CN206074741U - 一种用于接地网缺陷诊断的检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于接地网缺陷诊断的检测电路，包括依次连接的探测线圈、一级放大滤波单元、工频陷波单元、二级放大滤波单元、带通滤波单元、三级放大滤波单元和交直流转换单元；一级放大滤波单元、二级放大滤波单元和三级放大滤波单元结构相同，均包括滤波电路、仪表放大器、RC滤波器和电压跟随器。本实用新型的放大滤波单元在仪表放大器的外围增设滤波电路、RC滤波器及电压跟随器，用于滤除空间工频干扰信号；整个电路共设三级放大滤波，增加工频信号滤波效果，提高变电站接地网缺陷诊断的精度；使用交直流转换器将交流信号转换成直流信号，得到确定的输出值，便于后期的读取和分析。

Description

一种用于接地网缺陷诊断的检测电路

技术领域

本实用新型属于电力技术领域，特别涉及一种用于变电站接地网缺陷诊断的检测电路。

背景技术

接地网是变电站安全运行的重要保证，对保护站内工作人员的人身安全和各种电气设备的正常运行至关重要，其接地性能一直受到生产运行部门的重视。接地网的工频接地参数和设计问题受到许多学者的关注。对于钢质材料的接地网，在多雨和沿海地区，随着使用年限的增加，易发生腐蚀，可能使接地导体变细甚至断裂，破坏接地网的原有结构，降低接地网的接地性能，当系统遭受雷击或发生短路故障时可能造成事故扩大，危及设备和人身安全。

近年来，检测变电站接地网的缺陷已成为电力部门一项重大的反事故措施。一直以来，接地网缺陷诊断的手段都非常繁琐，现有了解接地网缺陷的常见手段就是根据当地发变电站土壤的电阻率以及电气设备的工作情况，经验的估计接地导体的情况，停电进行抽样开挖。这种手段不仅工作量大、速度慢，而且受到现场条件的限制，并不能对地网的故障进行正确的判断。与此同时，由于发变电站承担着国民生活的用电任务，每一次停电开挖都会对国民经济带来很大的损失，这样就限制了实际的操作性。

目前已提出了一些不用挖开接地网就能实现变电站接地网缺陷诊断的设备，如专利号为ZL200720138421.6的实用新型专利公开了名称为“一种变电站接地网缺陷诊断装置”的技术方案，该装置包括激励源、探测线圈、信号处理电路和采集分析系统，激励源的输出端连接被测地网的两下引导体之间，探测线圈的信号输出端接信号处理电路的输入端，信号处理电路的输出端接采集分析系统的输入端。该方案在不开挖检测情况下，利用激励源直接向地网注入激励电源，探测线圈测量注入电流在地表激发的磁感应强度分布，同时仿真计算接地网正常情况下的地表磁感应强度分布，根据测量结果与仿真计算结果进行比较，根据两者的差异，诊断接地网腐蚀变细或断裂缺陷的具体位置和程度。但是，变电站环境中有强烈的工频(50Hz)干扰，所以要检测出不同频率的激励源在地下激发的磁场强度，必须滤除工频干扰，而该装置中的信号处理电路仅有工频陷波电路可抑制工频信号，过滤效果差，影响检测精度。

发明内容

本实用新型要解决现有变电站接地网缺陷检测设备滤除工频干扰信号效果差，导致检测精度不高的问题。

为解决上述问题，本实用新型提出了一种用于接地网缺陷诊断的检测电路，包括依次连接的探测线圈、一级放大滤波单元、工频陷波单元、二级放大滤波单元、带通滤波单元、三级放大滤波单元和交直流转换单元；所述一级放大滤波单元包括滤波电路、仪表放大器、RC滤波器和电压跟随器，探测线圈连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接仪表放大器的正反相输入端，RC滤波器通过电压跟随器与仪表放大器的参考电压输入端相连，仪表放大器的输出端连接工频陷波单元的输入端；所述二级放大滤波单元、三级放大滤波单元和一级放大滤波单元的结构相同。

放大滤波单元中使用仪表放大器对信号进行放大，可靠性高，利用RC滤波器来过滤工频干扰信号，整个检测电路通过三级结构相同的放大滤波单元，可有效滤除工频干扰，提高变电站接地网缺陷诊断的效率和精度；通过交直流转换器可将输出信号转换成直流，便于后期的读取和分析，提高了测试电路的可行性和实用性。

进一步的，所述仪表放大器采用INA118放大芯片，芯片的2脚和3脚连接滤波电路，芯片的1脚与8脚之间连接有第一可调电阻，第一可调电阻用于调节放大芯片的放大倍数，芯片的5脚连接电压跟随器，芯片的6脚连接工频陷波单元的输入端。

INA118具有精度高、低功耗等优点，它在较高的增益下也能保持很高的频带宽度，且内置输入过压保护，可通过外置不同大小的电阻实现不同的放大倍数。将其用于检测电路中，提高变电站接地网缺陷诊断的精度且保证电路的安全。

进一步的，所述电压跟随器由输出端与反相输入端连接的集成运算放大器构成，RC滤波器的输出端连接集成运算放大器的同相输入端，集成运算放大器的输出端连接仪表放大器的参考电压输入端。

由于集成运放具有极高的开环增益，所以用集成运算放大器构成的电压跟随器的性能非常接近理想状态，并且无外围元件，无须调整，在电路中使用方便，且具有极低的输出阻抗，可连接于仪表放大器的参考电压输入端。

进一步的，所述带通滤波单元采用集成滤波芯片LTC1060，其信号输入端连接二级放大滤波单元的输出端，LTC1060的信号输出端连接三级放大滤波单元的输入端，LTC1060的时钟信号输入端接有晶体振荡器。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：(1)本实用新型的滤波放大单元在仪表放大器的正反相输入端增设滤波电路，在仪表放大器的参考电压输入端增设RC滤波器及电压跟随器，在放大信号的同时滤除空间工频干扰信号；(2)本实用新型在探测线圈与工频陷波单元之间、工频陷波单元与带通滤波单元之间及带通滤波单元与交流转换单元之间均设置放大滤波单元，整个电路共三级放大滤波，增加工频信号过滤效果，提高变电站接地网缺陷诊断的精度；(3)通过交直流转换器可将交流信号转换成直流信号，不需使用示波器去显示检测结果波形，而是能够得到确定的输出值，便于后期的读取和分析，提高了检测电路的可行性和实用性。

附图说明

图1是本实用新型的原理方框图。

图2是本实用新型的探测线圈与一级放大滤波单元的实施例电路连接图。

图3是本实用新型的工频陷波单元的实施例电路连接图。

图4是本实用新型的二级放大滤波单元的实施例电路连接图。

图5是本实用新型的带通滤波单元的实施例电路连接图。

图6是本实用新型的三级放大滤波单元的实施例电路连接图。

图7是本实用新型的交直流转换单元的实施例电路连接图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型给出的技术方案作详细阐述。

本实用新型公开了一种用于变电站接地网缺陷诊断的检测电路，图1是本实用新型的原理方框图，利用探测线圈切割空间磁场，产生的电信号依次经过一级放大滤波单元、工频陷波单元、二级放大滤波单元、带通滤波单元、三级放大滤波单元和交直流转换单元，输出可以采集的直流电压值。具体实现如下：

(1)探测线圈与一级放大滤波单元

如图2所示，一级放大滤波单元由过滤电路、仪表放大器009、电压跟随器018和RC滤波器组成，探测线圈L1与探测线圈L2串联后两端通过滤波电路与仪表放大器009的正反相输入端相连，两个探测线圈切割空间磁场产生交变电流，之后电信号通过两个电阻R₀₀₃、R₀₀₄，经过电容C₀₀₆、C₀₀₇和C₀₀₈滤波，送入仪表放大器009中进行放大。本实施例中仪表放大器009使用INA118芯片，芯片的2脚和3脚连接滤波电路，芯片的1脚与8脚之间连接有第一可调电阻，其用于调节放大芯片的放大倍数。本实施例中，芯片的1脚与8脚之间采用500Ω电阻和50KΩ可变电阻串联，放大芯片的放大倍数计算公式为：

放大倍数范围：

计算得到放大芯片的放大倍数在2～100间可调。芯片的6脚为输出脚，连接工频陷波单元的输入端。芯片的5脚连接电压跟随器018和RC滤波器。本实施例中RC滤波器由电容C₀₁₂、C₀₁₃和R₀₁₄、R₀₁₅、R₀₁₆、R₀₁₇构成，用于滤除空间工频，减少空间频率的干扰。电压跟随器018由集成运算放大器LF353构成，放大器LF353的1脚连接自身的3脚及放大芯片INA118的5脚，放大器LF353的3脚通过第二可调电阻连接RC滤波器。

(2)工频陷波单元

图3是工频陷波单元的实施例电路连接图。本实施例采用双T网络构成50Hz的工频陷波单元，其中第一放大器027和第二放大器028均使用LM8272芯片，且均接成电压跟随器模式。具体为，电阻R₀₁₉和R₀₂₀串联连接后接于一级放大滤波电路的输出端与第一放大器027的正相输入端之间，它们的串接点经两并联电容C₀₂₂、C₀₂₃与第二放大器028的输出端连接，电容C₀₂₁和C₀₂₆串联连接后也接于一级放大滤波电路的输出端与第一放大器027的正相输入端之间，它们的串接点经两并联电阻R₀₂₄、R₀₂₅与第二放大器028的输出端连接，第一放大器027的输出端经第三可调电阻030连接第二放大器028的正相输入端，第一放大器027的输出端作为整个工频陷波单元的输出，将信号传输给二级放大滤波单元。

双T网络只有在离中心频率较远时才能达到较好的衰减特性，因此其Q值不高，加入电压跟随器是为了提高Q值，本实施例中，Q值可以提高到50以上，调节R₀₁₉和R₀₂₀的阻值，来控制陷波器的滤波特性，包括带阻滤波的频带宽度和Q值的高低。本实施例中R₀₁₉和R₀₂₀的阻值取68KΩ,电容C₀₂₁和C₀₂₆取47nF，则

由上式可以得出工频陷波单元的中心频率f₀＝50HZ，f_H＝120HZ，f_L＝20HZ，可有效过滤工频信号(工频信号的频率为50HZ)。

(3)二级放大滤波单元和三级放大滤波单元

如图4、6所示，二级放大滤波单元、三级放大滤波单元与一级放大滤波单元结构相同，运用仪表放大器INA118对信号进行放大，使用RC滤波器，减少空间工频的干扰，并用集成运算放大器LF353构成电压跟随器，起缓冲作用。二级放大滤波单元连接在工频陷波单元与带通滤波单元之间，三级放大滤波单元连接在带通滤波单元与交直流转换单元之间，提高了对工频信号的滤波效果，提高变电站接地网缺陷诊断的效率和精度。

(4)带通滤波单元和交直流转换单元

如图5所示，本实施例中，带通滤波单元采用集成滤波芯片LTC1060，其信号输入端INVA连接二级放大滤波单元的输出端，LTC1060的信号输出端BPB连接三级放大滤波单元的输入端，LTC1060的时钟信号输入端CLK接有晶体振荡器051，晶体振荡器051为芯片LTC1060提供20Khz时钟信号。带通滤波单元的中心频率范围为

通过电阻配置，使设计的带通滤波器中心频率为500Hz，频带宽为50Hz。带通滤波单元中可使用其余型号的集成滤波芯片，不局限于使用LTC1060芯片。

如图7所示，本实施例中，交直流转换单元采用AD536芯片，其Vin端连接三级放大滤波单元的输出端，AD536芯片将正弦波信号转化为直流电压信号，从其OUT端输出。交直流转换单元对采集的信号进行交直流转换，便于后期的读取和分析，提高了测试电路的可行性和实用性。交直流转换单元中可选用其余交直流转换芯片芯片，不局限于使用AD536芯片。

采集到电压值后，根据测量电压与地表磁感应强度关系：

V_om＝k×B_xm (8)

(式中B_xm为地表磁场强度，V_om为磁场强度所对应的测量电压值，转换系数k＝2πfNSA，N为线圈匝数，S为线圈截面积，A为测量系统总增益)及地表磁感应强度与接地网电阻值关系：

(式中S为测量点到接地网的矢量距离)，可诊断出接地网的缺陷。

本实用新型提出的这种检测电路无需进行接地网的开挖，提高了接地网缺陷诊断的检测效率和检测精度。

Claims (4)

1.一种用于接地网缺陷诊断的检测电路，其特征在于：包括依次连接的探测线圈、一级放大滤波单元、工频陷波单元、二级放大滤波单元、带通滤波单元、三级放大滤波单元和交直流转换单元；所述一级放大滤波单元包括滤波电路、仪表放大器、RC滤波器和电压跟随器，探测线圈连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接仪表放大器的正反相输入端，RC滤波器通过电压跟随器与仪表放大器的参考电压输入端相连，仪表放大器的输出端连接工频陷波单元的输入端；所述一级放大滤波单元、二级放大滤波单元和三级放大滤波单元的结构相同。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：所述仪表放大器采用INA118放大芯片，芯片的2脚和3脚连接滤波电路，芯片的1脚与8脚之间连接有第一可调电阻，第一可调电阻用于调节放大芯片的放大倍数，芯片的5脚连接电压跟随器，芯片的6脚连接工频陷波单元的输入端。

3.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：所述电压跟随器由输出端与反相输入端连接的集成运算放大器构成，RC滤波器的输出端连接集成运算放大器的同相输入端，集成运算放大器的输出端连接仪表放大器的参考电压输入端。

4.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：所述带通滤波单元采用集成滤波芯片LTC1060，其信号输入端连接二级放大滤波单元的输出端，LTC1060的信号输出端连接三级放大滤波单元的输入端，LTC1060的时钟信号输入端连接有晶体振荡器。