CN204188673U - 一种输电线路接地网检测专用电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种输电线路接地网检测专用电源装置，用于解决现有技术中接地网检测电源输出电流小、输出信号频率范围窄、带负载能力差，工作模式单一的技术问题，所述电源装置包括：信号激励源，用于产生正弦激励信号和脉冲激励信号；阻抗变换电路，包括：与信号激励源连接的计时控制器以及分别与信号激励源和计时控制器连接的阻抗变换器；计时控制器能在信号激励源的激励作用下对阻抗变换器的输出进行控制，以使阻抗变换电路对信号激励源的内阻抗与接地网的负载阻抗进行匹配，从而使得信号激励源向接地网注入匹配功率的激励信号；分别与信号激励源和阻抗变换电路连接的供电电源，用于为信号激励源和阻抗变换电路供电。

Description

一种输电线路接地网检测专用电源装置

技术领域

本实用新型涉及接地网检测技术领域，尤其涉及一种输电线路接地网检测专用电源装置。

背景技术

接地网在输电线路安全运行中起着十分重要的作用，我国的接地网大多采用钢材质制作，随着使用年限的增长，多雨和沿海地区，易发生接地网导体的锈蚀或断裂，影响接地网的接地性能。对此，国家制订了相关标准，每年电力部门都要对接地网和铺设有接地网的地表进行检查，包括土壤电阻率、接地阻抗、地表电位、接触电势等常规检查，以便判断接地网的接地性能是否满足安全要求，有时还要通过直接向接地网注入激励电流，通过地表电磁量的测量，查找接地网的断点和严重腐蚀段。

在接地网检测与诊断的工程实际应用中，需要一个能够产生激励信号的激励源，为了携带方便，目前的激励源多采用小体积的电源(如蓄电池)供电，然而，小体积的电源通常存在输出电流小、输出信号频率范围窄、带负载能力差的缺点。

另外，对于应用中需要较大激励电流的情况，有的电源常采用间歇式的脉冲工作方式，或采用脉冲宽度调制放大技术，通过滤波选择某一频率获得较大电流的正弦波信号(即激励信号)，并且这种电源只能产生正弦波信号。然而，在实际工程应用中，根据不同的应用需求，对激励信号的要求较多，例如，在测量接地网地表电位时，需要激励信号为脉冲激励信号，在进行磁场分布诊断时，需要正弦波激励信号；另外，对于不同的接地网，其整体面积、网格跨度、接地导体截面积都不一样，即接地网负载具有不确定的特点，有时仅零点几欧姆，有时可达到十几欧姆，因此还要求激励信号的频率可调。可见，这种电源的工作模式单一，无法适应接地网复杂负载的工作条件。

也就是说，现有技术中存在接地网检测电源输出电流小、输出信号频率范围窄、带负载能力差，激励信号模式单一，无法满足接地网复杂负载的工作条件的技术问题。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种输电线路接地网检测专用电源装置，解决了现有技术中接地网检测电源输出电流小、输出信号频率范围窄、带负载能力差，工作模式单一，无法满足接地网复杂负载的工作条件的技术问题，通过设置能够产生正弦激励信号和脉冲激励信号的信号激励源，提供了两种模式的激励信号，通过在信号激励源和接地网之间的激励信号传输线路上设置阻抗变换电路，对信号激励源的内阻抗与所述接地网的负载阻抗进行匹配，以使信号激励源向接地网注入匹配功率的激励信号，使得接地网检测电源的输出电流在适宜的电流范围内可调、输出信号频率在适宜的频率范围内可调、带负载能力强，能够满足接地网复杂负载的工作条件。

本申请实施例提供了一种输电线路接地网检测专用电源装置，应用于一输电线路接地网检测设备中，所述电源装置用于向一接地网注入激励信号，以使所述接地网基于所述激励信号产生磁感信号；所述接地网检测设备能够基于所述磁感信号对所述接地网进行缺陷诊断，所述电源装置包括：

信号激励源，用于产生所述激励信号；所述激励信号包括正弦激励信号和脉冲激励信号；

阻抗变换电路，包括：与所述信号激励源连接的计时控制器以及分别与所述信号激励源和所述计时控制器连接的阻抗变换器；其中，所述计时控制器能够在所述信号激励源的激励作用下对所述阻抗变换器的输出进行控制，以使所述阻抗变换电路对所述信号激励源的内阻抗与所述接地网的负载阻抗进行匹配，从而使得所述信号激励源通过所述阻抗变换电路向所述接地网注入匹配功率的激励信号；

分别与所述信号激励源和所述阻抗变换电路连接的供电电源，用于为所述信号激励源和所述阻抗变换电路供电。

可选的，所述信号激励源包括：正弦信号发生器，用于产生所述正弦激励信号；脉冲信号发生器，用于产生所述脉冲激励信号；分别与所述正弦信号发生器和所述脉冲信号发生器连接的功率放大电路，用于对所述正弦激励信号和/或所述脉冲激励信号进行功率放大；其中，所述计时控制器与所述脉冲信号发生器连接。

可选的，所述阻抗变换器包括：初级线圈、次级线圈和铁芯；其中，所述铁芯具体为环形的纳米晶材质的铁芯；所述初级线圈和所述次级线圈缠绕在所述铁芯上；所述次级线圈上设置有用于与所述接地网连接的N个抽头，所述N个抽头分别对应不同的初、次级线圈变比，其中，N为大于等于1的整数。

可选的，所述计时控制器包括N个信号输入端和一时钟输入端；其中，所述N个信号输入端一一对应与所述N个抽头连接；所述时钟输入端与所述信号激励源的脉冲信号输出端连接。

可选的，所述电源装置包括：一开关件；所述开关件包括：用于与所述信号激励源连接的第一接线端和用于与所述计时控制器连接的第二接线端；当所述开关件处于闭合状态时，所述计时控制器能够从所述信号激励源获取脉冲激励信号作为时钟脉冲信号，并进行时钟脉冲计数；当所述开关件处于断开状态时，所述计时控制器停止所述时钟脉冲计数；其中，所述计时控制器能够基于所述时钟脉冲计数对所述阻抗变换器进行控制。

可选的，所述电源装置还包括：

与所述阻抗变换电路连接的电压电流监控电路，用于对从所述阻抗变换电路输出的激励信号的电压和/或电流进行监控。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)由于在本申请实施例中，通过设置能够产生正弦激励信号和脉冲激励信号的信号激励源，以及在信号激励源和接地网之间的激励信号传输线路上设置阻抗变换电路，对信号激励源的内阻抗与所述接地网的负载阻抗进行匹配，解决了现有技术中，接地网检测电源输出电流小、输出信号频率范围窄、带负载能力差，激励信号模式单一，无法满足接地网复杂负载的工作条件的技术问题，实现了接地网检测电源能够根据实际应用需求提供两种模式的激励信号，并且输出的激励信号的电流在适宜的电流范围内可调、信号频率在适宜的频率范围内可调，带负载能力强、能够满足接地网复杂负载的工作条件的技术效果。

(2)由于在本申请实施例中，信号激励源包括正弦信号发生器和脉冲信号发生器，分别用于产生正弦激励信号和脉冲激励信号；阻抗变换电路包括计时控制器，且所述计时控制器的时钟输入端与所述脉冲信号发生器的脉冲信号输出端连接；也就是说，所述信号激励源能够为所述计时控制器提供时钟信号，以激励计时控制器工作。

(3)由于在本申请实施例中，阻抗变换电路包括阻抗变换器，且所述阻抗变换器包括初级线圈、次级线圈和环形纳米晶铁芯；所述初级线圈用于与所述信号激励源连接；所述次级线圈上设置有用于与接地网连接的多个抽头，所述多个抽头分别对应不同的初、次级线圈变比；进一步，阻抗变换电路中的计时控制器还设置有用于一一对应与所述多个抽头连接的多个信号输入端，计时控制器能够选择控制导通一对处于连接关系的所述抽头和所述信号输入端，实现了可根据接地网负载的不同选择合适初、次级线圈变比的抽头与所述接地网连接，从而使信号激励源的内阻抗与所述接地网的负载阻抗匹配。

(4)由于在本申请实施例中，电源装置中还包括一开关件，设置在信号激励源和计时控制器的连接线路上，所述开关件能够根据用户的操作指令连通或断开激励源和计时控制器间的信号传输(即时钟脉冲信号)，并且当开关件处于闭合状态时，计时控制器能够从信号激励源获取脉冲激励信号作为时钟脉冲信号，并进行时钟脉冲计数，实现控制阻抗变换器的次级线圈的多个抽头中每个抽头自动依次与接地网连接；当开关件处于断开状态时，计时控制器停止时钟脉冲计数，实现控制多个抽头中某个抽头保持与接地网连接。

(5)由于在本申请实施例中，所述电源装置还设置有电压电流监控电路，用于对从所述阻抗变换电路输出的激励信号的电压和/或电流进行监控，有利于工作人员实时获知所述电源装置向接地网注入的激励信号的电压值和电流值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种输电线路接地网检测专用电源装置结构框图；

图2A-图2D为本申请实施例提供的信号激励源内部结构框图；

图3为本申请实施例提供的阻抗变换电路内部模块接线示意图；

图4为本申请实施例提供的阻抗变换器和负载的等效电路图；

图5A-图5B为本申请实施例提供的环形纳米晶铁芯阻抗变换器的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的计时控制器工作原理示意图；

图7为本申请实施例提供的开关件工作原理示意图；

图8为本申请实施例提供的电压电流监控电路工作原理示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种输电线路接地网检测专用电源装置，解决了现有技术中接地网检测电源输出电流小、输出信号频率范围窄、带负载能力差，工作模式单一，无法满足接地网复杂负载的工作条件的技术问题，通过设置能够产生正弦激励信号和脉冲激励信号的信号激励源，提供了两种模式的激励信号，通过在信号激励源和接地网之间的激励信号传输线路上设置阻抗变换电路，对信号激励源的内阻抗与所述接地网的负载阻抗进行匹配，以使信号激励源向接地网注入匹配功率的激励信号，使得接地网检测电源的输出电流在适宜的电流范围内可调、输出信号频率在适宜的频率范围内可调、带负载能力强，能够满足接地网复杂负载的工作条件。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请实施例提供了一种输电线路接地网检测专用电源装置，应用于一输电线路接地网检测设备中，所述电源装置用于向一接地网注入激励信号，以使所述接地网基于所述激励信号产生磁感信号；所述接地网检测设备能够基于所述磁感信号对所述接地网进行缺陷诊断，所述电源装置包括：信号激励源，用于产生所述激励信号；所述激励信号包括正弦激励信号和脉冲激励信号；阻抗变换电路，包括：与所述信号激励源连接的计时控制器以及分别与所述信号激励源和所述计时控制器连接的阻抗变换器；其中，所述计时控制器能够在所述信号激励源的激励作用下对所述阻抗变换器的输出进行控制，以使所述阻抗变换电路对所述信号激励源的内阻抗与所述接地网的负载阻抗进行匹配，从而使得所述信号激励源通过所述阻抗变换电路向所述接地网注入匹配功率的激励信号；分别与所述信号激励源和所述阻抗变换电路连接的供电电源，用于为所述信号激励源和所述阻抗变换电路供电。

可见，在本申请实施例中，通过设置能够产生正弦激励信号和脉冲激励信号的信号激励源，以及在信号激励源和接地网之间的激励信号传输线路上设置阻抗变换电路，对信号激励源的内阻抗与所述接地网的负载阻抗进行匹配，解决了现有技术中，接地网检测电源输出电流小、输出信号频率范围窄、带负载能力差，激励信号模式单一，无法满足接地网复杂负载的工作条件的技术问题，实现了接地网检测电源能够根据实际应用需求提供两种模式的激励信号，并且输出的激励信号的电流在适宜的电流范围内可调、信号频率在适宜的频率范围内可调，带负载能力强、能够满足接地网复杂负载的工作条件的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

在实际工程应用中，电网检测人员会使用专门的接地网检测设备对接地网进行检测；当需要对一接地网进行检测时，首先通过接地网检测设备中的电源装置向接地网注入激励信号，以使所述接地网基于所述激励信号产生电磁感应信号，之后接地网检测设备探测该电磁感应信号并对其进行分析处理，便能确定接地网是否存在腐蚀或断点等缺陷。

请参考图1，本申请实施例提供了一种输电线路接地网检测专用电源装置，应用于一输电线路接地网检测设备中，如输电铁塔、发电厂、大型建筑物、通讯塔等的输电线路接地网检测设备，所述电源装置包括：

信号激励源10，用于产生所述激励信号；所述激励信号包括正弦激励信号和脉冲激励信号；

阻抗变换电路20，包括：与所述信号激励源10连接的计时控制器201以及分别与所述信号激励源10和所述计时控制器201连接的阻抗变换器202；其中，所述计时控制器201能够在所述信号激励源10的激励作用下对所述阻抗变换器202的输出进行控制，以使所述阻抗变换电路20对所述信号激励源10的内阻抗与所述接地网的负载阻抗进行匹配，从而使得所述信号激励源10通过所述阻抗变换电路20向所述接地网注入匹配功率的激励信号；

分别与所述信号激励源10和所述阻抗变换电路20连接的供电电源30，用于为所述信号激励源10和所述阻抗变换电路20供电。

在具体实施过程中，请参考图2A，所述信号激励源10包括：正弦信号发生器101，用于产生所述正弦激励信号；脉冲信号发生器102，用于产生所述脉冲激励信号；分别与所述正弦信号发生器101和所述脉冲信号发生器102连接的功率放大电路103，用于对所述正弦激励信号和/或所述脉冲激励信号进行功率放大；进一步，结合图1和图2A，所述计时控制器201与所述脉冲信号发生器102连接。

在具体应用中，当选择通过测量接地网磁场信号进行接地网检测时，需控制信号激励源10输出正弦波信号，即需正弦信号发生器101工作产生正弦激励信号；当选择通过测量地表电位进行接地网检测时，需控制信号激励源10输出脉冲信号，即需脉冲信号发生器102工作产生脉冲激励信号。

如图2B所示，正弦信号发生器101具体包括依次连接的第一控制调节电路101-1，正弦信号发生电路101-2和第一放大输出级101-3；其中，第一控制调节电路101-1用于供工作人员进行信号频率调节，即获取工作人员对正弦信号发生器101的频率调节操作，产生输出频率指令，并将该指令发送于正弦信号发生电路101-2；正弦信号发生电路101-2基于所述频率指令产生相应频率的初始正弦信号；第一放大输出级101-3用于对初始正弦信号进行放大处理获得所述正弦波信号。可见，正弦信号发生器101用于产生正弦波信号和进行信号频率调节；在进行信号频率调节时，应注意正弦波形不能失真。

同理，如图2C所示，脉冲信号发生器102具体包括依次连接的第二控制调节电路102-1，脉冲信号发生电路102-2和第二放大输出级102-3；其中，第二控制调节电路102-1用于供工作人员进行信号脉冲宽度调节，即获取工作人员对脉冲信号发生器102的脉冲宽度调节操作，产生输出脉冲宽度指令，并将该指令发送于脉冲信号发生电路102-2；脉冲信号发生电路102-2基于所述脉冲宽度指令产生相应脉冲宽度的初始脉冲信号；第二放大输出级102-3用于对初始脉冲信号进行放大处理获得所述脉冲信号。可见，脉冲信号发生器102用于产生脉冲信号和进行信号脉冲宽度调节。

功率放大电路103主要用于信号的功率放大和输出驱动电流。在本申请实施例中进行接地网缺陷诊断时，功率放大电路103的设计原则为：(1)工作频率在10Hz～50kHz的频带内；(2)输出信号频率和输出电流能方便地连续调节；(3)在保证输出信号具有足够驱动电流的条件下，自身能够连续工作。针对上述要求，本实施例中采用线性功率放大技术，如图2D所示，功率放大电路103电路包括输入级103-1、推动级103-2、输出级103-3和保护级103-4，末级输出采用10对大功率晶体管组成互补推挽并联的输出形式，晶体管的型号为2SC5200和2SA1943。具体的，输入级103-1用于接收来自正弦信号发生器101和/或脉冲信号发生器102输出的初级激励信号，并依次送入推动级103-2、输出级103-3进行处理，并最终获得正弦激励信号或脉冲激励信号；其中，输入级103-1作用是抑制电路的零点漂移和温度漂移，并使功率放大电路103静态时的输出电压为零，从而保证电路稳定、可靠的工作；推动级103-2的作用是为输出级103-3提供足够的驱动电流；输出级103-3的作用是向负载提供信号功率；保护级103-4分别与推动级103-2和输出级103-3连接，作用是在推动级103-2和输出级103-3对初级激励信号进行放大处理时，保护电路不被烧毁。

在现有技术中，对于输入级103-1、推动级103-2、输出级103-3和保护级103-4电路的工作原理和设计方法较为成熟(参考文献：谢沅清.晶体管低频电路[M].北京：人民邮电出版社，1981:275-295)，这里不进行详细介绍。

另外，由于在现有技术中，线性放大器通常的负载范围为(4～16)Ω，而在接地网检测的工程实际中，接地网的负载有时仅零点几欧姆，后者小，功放会烧坏，后者大，功放输出功率受限，因此，线性放大器不能直接驱动这样的负载；同时线性放大器连续输出较大工作电流的能力也是有限的，会受到体积和电路设计的制约。

针对这个问题，在本申请实施例中，请参考图3，所述阻抗变换器202包括：初级线圈202-1、次级线圈202-2和铁芯202-3；

其中，所述铁芯202-3具体为环形的纳米晶材质的铁芯；所述初级线圈202-1和所述次级线圈202-2缠绕在所述铁芯202-3上；所述初级线圈202-1用于与所述信号激励源10连接；所述次级线圈202-2上设置有用于与所述接地网连接的N个抽头(202-21～202-2N)，所述N个抽头(202-21～202-2N)分别对应不同的初、次级线圈变比，所述初、次级线圈变比是指初级线圈的匝数和次级线圈的匝数的比值；其中，N为大于等于1的整数。

进一步，所述计时控制器201包括N个信号输入端(201-1～201-N)和一时钟输入端CLK；其中，所述N个信号输入端(201-1～201-N)一一对应与所述N个抽头(202-21～202-2N)连接；所述时钟输入端CLK与所述信号激励源10的脉冲信号输出端连接。

如图3所示，在本实施例中N取值为4，在阻抗变换器202的次级线圈202-2上有4个抽头(202-21～202-24)，分别与计时控制器201的4个信号输入端(201-1～201-4)一一对应连接。

下面结合图4，来介绍如何依据电路理论，设计阻抗变换器202：

具体的，因接地网负载比功率放大电路103晶体管输出阻抗小很多，设功率放大电路103输出级103-3的输出电流为一简谐波，用一个电流源作为其等效电路，将阻抗变换器202的所有参数均折合至其初级值，则阻抗变换器202和负载的等效电路如图4所示。

图4中，C₁为初级线圈202-1的分布电容，C′₂＝C₂/n²为次级线圈202-2的分布电容折合至初级的值，r₁为初级线圈202-1的铜阻，r₂为次级线圈202-2的铜阻，r′₂＝n²r₂为次级线圈202-2的铜阻折合至初级值，L₁为初级线圈202-1的漏感，L₂为次级线圈202-2的漏感，L′₂＝n²L₂为次级线圈漏感折合至初级值，L₀为激励电感，R_L是负载电阻，R′_L＝n²R_L为次级负载电阻折合至初级值，n＝N₁/N₂为初级线圈202-1和次级线圈202-2的变比。

在中频段，分布电容和激励电感视为开路，漏感视为短路，此时功率放大电路103负载的总阻抗为：

R₀＝r₁+r′₂+R′_L             (I)

阻抗变换器的转换效率为：

${\mathrm{\η}}_T=\frac{I_C^2{R}_L^{\′}}{I_C^2{R}_0}=\frac{n^2{R}_L}{R_0}---\left(\mathrm{II}\right)$

式中η_T为转换效率，一般取0.9，I_c是初级回路电流，依据式(II)可以设计初、次级线圈变比。

在低频段，分布电容依然视为开路，漏感视为短路，依据电路理论可得出次级线圈202-2中的电流为：

${I_L}^{\′}=\frac{\mathrm{j\ω}{L}_0}{\mathrm{j\ω}{L}_0+R_L^{\′}{r}_2^{\′}}{I}_C---\left(\mathrm{III}\right)$

下限频率为：

${\mathrm{\ω}}_l=\frac{R_L^{\′}+r_2^{\′}}{L_0}---\left(\mathrm{IV}\right)$

当负载及下限频率确定时，激励电感L₀可由式(IV)求得，那么就可以确定阻抗变换器202的初级绕阻了，进一步，可根据初级绕阻和在中频段求得的初、次级线圈变比求得次级绕组。

在本申请实施例中，阻抗变换器202磁芯采用环形纳米晶铁芯，请参考图5A，为环形纳米晶铁芯的几何尺寸设计示意图，铁芯的厚度为75mm、内径为180mm、外径为260mm；由于纳米晶铁芯易碎，在具体应用中需要为其加装不锈钢或塑料护套，以对其进行保护。环形纳米晶铁芯饱和磁感应强度Bs大于1.24T，有效磁导率达10⁵，依据经验公式可计算铁芯截面积,S＝0.2P_Lf_l(cm²),其中P_L为阻抗变换器202向负载输出的功率，f_l为下限频率；初级线圈匝数L₀为激励电感，l_c为铁芯磁路平均长度，S为磁芯截面积；根据不同的测量需求，即接地网负载的不同，可采用不同的初、次级线圈变比。

具体的，在本申请实施例中，请参考图5B，为阻抗变换器的线圈绕组线径与匝数示意图，在铁芯202-3上绕制阻抗变换器的初级线圈202-1和次级线圈202-2。其中，初级线圈202-1的绕组线径为2.0mm(即图中所示φ2.0)，匝数为160(即图中所示160T)，输入电流为30A；次级线圈202-2的绕组线径在抽头202-21处为3.7mm(即图中所示φ3.7)、在抽头202-22处为2.0mm(即图中所示φ2.0)、在抽头202-23和抽头202-24处为1.4mm(即图中所示φ1.4)，四个抽头(202-21～202-24)处的匝数均为80(即图中所示80T)、输出电流为60A。具体的，当选择抽头202-21作为阻抗变阻器202的输出端时，初、次级线圈变比为2:1；当选择抽头202-22作为阻抗变阻器202的输出端时，初、次级线圈变比为1:1；当选择抽头202-23作为阻抗变阻器202的输出端时，初、次级线圈变比为2:3；当选择抽头202-24作为阻抗变阻器202的输出端时，初、次级线圈变比为1:2。

功率放大电路103的输出端连接阻抗变换器202的初级绕组(即初级线圈202-1)，根据测量需要，选择合适的次级绕组，即选择合适的次级线圈202-2的抽头作为输出端，如果需要输出较高的激励电压信号，则选择2:3或1:2的初、次级线圈变比，如果需要输出较高的激励电流信号，则选择2:1或1:1的初、次级线圈变比。具体的，当测量接地网电位信号时，需要向接地网注入高压小电流的激励信号，则选择1:2的初、次级线圈变比，当测量接地网磁场信号时，需要向接地网注入低压大电流的激励信号，则选择2:1的初、次级线圈变比。

可见，在本实施例中，通过初级线圈的设计，在较宽频带内，满足功率放大器的负载要求；通过使次级线圈采用多抽头输出，实现了利用改变初、次级线圈变比的方法，根据测量的实际需要，提升输出电流或电压，以获得所需的激励信号；磁芯(即铁芯)材质的选择，能保证在工作频带内，较大工作电流的情况下，具有较好的转换效率。

进一步，请参考图6，计时控制器201可通过现场可编程逻辑门阵列FPGA来实现，选择FPGA的四个通用输入输出端口(GPIO_1～GPIO_4)作为信号输入端，分别与次级线圈202-2的四个抽头(202-21～202-24)一一对应连接，FPGA的时钟输入端口F_clk与信号激励源10的脉冲信号发生器102的输出端相连，另外选择FPGA的一通用输入输出端口GPIO_5作为信号输出端，用于与接地网连接。可通过简单的程序控制FPGA的信号输出端口GPIO_5输出所述四个输入端口(GPIO_1～GPIO_4)中的一个输入端口接收的激励信号。

在图6中，信号激励源10的正弦信号发生器101和脉冲信号发生器102产生初级激励信号，并输出至功率放大电路103进行功率放大处理后输出至阻抗变换电路20的阻抗变化器202的初级线圈202-1，并通过次级线圈202-2的四个抽头(202-21～202-24)输出至FPGA中，以使FPGA基于对时钟脉冲信号的计数判断，依次输出来自四个抽头(202-21～202-24)的激励信号至接地网。

由于功率放大电路103的负载会受到实际所接的接地网阻抗的影响，通过4种初、次级线圈变比可以使功率放大电路103总负载有4种选择，能够最大限度的实现阻抗匹配，即可根据接地网负载的不同选择合适初、次级线圈变比的抽头与所述接地网连接，从而使信号激励源的内阻抗与所述接地网的负载阻抗匹配；但实际中也很难实现完全匹配，但在一定范围内，能满足接地网测试所需即可；当然，也可以根据实际需要添加其它初、次级线圈变比的绕组，并接上外引接头与计时控制器201的输入端口相连。

在本申请实施例中，为了在控制阻抗变换器202的次级线圈202-2的多个抽头中每个抽头自动依次与接地网连接时，能够通过计时控制器201停止时钟脉冲计数，实现控制多个抽头中某个抽头保持与接地网连接，如图7所示，所述电源装置还包括：一开关件30；

所述开关件30包括：用于与所述信号激励源10连接的第一接线端301和用于与所述计时控制器201连接的第二接线端302；当所述开关件30处于闭合状态时，所述计时控制器201能够从所述信号激励源10获取脉冲激励信号作为时钟脉冲信号，并进行时钟脉冲计数；当所述开关件30处于断开状态时，所述计时控制器201停止所述时钟脉冲计数；其中，所述计时控制器201能够基于所述时钟脉冲计数对所述阻抗变换器202的输出进行控制。

例如，在开关件30处于闭合状态时，计时控制器201可基于对时钟脉冲的计数依次选择四个抽头(202-21～202-24)的输入信号进行输出，接地网检测人员可根据观察到的检测结果，确定出当计时控制器201选择四个抽头(202-21～202-24)中哪个抽头(如抽头202-21)的输入信号作为输出信号时检测效果最好，然后控制所述开关件30处于断开状态，使得计时控制器201的脉冲计数停止，并实现抽头202-21输出的激励信号持续注入接地网。

可见，在本申请实施例中，输电线路接地网检测专用电源装置能够自动的依次选择阻抗变换器次级线圈的多个抽头的激励信号进行输出，并注入到接地网，便于接地网检测人员快速确定信号激励源内阻抗与接地网负载阻抗的激励信号输出档位，并在信号激励源的内阻抗与接地网的负载阻抗处于最佳匹配状态时，对接地网进行检测

在具体实施过程中，为了能够对从所述阻抗变换电路输出的激励信号的电压和/或电流进行监控，以便工作人员实时获知所述电源装置向接地网注入的激励信号的电压值和电流值，请参考图8，所述电源装置还包括：

与所述阻抗变换电路20连接的电压电流监控电路40，用于对从所述阻抗变换电路20输出的激励信号的电压和/或电流进行监控。

具体的，本实施例中的电压电流监控电路40的总体框图如图8所示，该设计通过电压互感器401和电流互感器402来对回路的电压、电流信号进行采样，并将得到的电压、电流信号输入到芯片CS5460A的电压电流信号输入端，两路信号在芯片内部实现A/D转换(即模数转换)，并通过内部运算将电流、电压等各种数据的结果存入指定的寄存器中，以使单片机CS8051F310控制LED对存储的电压、电流数据结果进行输出显示。

其中，CS5460A是一款用于测量电压、电流、功率、能量的集成芯片，该芯片的主要特点是精度高、性能强、成本低且无需微控制器也可独立运行，该芯片带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路，此芯片具有测量瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率、电压有效值、电流有效值、功率有效值及电能计量的功能。CS8051F310是一款完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片。

在本申请实施例中，信号激励源10的电路部分可以利用现有技术进行组装，其中，供电电源30采用开关电源，可对50Hz、220V市电直接进行整流和滤波，通过开关变压器为各部分电路提供所需的直流工作电压，如为信号激励源的输出电流及频率显示电路供电电压为+12V，为功率放大电路供电电压为±90V。

总而言之，在本申请方案中，通过对现有线性功率放大器的改进和阻抗变换器的设计，在较宽频带内，保证接地网检测专用电源装置具有足够电流输出能力，同时解决了功率放大器与接地网负载匹配的问题，能够适应不同的接地网负载，实现了频率和电流的连续可调节，具体的，工作频率为10Hz～50kHz，负载范围(0.2～10)Ω，输出电流范围为(0～50)A，输出电压范围为(0～350)V；具备正弦波信号和占空比可调的脉冲信号两种工作方式，可根据测量需要，通过阻抗变换器初、次级线圈变比的选择，获得较高的输出电压或激励电流信号，同时输出信号的频率和电流有数码管适时显示，使用方便，用途广泛，可以满足输电线路接地网接地性能检测和故障诊断的多种需要。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种输电线路接地网检测专用电源装置，应用于一输电线路接地网检测设备中，其特征在于，所述电源装置用于向一接地网注入激励信号，以使所述接地网基于所述激励信号产生磁感信号；所述接地网检测设备能够基于所述磁感信号对所述接地网进行缺陷诊断，所述电源装置包括：

信号激励源(10)，用于产生所述激励信号；所述激励信号包括正弦激励信号和脉冲激励信号；

阻抗变换电路(20)，包括：与所述信号激励源(10)连接的计时控制器(201)以及分别与所述信号激励源(10)和所述计时控制器(201)连接的阻抗变换器(202)；其中，所述计时控制器(201)能够在所述信号激励源(10)的激励作用下对所述阻抗变换器(202)的输出进行控制，以使所述阻抗变换电路(20)对所述信号激励源(10)的内阻抗与所述接地网的负载阻抗进行匹配，从而使得所述信号激励源(10)通过所述阻抗变换电路(20)向所述接地网注入匹配功率的激励信号；

分别与所述信号激励源(10)和所述阻抗变换电路(20)连接的供电电源(30)，用于为所述信号激励源(10)和所述阻抗变换电路(20)供电。

2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述信号激励源(10)包括：

正弦信号发生器(101)，用于产生所述正弦激励信号；

脉冲信号发生器(102)，用于产生所述脉冲激励信号；

分别与所述正弦信号发生器(101)和所述脉冲信号发生器(102)连接的功率放大电路(103)，用于对所述正弦激励信号和/或所述脉冲激励信号进行功率放大；

其中，所述计时控制器(201)与所述脉冲信号发生器(102)连接。

3.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述阻抗变换器(202)包括：

初级线圈(202-1)、次级线圈(202-2)和铁芯(202-3)；

其中，所述铁芯(202-3)具体为环形的纳米晶材质的铁芯；所述初级线圈(202-1)和所述次级线圈(202-2)缠绕在所述铁芯(202-3)上；所述初级线圈(202-1)用于与所述信号激励源(10)连接；所述次级线圈(202-2)上设置有用于与所述接地网连接的N个抽头(202-21～202-2N)，所述N个抽头(202-21～202-2N)分别对应不同的初、次级线圈变比，其中，N为大于等于1的整数。

4.如权利要求3所述的电源装置，其特征在于，所述计时控制器(201)包括N个信号输入端(201-1～201-N)和一时钟输入端(CLK)；

其中，所述N个信号输入端(201-1～201-N)一一对应与所述N个抽头(202-21～202-2N)连接；所述时钟输入端(CLK)与所述信号激励源(10)的脉冲信号输出端连接。

5.如权利要求1～4任一权项所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置包括：一开关件(30)；

所述开关件(30)包括：用于与所述信号激励源(10)连接的第一接线端(301)和用于与所述计时控制器(201)连接的第二接线端(302)；当所述开关件(30)处于闭合状态时，所述计时控制器(201)能够从所述信号激励源(10)获取脉冲激励信号作为时钟脉冲信号，并进行时钟脉冲计数；当所述开关件(30)处于断开状态时，所述计时控制器(201)停止所述时钟脉冲计数；其中，所述计时控制器(201)能够基于所述时钟脉冲计数对所述阻抗变换器(202)的输出进行控制。

6.如权利要求1～4任一权项所述的电源装置，其特征在于，所述电源装置还包括：

与所述阻抗变换电路(20)连接的电压电流监控电路(40)，用于对从所述阻抗变换电路(20)输出的激励信号的电压和/或电流进行监控。