数据表，便于依据数据表查询到所需的谐波。

S102.将谐波与电流基波进行叠加生成阻抗测量注入电流。

示例性的，若采用多项谐波，则阻抗测量注入电流的表达式为：

y(t)＝A₀ sin(ω₀t)+A₁sin(ω₁t)+…A_n sin(ω_nt)

式中，A₀ sin(ω₀t)为电流基波，其余项为谐波。

S103.将阻抗测量注入电流注入到待测接地装置中，测量待测接地装置的第一感应电压。

S104.根据第一感应电压和阻抗测量注入电流计算接地电阻值。

图2是实施例中的阻抗测量注入电流波形示意图，图3是实施例中的第一感应电压波形示意图，参考图2和图3，图2所示的阻抗测量注入电流为叠加了多次谐波后形成的方波，相应的，图3中第一感应电压的波形与阻抗测量注入电流的波形相对应。

示例性的，本步骤中，可以通过下式计算接地电阻值：

式中，U为根据测量的第一感应电压求取出的直流等效电压，I为根据阻抗测量注入电流表达式求取出的直流等效电流，R为接地电阻值。

S105.将电流基波注入到待测接地装置中，测量待测接地装置的第二感应电压，获取电流基波的第一幅值以及第二感应电压的第二幅值，根据第一幅值以及第二幅值计算阻抗模值。

示例性的，本步骤中，计算阻抗模值采用的公式为：

式中，U₀为第二感应电压的第二幅值，I₀为电流基波的第一幅值，|Z|为阻抗模值。

S106.根据接地电阻值以及阻抗模值计算接地阻抗。

示例性的，计算接地阻抗采用的公式为：

Z＝R+j·X

式中，R为接地电阻值，X为接地感抗，j为虚数单位。

本实施例提出的接地阻抗测量方法中，注入待测接地装置的电流为包含多项谐波的电流基波，通过叠加多项谐波使电流基波具备直流特性。进行接地阻抗测量时，通过波形分析可以获取电流基波的直流电流值，以及电流基波通过待测接地装置后形成电压的直流电压值，通过直流电流值和直流电压值可以直接计算得到待测接地装置的电阻值，省略了传统方法测量中电流、电压的相角测量环节，提高了接地阻抗的测量精度。

示例性的，步骤S104中，根据第一感应电压和阻抗测量注入电流计算接地电阻值可以为：

S1041.对第一感应电压进行直线拟合生成拟合感应电压，对阻抗测量注入电流进行直线拟合生成拟合注入电流。

示例性的，对第一感应电压进行直线拟合时，可以首先对测量获取的第一感应电压进行数据采样，再利用采样数据，通过拟合算法(例如最小二乘法)计算设定的直线方程中的未知数，进行得到拟合感应电压的表达式。

对阻抗测量注入电流进行直线拟合生成拟合注入电流的过程与对第一感应电压进行直线拟合的过程相同。

示例性的，本步骤中，对第一感应电压进行直线拟合之前，还可以首先对第一感应电压进行偏置，生成偏置感应电压，再对偏置感应电压进行直线拟合生成拟合感应电压。

示例性的，由于接地阻抗测试仪中电子元器件的固有特性，或测量时的外界干扰，测量获取的第一感应电压相对于实际值存在一定的整体偏差，因此在对第一感应电压进行直线拟合之前，首先消除第一感应电压的偏置值，可以提高接地装置测量计算的精度。

示例性的，偏置值的实际数值可以通过试验获取，也可以通过滤波的方式减小偏置。

S1042.根据拟合注入电流和拟合感应电压计算接地电阻值。

示例性的，本步骤中，计算接地电阻值采用的公式为：

式中，U₁为拟合感应电压对应的电压值，I₁为拟合注入电流对应的电流值，R为接地电阻值。

实施例二

图4是实施例中的另一种接地阻抗测量方法流程图，参考图4，作为一种可实施方案，接地阻抗测量方包括：

S201.生成若干异频电流基波，生成各电流基波的谐波。

示例性的，本步骤中，通过多个异频电流基波进行接地阻抗测量，例如电流基波的频率可以包括:45、65、95、105、115、125Hz。

示例性的，本步骤中，根据每个电流基波进行谐波的计算，谐波的相位与对应电流基波的相位相同。

示例性的，本步骤中，以谐波为5次谐波为例，谐波的幅值可以通过以下方式获取：

设电流基波与谐波叠加后的表达式为：

y(t)＝A[sin(t)+k sin(5t])

上式中，A sin(t)为电流基波，A ksin(5t)为五次谐波，设上式满足：

|y(t)|≤ε

式中，ε为设定的电流基波幅值的限制，求满足上述限制条件时，可以使A取得最大值的k的取值，该k值即为谐波的幅值。通过此种方式可以求取各次谐波的幅值。

示例性的，可以将电流基波的参数(幅值、相位、频率)与谐波的参数(幅值、相位、频率)制成数据表，便于依据数据表查询到所需的谐波。

S202.将谐波与电流基波进行叠加生成阻抗测量注入电流。

示例性的，本步骤中，则阻抗测量注入电流的表达式为：

y(t)＝A₀ sin(ω₀t)+A₁ sin(ω₁t)+…A_n sin(ω_nt)

式中，A₀ sin(ω₀t)为电流基波，其余项为谐波。

示例性的，本步骤中优选多项谐波，且采用谐波的数量固定，例如，针对每一频率的电流基波，采用3、5、7、11次谐波与电流基波进行叠加，生成相应的阻抗测量注入电流。

S203.将阻抗测量注入电流依次注入到待测接地装置中，获取待测接地装置的感应电压序列。

示例性的，本步骤中，依次将不同频率的阻抗测量注入电流注入到待测接地装置中，测量并记录与每个阻抗测量注入电流对应的接地装置的感应电压。

S204.根据感应电压序列和阻抗测量注入电流计算接地电阻值。

示例性的，本步骤中，选用一个特定频率的阻抗测量注入电流和与其对应的感应电压计算接地电阻值，优选的，采用频率为45Hz的阻抗测量注入电流和与其对应的压降计算接地电阻值。

示例性的，本步骤中，可以通过下式计算接地电阻值：

式中，U为根据选用的感应电压求取出的直流等效电压，I为根据选用的阻抗测量注入电流求取出的直流等效电流，R为接地电阻值。

S205.将电流基波依次注入到待测接地装置中，测量对应的接地装置的阻抗模值，获取工频下接地装置的阻抗模值。

示例性的，本步骤中，利用电流基波的频率和对应测量的阻抗模值，可以通过曲线拟合的方式绘制阻频特性曲线，随后，基于阻频特性曲线，可以通过插值的方式获取工频下对应的接地装置阻抗模值。

本步骤中，通过多个频率的电流基波进行阻抗的计算，可以避免测量过程中因测量频率与干扰信号的频率发生重叠，造成测量误差较大的问题。

S206.根据接地电阻值以及阻抗模值计算接地阻抗。

示例性的，计算接地阻抗采用的公式为：

Z＝R+j·X

式中，R为接地电阻值，|Z|为工频阻抗模值，X为接地感抗，j为虚数单位。

本实施例提出的接地阻抗测量方法中，注入待测接地装置的电流为包含多项谐波的电流基波，通过叠加多项谐波使电流基波具备直流特性。进行接地阻抗测量时，通过波形分析可以获取电流基波的直流电流值，以及电流基波通过待测接地装置后形成电压的直流电压值，通过直流电流值和直流电压值可以直接计算得到待测接地装置的电阻值，省略了传统方法测量中电流、电压的相角测量环节，提高了接地阻抗的测量精度。

实施例三

图5是实施例中的另一种接地阻抗测量方法流程图，参考图5，作为一种可实施方案，接地阻抗测量方包括：

S301.生成电流基波，生成电流基波的谐波。

示例性的，本步骤中，电流基波采用正弦波，电流基波的频率为工频，电流基波的幅值根据待测接地阻抗的类型而定。

示例性的，本步骤中，谐波的个数为一个或多个，谐波的相位与电流基波的相位相同。

示例性的，本步骤中，以谐波为11次谐波为例，谐波的幅值可以通过以下方式获取：

设电流基波与谐波叠加后的表达式为：

y(t)＝A[sin(t)+ksin(11t)]

上式中，Asin(t)为电流基波，A ksin(11t)为十一次谐波，设上式满足：

|y(t)|≤ε

式中，ε为设定的电流基波幅值的限制，求满足上述限制条件时，可以使A取得最大值的k的取值，该k值即为谐波的幅值。通过此种方式可以求取各次谐波的幅值。

示例性的，可以将电流基波的参数(幅值、相位、频率)与谐波的参数(幅值、相位、频率)制成数据表，便于依据数据表查询到所需的谐波。

S302.选择不同数量的谐波与电流基波进行叠加生成阻抗测量注入电流序列。

示例性的，若采用多项谐波，则阻抗测量注入电流的表达式为：

y(t)＝A₀sin(ω₀t)+A₁sin(ω₁t)+…A_nsin(ω_nt)

式中，A₀sin(ω₀t)为电流基波，其余项为谐波。

示例性的，本步骤中，与电流基波相叠加的谐波数量不唯一，例如，进行接地阻抗测量时，分别选用两项谐波与电流基波进行叠加形成第一阻抗测量注入电流，选用三项谐波与电流基波进行叠加形成第二阻抗测量注入电流，通过第一阻抗测量注入电流和第二阻抗测量注入电流形成的阻抗测量注入电流序列完成后续的接地阻抗测量。

示例性的，通过采用叠加不同数量谐波的电流基波进行接地阻抗测量，当待测接地装置的种类发生变化时，便于根据测量结果选用测试效果最好的一种阻抗测量注入电流进行接地装置的阻抗计算，可以提高测量的精度。

S303.将阻抗测量注入电流序列中的阻抗测量注入电流依次注入到待测接地装置中，测量接地装置的感应电压序列。

S304.绘制感应电压序列中压降的波形，选取感应电压序列中未出现脉冲电压的压降作为第一感应电压。

S305.根据第一感应电压和对应的阻抗测量注入电流计算接地电阻值。

示例性的，本步骤中，采用的阻抗测量注入电流为阻抗测量注入电流序列中与第一感应电压对应的阻抗测量注入电流。

示例性的，本步骤中，可以通过下式计算接地电阻值：

式中，U为根据测量的第一感应电压求取出的直流等效电压，I为根据对应的阻抗测量注入电流表达式求取出的直流等效电流，R为接地电阻值。

S306.将电流基波注入到待测接地装置中，测量待测接地装置的第二感应电压，获取电流基波的第一幅值以及第二感应电压的第二幅值，根据第一幅值以及第二幅值计算阻抗模值。

示例性的，本步骤中，计算阻抗模值采用的公式为：

式中，U₀为第二感应电压的第二幅值，I₀为电流基波的第一幅值，|Z|为阻抗模值。

S307.根据接地电阻值以及阻抗模值计算接地阻抗。

示例性的，计算接地阻抗采用的公式为：

Z＝R+j·X

式中，R为接地电阻值，X为接地感抗，j为虚数单位。

本实施例提出的接地阻抗测量方法中，注入待测接地装置的电流为包含多项谐波的电流基波，通过叠加多项谐波使电流基波具备直流特性。进行接地阻抗测量时，通过波形分析可以获取电流基波的直流电流值，以及电流基波通过待测接地装置后形成电压的直流电压值，通过直流电流值和直流电压值可以直接计算得到待测接地装置的电阻值，省略了传统方法测量中电流、电压的相角测量环节，提高了接地阻抗的测量精度。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种接地阻抗测量方法，其特征在于，包括：

生成电流基波，生成所述电流基波的谐波，将所述谐波与所述电流基波进行叠加生成阻抗测量注入电流，

将所述阻抗测量注入电流注入到待测接地装置中，测量所述接地装置的第一感应电压，根据所述第一感应电压和所述阻抗测量注入电流计算接地电阻值，

将所述电流基波注入到所述待测接地装置中，通过所述电流基波测量所述待测接地装置的阻抗模值，

根据所述接地电阻值以及所述阻抗模值计算接地阻抗。

2.如权利要求1所述的接地阻抗测量方法，其特征在于，将所述电流基波注入到待测接地装置中，通过所述电流基波测量所述待测接地装置的阻抗模值为：

将所述电流基波注入到所述待测接地装置中，测量所述待测接地装置的第二感应电压，获取所述电流基波的第一幅值以及所述第二感应电压的第二幅值，根据所述第一幅值以及所述第二幅值计算阻抗模值。

3.如权利要求2所述的接地阻抗测量方法，其特征在于，根据所述第一感应电压和所述阻抗测量注入电流计算接地电阻值为：

对所述阻抗测量注入电流进行直线拟合生成拟合注入电流，对所述第一感应电压进行直线拟合生成拟合感应电压，根据所述拟合注入电流和所述拟合感应电压计算所述接地电阻值。

4.如权利要求3所述的接地阻抗测量方法，其特征在于，还包括对所述第一感应电压进行偏置，生成偏置感应电压，对所述偏置感应电压进行直线拟合生成所述拟合感应电压。

5.如权利要求1所述的接地阻抗测量方法，其特征在于，所述电流基波采用正弦波。

6.如权利要求1所述的接地阻抗测量方法，其特征在于，所述谐波为奇次谐波。

7.如权利要求1所述的接地阻抗测量方法，其特征在于，生成电流基波，生成所述电流基波的谐波为：

生成若干异频电流基波，生成各异频电流基波的谐波，

将所述电流基波注入到所述待测接地装置中，通过所述电流基波测量所述待测接地装置的阻抗模值为：

将所述异频电流基波依次注入到所述待测接地装置中，测量对应的所述待测接地装置的阻抗模值，获取工频下所述待测接地装置的阻抗模值。

8.如权利要求1所述的接地阻抗测量方法，其特征在于，将所述谐波与所述电流基波进行叠加生成阻抗测量注入电流为：

选择不同数量的谐波与所述电流基波进行叠加生成阻抗测量注入电流序列，

阻抗测量方法还包括：

将所述阻抗测量注入电流序列中的阻抗测量注入电流依次注入到所述待测接地装置中，测量所述待测接地装置的感应电压序列，绘制感应电压序列中压降的波形，选取感应电压序列中未出现脉冲电压的压降作为第一感应电压。

9.如权利要求1所述的接地阻抗测量方法，其特征在于，计算接地阻抗采用的公式包括：

Z＝R+j·X

式中，R为接地电阻值，X为接地感抗，j为虚数单位。

10.如权利要求2所述的接地阻抗测量方法，其特征在于，计算阻抗模值采用的公式为：

式中，U₀为第二感应电压的第二幅值，I₀为电流基波的第一幅值，|Z|为阻抗模值。

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