CN201780335U - 一种架空输电线杆塔接地电阻检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种架空输电线杆塔接地电阻检测装置，其包括测量仪、与所述测量仪连接的测量电极和磁芯线圈电流传感器；所述测量电极插入距待测杆塔一定距离的地中，所述磁芯线圈电流传感器缠绕在待测杆塔的塔脚处以检测待测杆塔塔脚的入地电流；所述测量仪输出变频正弦波电源至待测杆塔的塔脚，所述磁芯线圈电流传感器将检测到的入地电流传送给测量仪；所述测量仪根据所述入地电流和所述测量电极与待测杆塔基础电位的电位差获取基波分量，该基波分量的频率与所述测量仪输出的正弦波电流的频率相同；所述测量仪再根据获得的基波分量计算待测杆塔接地电阻值。本实用新型抗干扰能力强，测量准确。

Description

一种架空输电线杆塔接地电阻检测装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及电气设备接地技术领域，尤其涉及一种架空输电线杆塔接地电阻 检测装置。

背景技术

[0002] 架空输电线路桩基础杆塔的接地电阻大小影响雷击输电线路杆塔雷电流的散流 能力。接地电阻越小，散流能力越好，雷电流在杆塔上引起的反击电压越小，不易引起绝缘 子串的反击闪络。因此杆塔接地电阻大小是影响输电线路耐雷水平的重要因素，准确测量 输电杆塔接地电阻大小具有重要的意义。

[0003] 现有输电线路杆塔接地阻抗测量装置一般采用伏安法和钳表法。伏安法测量装置 通过解开被测杆塔的接地引下线，通过电压表测量不同电极地电位差，同时用电流表测量 回路电流，电压表与电流表测量数值的比值即为测量接地电阻，该方法需要解开接地引下 线，测量不方便。钳表法测量装置采用钳形电流互感器和电压互感器进行电流、电压信号的 提取。该方法不解开接地引下线，如果排除杆塔_避雷线分流的影响，可准确测量杆塔接地 电阻，但不能测量桩基础，即无裸露接地引下线的输电线路杆塔接地电阻。

实用新型内容

[0004] 针对上述现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种便携式的架空输电 线杆塔接地电阻检测装置，其抗干扰能力强，测量准确。

[0005] 本实用新型的架空输电线杆塔接地电阻检测装置包括：测量仪、与所述测量仪连 接的测量电极和磁芯线圈电流传感器；

[0006] 所述测量电极插入距待测杆塔特定距离的地中，所述磁芯线圈电流传感器缠绕在 待测杆塔的塔脚处以检测待测杆塔塔脚的入地电流；

[0007] 所述测量仪输出正弦波电源至待测杆塔的塔脚，所述磁芯线圈电流传感器将检测 到的所述入地电流传送给测量仪；所述测量仪根据所述入地电流和所述测量电极与待测杆 塔基础电位的电位差获取基波分量，该基波分量的频率与所述测量仪输出的正弦波电流的 频率相同；所述测量仪再根据获得的基波分量计算待测杆塔接地电阻值。

[0008] 由于本实用新型中测量仪获取的频率与测量仪输出的变频正弦波电流的频率相 同，该频率可避开外部能量集中的干扰频带，抑制了其它干扰频率的影响，且分析的信号是 测量仪输出频率的基波，进一步消除了其它频率成分的影响，使得其抗干扰能力更强，测量 更准确。

附图说明

[0009] 附图1为本实用新型一种架空输电线杆塔接地电阻检测装置的结构示意图；

[0010] 附图2为图1中测量仪在一种实施方式中的原理框图；

[0011] 附图3为图1中电流输出模块在一种实施方式中的原理框图；[0012] 附图4是图1中电压电流调理模块在一种实施方式中的原理框图。 具体实施方式

[0013] 本实用新型的目的就在于提供一种架空输电线杆塔接地电阻检测装置，其抗干扰 能力更强，测量更准确。

[0014] 参考图1，一种架空输电线杆塔接地电阻检测装置，主要包括辅助测量电极、钳形 磁芯线圈电流传感器、杆塔接地阻抗测量仪等。其辅助测量电极为一根电流极4和一根电 压极5，电流极4插入距杆塔1的距离为40〜60m的地中，通过导线7与测量仪3的电流极 端口连接，用以形成测量的电流回路；电压极5插入在电流极4与杆塔之间的地中，通过导 线7与测量仪3的电压极端口连接，用以提供测量用的参考电位。钳形磁芯线圈电流传感 器2的数量可以为1〜4个，分别放置在杆塔的4个塔脚处，用以检测通过杆塔塔脚入地 的电流。传感器2检测的入地电流为100〜1500mA。钳形磁芯线圈电流传感器2分别通过 双绞线6与测量仪3上的电流传感器输入端口连接，以便传送检测的入地电流。

[0015] 参考图2，上述的测量仪3由控制及采集模块31、电流输出模块32、电压电流调理 模块33、键盘34、数据显示模块35组成。

[0016] 控制及采集模块31由单片机及外围电路组成，所述单片机内部集成12位模拟数 字转换器、12位数字模拟转换器、存储器及输入输出管脚。由数字模拟转换器产生一定幅值 和频率的正弦输出波，其幅值和频率可通过内部的程序控制，它与电流输出模块32相连， 提高其输出电流的驱动能力。幅值的调节范围为0〜35V，即该电流源的电压幅值，频率的 调节范围为10〜200Hz。通过改变输出电压幅值，从而改变流经被测量接地电阻的电流。 改变输出电压频率，从而避开现场的工频干扰。

[0017] 参考图3，电流输出模块32由电压跟随器321、功率放大器件322和过流保护装置 323构成。

[0018] 参考图4，电压电流调理模块包括与所述电压极和电流极连接的差分放大器、与 所述磁芯线圈电流传感器连接的加法运算放大器、与所述加法运算放大器连接的程控放大 器，该程控放大器受所述控制及采集模块控制工作。电压电流调理模块33的输入为电压极 5和电流极4电位的电压差，以及4个钳形电流传感器的输入。电压极和电流极4电位输入 到电压电流调理模块中的差分放大器331，差分放大器331的输出为这两个输入电位的电 压差；电压电流调理模块33对输入电流传感器2的入地电流进行电流-电压变换，将各通 道传感器的电流输入分别转化为对应的电压信号，然后对这4路电压信号通过加法器332 得到4个钳形电流传感器输入的总电流，由于4路电压信号总和电压幅值可能比较小，通过 控制及采集模块31输出的电流放大控制输入电平调节电压电流调理模块33中的程控放大 器333，使总输入电流转化的电压信号幅值接近控制及采集模块采集单元的最大幅值量程， 以提高信噪比。

[0019] 电压电流调理模块33的对应输出电压和电流信号，电压输出是电流极与电压极 的差分输出，电流输出是总电流程控放大输出；分别进入控制及采集模块31的数据采集单 元，同步对这两路信号进行模拟数字转换，获取电压、电流的波形数据。分析其波形参数及 计算其基波的电压值和电流值及接地阻抗值；由于外部存在干扰信号，因此对电压、电流的 波形数据进行傅里叶分析，获取电压、电流波形的基波分量，该基波分量频率成分与电流输

4出模块32输出的电源频率是相同的，从而消除了其它干扰频率的影响，用获取的电压、电 流波形的基波分量幅值的比值作为测量的杆塔接地电阻值，从而提高测量的信噪比。

[0020] 综上所述，利用本实用新型的架空输电线杆塔接地电阻检测装置，通过程序控制 进行测量，其具体操作步骤如下：

[0021] (1)准备

[0022] 进行装置接线（图1)，即将本实用新型装置的4个钳形磁芯线圈电流传感器（以 下简称传感器），分别缠绕在被测杆塔的4个塔脚处，并通过4对双绞线将4个传感器分别 与架空输电线杆塔接地电阻检测仪（以下简称测量仪）的4对传感器输入端口相连，用以 检测杆塔4个塔脚的入地电流。再将电流极插入距杆塔的距离为40m〜60m的地中，并通过 导线与测量仪的电流极端口连接，用以形成检测入地电流的回路。又将电压极插入在电流 极同侧并距杆塔的距离为电流极距离0. 5〜0. 6倍的地中，并通过导线连接到测量仪的电 压极端口连接，用以提供接地阻抗的参考电位。还将测量仪的输出电流端口，通过导线与对 应于电压极和电流极同侧的被测杆塔塔脚连接，用以提供测量接地阻抗的步进频率为1Hz、 信号频率为20〜200Hz的异频正弦波电流源。

[0023] (2)初始化

[0024] 第（1)步完成后，打开测量仪的电源开关，通过程序自动进行以下初始设置：

[0025] ①输出电压_始为0. 2V，电压步长为0. IV ；

[0026] ②程控放大倍数初始为0，并设置1，10，100三个放大倍数等级；

[0027] ③测量仪的模拟信号输出模块的频率初始为125Hz正弦波信号。

[0028] (3)数据采集及计算

[0029] 第（2)步完成后，通过程序打开数据采集模块数据卡的四个通道，分别采集4个传 感器检测的电流信号ii、12, 13. 和电压极输入测量仪的输入电压信号Ui 然后计算 4个传感器检测的和电流(即I∑=I1+I2+I3+I4)以及测量仪输入电压G与输出电压

u的差值

[0030] (4)测量精度调整

[0031] 第（3)步完成后，先对4个传感器检测的和电流4进行判断：当4个传感器检测的 和电流^ 0.2J时，能保证电流传感器的检测精度，则进行下一次分析计算；当4个传感器 检测的和电流& < 0.2X时，不能保证传感器的检测精度，则进一步判断测量仪的输出电压 A :当测量仪的输出电压S 9F时，测量仪注入被测杆塔塔脚的正弦波电压不足，不能保 证传感器的检测精度，则通过电流输出模块调整增大测量仪的输出电压《一个步长0. IV， 返回第（3)步进行数据采集及计算，并再判断4个传感器检测的和电流&，如此重复，直 至测量仪的输出电压仏> 9F为止；当测量仪的输出电压C>2 > 9F时，则再进一步判断测量 仪的输入、输出电压差值At> ：当测量仪的输入、输出差值Al> < w时，不能保证测量仪的精 度，则调整程控放大倍数K增大一个等级（即K为1)，返回第（3)步进行数据采集及计算， 并再判断4个传感器检测的和电流及测量仪的输出电压如此重复，直至测量仪的输 入、输出电压差值边> IF为止；当测量仪的输入、输出电压差值> IF时，能保证测量仪 的精度，则进行下一步分析计算。[0032] (5)数据分析、计算

[0033] 第（4)步完成后，先采用傅立叶级数分析法，分别提取测量仪输入电压G与输出 电压的差值(即

及4个传感器检测的和电流/£的基波值A《及

L。然后，根据欧姆定律，计算出被测杆塔的接地阻抗z= AU/Iu。最后，将计算得出的

接地阻抗数据分别输送给数据存储模块及数字显示模块。

[0034] (6)结果显示

[0035] 第（5)步完成后，数字显示模块通过测量仪的面板数码显示管，显示杆塔接地阻 抗的测量结果。数据存储模块存储杆塔接地阻抗的测量数据，供以后随时调用及显示。显 示屏是16X4的IXD显示器，用于显示测量电阻值和相关设置。

[0036] 输入装置可以是键盘，其包含上、下、左、右、确定、取消6个按键，用于参数设置和 测量操作。

[0037] 本实用新型的有益效果是：

[0038] (1)采用频率可调的电流输出电源，避开现场的工频干扰电场。该频率信号由微处 理器的数模转换器产生，频率改动方便，由集成功率放大器件大电流，不需要大型的异频电 源。

[0039] (2)测量电阻范围宽。本实用新型通过改变集成功率放大器件的电流输出幅值和 对电流传感器进行程控放大，测量输电线路接地杆塔电阻的范围为0. 01〜9999欧。

[0040] (3)抗干扰能力强。本发明通过微处理器对检测波形进行傅里叶分析，提取注入接 地系统的频率分量，排除其它分量的影响，与可变频率电流源配合，从而进一步提高了测量 的准确性，抗干扰能力强。

[0041] (4)结构小，成本低。由于采用微处理器和高度集成器件，本实用新型结构简单、成 本低廉。

[0042] 采用本实用新型对桩基础杆塔接地阻抗进行测量，可避免杆塔_分流系统对杆塔 接地阻抗测量结果的影响，且测量准确性高。

[0043] 以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何 在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1. 一种架空输电线杆塔接地电阻检测装置，其特征在于包括测量仪、与所述测量仪连 接的测量电极和磁芯线圈电流传感器；所述测量电极用于插入距待测杆塔特定距离的地中，所述磁芯线圈电流传感器用于缠 绕在待测杆塔的塔脚处以检测待测杆塔塔脚的入地电流；所述磁芯线圈电流传感器用于将检测到的入地电流传送给测量仪；所述测量仪用于输出正弦波电流至待测杆塔的塔脚。

2.如权利要求1所述的架空输电线杆塔接地电阻检测装置，其特征在于：所述测量电 极包括电流极和电压极，所述电流极，用于插入距杆塔的距离为40米至60米的地中，形成 检测所述入地电流的回路；所述电压极，用于插入在电流极与待测杆塔之间的地中，提供待 测杆塔接地电阻的参考电位。

3.如权利要求2所述的架空输电线杆塔接地电阻检测装置，其特征在于：所述测量仪 包括：控制及采集模块、电流输出模块和电压电流调理模块；所述控制及采集模块产生特定幅值和频率的正弦波电流通过所述电流输出模块输出 至待测杆塔的塔脚；所述电压电流调理模块将所述电压极与电流极的电位差输出至控制及采集模块，所述 磁芯线圈电流传感器将检测到的所述入地电流传送给电压电流调理模块进行变换和运算 得到总和电流，该总和电流的幅值被所述控制及采集模块控制进行放大调整后输出至控制 及采集模块；所述控制及采集模块提取所述电压电流调理模块输出的电位差和总和电流的基波分 量，再根据获得的基波分量计算待测杆塔接地电阻值。

4.如权利要求3所述的架空输电线杆塔接地电阻检测装置，其特征在于：所述控制及 采集模块是单片机，其包括：数模转换器、模数转换器、存储器和数据采集单元。

5.如权利要求4所述的架空输电线杆塔接地电阻检测装置，其特征在于：所述电流输 出模块包括电压跟随器、功率放大器件和过流保护装置。

6.如权利要求3所述的架空输电线杆塔接地电阻检测装置，其特征在于：所述电压电 流调理模块包括与所述电压极和电流极连接的差分放大器、与所述磁芯线圈电流传感器连 接的加法运算放大器、与所述加法运算放大器连接的程控放大器，该程控放大器受所述控 制及采集模块控制工作。

7.如权利要求1或6所述的架空输电线杆塔接地电阻检测装置，其特征在于：所述测 量仪还包括用于显示测量电阻值和设置参数的显示屏和用于参数设置和测量操作的输入装置。