CN206920522U - 接地网电阻在线监测系统 - Google Patents

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屈博
张哲�
李传华
李长江
张辉
张轶敏
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Abstract

本实用新型公开了一种接地网电阻在线监测系统,涉及电力系统技术领域。它包含异频功率单元、数据采集单元、滤波分析单元、数据处理单元、系统控制单元、通讯单元和外部系统,异频功率单元与被测电力设备连接,被测电力设备与数据采集单元连接,数据采集单元与滤波分析单元连接,滤波分析单元与数据处理单元连接,系统控制单元分别与异频功率单元、数据采集单元、滤波分析单元和数据处理单元连接,系统控制单元通过通讯单元与外部系统连接。本实用新型能够适时监测接地装置特性参数,通过实时监控接地装置的接地电阻指标变化趋势,使相关部门能及时掌握地网安全性能并制定相应的应对措施,有效预防人身及设备安全事故发生。

Description

接地网电阻在线监测系统
技术领域
本实用新型涉及电力系统技术领域,尤其是接地网电阻的测量技术,具体涉及一种接地网电阻在线监测系统。
背景技术
近些年来,国内多处变电站因雷击形成扩大事故,多数与地网接地电阻不合格有关,接地网起着工作接地和保护接地的作用,当接地电阻过大则:发生接地故障时,使中性点电压偏移增大,可能使健全相和中性点电压过高,超过绝缘要求的水平而造成设备损坏。
在雷击或雷电波袭击时,由于电流很大,会产生很高的残压,使附近的设备遭受到反击的威胁,并降低接地网本身保护设备(架空输电线路及变电站电气设备)带电导体的耐雷水平,达不到设计的要求而损坏设备。同时,接地系统的接地电阻是否合格直接关系到变电站运行人员、变电检修人员人身安全;但由于土壤对接地装置具有腐蚀作用,随着运行时间的加长,接地装置已有腐蚀,影响变电站的安全运行。
因此,必须大力加强对地网接地电阻的定期监测;运行中变电站地网接地电阻的测量,由于受系统流入地网电流的干扰以及试验引线线间的干扰,使测试结果产生较大的误差。特别是大型接地网接地电阻很小(一般在0.5Ω以下),即使细微的干扰也会对测试结果产生很大的影响;如果对地网接地电阻测试不准确,不仅损坏设备,而且会造成诸如地网误改造等不必要的损失,所以对接地网接地阻抗测试及其测试数据对于整个变电站有着不可忽视的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能够适时监测接地装置特性参数,通过实时监控接地装置的接地电阻指标变化趋势,使相关部门能及时掌握地网安全性能并制定相应的应对措施,有效预防人身及设备安全事故发生的接地网电阻在线监测系统。
为了解决背景技术所存在的问题,本实用新型是采用以下技术方案:一种接地网电阻在线监测系统,它包含异频功率单元、数据采集单元、滤波分析单元、数据处理单元、系统控制单元、通讯单元和外部系统,异频功率单元与被测电力设备连接,被测电力设备与数据采集单元连接,数据采集单元与滤波分析单元连接,滤波分析单元与数据处理单元连接,系统控制单元分别与异频功率单元、数据采集单元、滤波分析单元和数据处理单元连接,系统控制单元通过通讯单元与外部系统连接。
作为本实用新型的进一步改进;所述的数据采集单元为多通道数据采集单元。
作为本实用新型的进一步改进;所述的系统控制单元为采用嵌入式处理器控制系统。
作为本实用新型的进一步改进;所述的异频功率单元采用高功率 IGBT 模块设计。
作为本实用新型的进一步改进;所述的异频功率单元、数据采集单元、滤波分析单元、数据处理单元、系统控制单元、通讯单元和外部系统均集成在一个19英寸标准机柜内,柜体安装在变电站集控室内,其电流极与电压极布置在变电站周围或站内比较空旷的区域。
作为本实用新型的进一步改进;所述的电流极与被测地网之间的距离为10m至20m之间。
作为本实用新型的进一步改进;所述的系统控制单元的架构包含用户交互层、业务外观层、业务逻辑层、数据访问层和数据库,用户交互层与业务外观层相互连接,业务外观层分别与数据访问层和业务逻辑层相互连接,业务逻辑层与数据访问层相互连接,数据访问层和数据库相互连接。
采用上述技术方案后,本实用新型具有以下有益效果:
适用于各类电力设施接地网的接地电阻在线监测分析与故障诊断,广泛应用于各类变电站、火电厂、水电站、换流站以及各类大中型工矿企业等。能够适时监测接地装置特性参数,该系统通过实时监控接地装置的接地电阻指标变化趋势,使相关部门能及时掌握地网安全性能并制定相应的应对措施,有效预防人身及设备安全事故的发生。系统通过就地模块连续采集地网实时监测数据,经后台处理后进行智能判断,实现对地网安全性能的实时控制,在数据采集、传输、处理以及输出过程全部采用数字化模式,各分系统间以IEC61850通信规范基础进行构建,符合数字化变电站的网络化二次设备分层结构,方便后期植入数字化变电站的扩展工作。
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一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型所提供的实施例的结构框图;
图2为本实用新型所提供的实施例的原理图;
图3为本实用新型所提供的实施例的系统架构图;
附图标记:
1—异频功率单元;2—被测电力设备;3—数据采集单元;4—滤波分析单元;5—数据处理单元;6—系统控制单元;7—通讯单元;8—外部系统;9—用户交互层;10—业务外观层;11—业务逻辑层;12—数据访问层;13—数据库。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施方式,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
请参阅图1,本具体实施方式采用以下技术方案:一种接地网电阻在线监测系统,它包含异频功率单元1、被测电力设备2、数据采集单元3、滤波分析单元4、数据处理单元5、系统控制单元6、通讯单元7和外部系统8,异频功率单元1与被测电力设备2连接,被测电力设备2与数据采集单元3连接,数据采集单元3与滤波分析单元4连接,滤波分析单元4与数据处理单元5连接,系统控制单元6分别与异频功率单元1、数据采集单元3、滤波分析单元4和数据处理单元5连接,系统控制单元6通过通讯单元7与外部系统8连接。所述的异频功率单元1、数据采集单元3、滤波分析单元4、数据处理单元5、系统控制单元6、通讯单元7和外部系统8均集成在一个2200*800*600mm的19英寸标准机柜内,柜体安装在变电站集控室内,其电流极与电压极布置在变电站周围或站内比较空旷的区域,所述的电流极与被测地网之间的距离为10m至20m之间。
所述的数据采集单元3为多通道数据采集单元。
所述的系统控制单元6为采用嵌入式处理器控制系统。
所述的异频功率单元1采用高功率 IGBT 模块设计。
本实用新型的原理为:
接地电阻监测系统所有部件均集成在一个2200*800*600mm的19英寸标准机柜内,柜体安装在变电站集控室内,其电流极与电压极布置在变电站周围或站内比较空旷的区域,系统采用当前最先进的数字选频测量(电子对抗)技术,具有超强的抗干扰能力,彻底消除了由工频感应、零序电流、谐波和杂散信号的干扰给测量带来的误差;系统采用纯正弦波大功率信号源做为测试电源,多频点采集数据,克服了双点异频插值法的局限性;该系统功能强大、性能优越、使用方便。
请参阅图2,接地电阻监测系统工作时,采用大功率异频设备在被测地网与电流极间激起回路电流,使用多路电压采集器(数据采集单元3)同步采集各被测电力设备2与电压极之间的电压波形,通过滤波分析单元4计算各设备与零电位之间的异频电压差,从而计算各设备的接地电阻。
该系统输出频率为45Hz~55Hz,采用军用电子对抗数字化分析滤波技术,抗干扰能力极强,选频特性尖锐,通过高精度选频 + 自动换挡技术,根据接地电阻的变化全自动切换量程,保证了在高低量程范围的测量精度。如图2所示:变频信号源输出频率为f的稳定的功率信号,f与电网工频f0 偏移量为△f。大功率信号进入变压器,耦合将设备与设备隔离,匹配回路阻抗,输出较大的信号。原理上通过测量流经地网的电流I,以及在地网上产生压降U,则接地阻抗为Z=U/I。即测量变频电压信号、电流信号得到相应的参数。
该系统采用短距测量技术,电流极与被测地网之间的距离较短(10m至20m之间),电压极位置需要通过定标方式确定,即必须通过常规方法测出地网的实际阻值之后,通过试探法找到电流极与被测地网之间的零电位点并将电压极敷设在该处,对于由被测地网、电流极、大地组成的线性电路而言,在电流极位置固定的情况下,该零电位位置并不会随测试电流的改变而改变,因此能保证所测阻值即为被测地网的接地阻抗值,从而实现在线监测功能。
请参阅图3,本实用新型中的系统控制单元6的架构包含用户交互层9、业务外观层10、业务逻辑层11、数据访问层12和数据库13,用户交互层9与业务外观层10相互连接,业务外观层10分别与数据访问层12和业务逻辑层11相互连接,业务逻辑层11与数据访问层12相互连接,数据访问层12和数据库13相互连接。
用户交互层9调用业务外观层10接口为最终操作用户提供良好的交互界面,用作实现的一部分;业务外观层10很好地把对象搭配起来,通过业务逻辑层11和数据访问层12提供的服务,为用户交互层9提供一致的功能调用接口;数据库13选用性价比优良的SQLSERVER 2005,具备如下特点:真正的客户机/服务器体系结构,图形化用户界面,使系统管理和数据库管理更加直观、简单,丰富的编程接口工具,为用户进行程序设计提供了更大的选择余地,SQL Server与Windows server 2003完全集成,利用了Windows的许多功能,如发送和接受消息,管理登录安全性等。很好地满足了接地电阻在线状态监测的需要,实现了数据分析、数据显示、实时监测、报表、参数设置等功能。
本实用新型具有以下特点:
多线程、在线监测各被测设备的接地电阻变化趋势;独有短距测量技术,大大降低接地电阻测试难度;功率单元采用高功率 IGBT 模块设计,降低电路复杂度,提升产品稳定度,减少电力损耗;采用异频测量技术,抗干扰性能强,提高系统测量精度;成熟可靠的通信方式,采用标准网络协议,支持远程数据传输;数据采集可靠性高,增益量程自校准功能;环境适应能力强,成功应用于高寒、高温、高湿度、地区;抗干扰性能高,电磁兼容性能满足GB/T17626与IEC61000标准;开放的数据库,可接入电力系统局域网。
此外,系统采用了模块化设计,高性能嵌入式处理器的应用使接地电阻线监测系统更加稳定可靠,并具有下列特点:更快的分析周期,完成一次自动测量仅需10秒,监测周期可根据用户要求任意设置,推荐为12小时;多通道采样设计,标配为16通道(可扩展至64通道),实现多点监测,轮询监测或同步监测模式可选择;采用恒流输出设计,系统自动根据土壤电阻率变化调节输出电压,保障足够测试电流的同时兼顾系统安全性;高性能、高精度数据采集分析,24位分辨率,高效频谱分析软件设计,测试精度≤1mΩ; 采用嵌入式处理器控制系统,将功率输出、数据采集、频谱分析、选频滤波、电阻计算、数据报警、设备状态监控等多功能集于一体,不会出现数据丢失等情况,大大提高了系统的可靠性和稳定性;各分系统间以IEC61850通信规范基础进行构建,符合数字化变电站的网络化二次设备分层结构,方便后期植入数字化变电站的扩展工作;支持TCP/IP网络协议,提供同类监测设备组网功能,可实现某一区域的集中远程诊断;可扩展性高,可便捷的与其它监测装置集成;系统结构紧凑,安装维护简便,操作人性化。
对于本领域技术人员而言,显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.接地网电阻在线监测系统,其特征在于,它包含异频功率单元、数据采集单元、滤波分析单元、数据处理单元、系统控制单元、通讯单元和外部系统,异频功率单元与被测电力设备连接,被测电力设备与数据采集单元连接,数据采集单元与滤波分析单元连接,滤波分析单元与数据处理单元连接,系统控制单元分别与异频功率单元、数据采集单元、滤波分析单元和数据处理单元连接,系统控制单元通过通讯单元与外部系统连接。
2.根据权利要求1所述的接地网电阻在线监测系统,其特征在于,所述的数据采集单元为多通道数据采集单元。
3.根据权利要求1所述的接地网电阻在线监测系统,其特征在于,所述的系统控制单元为采用嵌入式处理器控制系统。
4.根据权利要求1所述的接地网电阻在线监测系统,其特征在于,所述的异频功率单元采用高功率 IGBT 模块设计。
5.根据权利要求1所述的接地网电阻在线监测系统,其特征在于,所述的异频功率单元、数据采集单元、滤波分析单元、数据处理单元、系统控制单元、通讯单元和外部系统均集成在一个19英寸标准机柜内,柜体安装在变电站集控室内,其电流极与电压极布置在变电站周围或站内空旷的区域。
6.根据权利要求5所述的接地网电阻在线监测系统,其特征在于,所述的电流极与被测地网之间的距离为10m至20m之间。
7.根据权利要求1所述的接地网电阻在线监测系统,其特征在于,所述的系统控制单元的架构包含用户交互层、业务外观层、业务逻辑层、数据访问层和数据库,用户交互层与业务外观层相互连接,业务外观层分别与数据访问层和业务逻辑层相互连接,业务逻辑层与数据访问层相互连接,数据访问层和数据库相互连接。
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