CN209878912U - 一种接地网信号探测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种接地网信号探测系统，包括探测线圈、信号处理电路和采集分析系统，所述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，所述信号处理电路包括仪表放大器、工频陷波器、电压调节电路以及锁相放大器，所述探测线圈包括一体化结构的探测线圈框架、分别设置在所述探测线圈框架两侧的探测线圈屏蔽板以及探测线圈导波管。本实用新型基于电磁感应原理和锁相放大技术，利用探测线圈将接地网网格导体在地表激发的磁感应强度转变为感应电压信号，通过与激励信号频率的配合，能够有效抑制现场的电磁干扰，拨开主要干扰频点，使测量精度和分辨率能够满足缺陷诊断要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及接地网检测技术领域，具体而言，涉及一种接地网信号探测系统。
背景技术
输电铁塔接地网在电力输送的安全运行中起着十分重要的作用，其接地性能直接关系到输电线路的正常运行，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。接地装置一般为网格状的接地体，常常利用扁钢、圆钢、角钢、钢管或铜质材料等焊接组成网格，该网格常常埋于地下0.6～1米的深度，以便实现均压、散流和减小接地电阻的作用，根据需要在不同的网格位置处有接地导体与地面的电气设备相连。当输电线路发生短路或遭受雷击等故障时，瞬间的大电流经接地网分散入地，接地电阻越小，接地网的电位升就越低，这样地表的电位以及与接地网相连的电气设备的电位就低，从而保护电气设备和输电线路内工作人员的人身安全。但是钢质材料的接地网，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，破坏了接地网的原有结构，降低了接地性能，丧失了保护功能。
近年来，查找接地网断点和严重腐蚀段已成为电力部门一项重大的反事故措施。电力部门诊断接地网腐蚀或断裂缺陷的常用方法就是过一定年限后抽样挖开检查，根据输电线路处土壤的大致结构和腐蚀率，凭经验估计接地网网格导体的腐蚀程度。这种方法具有盲目性，工作量大，需要消耗大量的人力、物力和财力，同时还受到现场运行条件的制约，很难准确的诊断接地网缺陷。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种诊断效率高、操作简便、测量准确的接地网信号探测系统。
本实用新型采用的技术方案是：提供一种接地网信号探测系统，包括：探测线圈；信号处理电路，其输入端与所述探测线圈的输出端相连；采集分析系统，其输入端与所述信号处理电路的输出端相连；其中，所述信号处理电路包括：仪表放大器、工频陷波器、电压调节电路以及锁相放大器，所述仪表放大器的输入端与所述探测线圈相连，且所述仪表放大器、所述工频陷波器和所述电压调节电路依次相连，所述电压调节电路的输出端与所述采集分析系统相连；所述采集分析电路，包括：第一电阻(R2)、第二电阻(Rfb4)、第三电阻(Rfb3)、第四电阻(Rfb2)、第五电阻(Rfb1)、第六电阻(R1b)、第一MOS管(Q1)、第一三极管(Q2)、第二三极管(Q3)、第三三极管 (Q4)、第四三极管(Q5)、第五三极管(Q6)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、控制器(U1)、二极管(V2)；
所述采集分析电路的输入端与所述二极管(V2)的阴极、所述第一电容 (C1)的一端、所述第二电容(C2)的一端以及所述控制器(U1)的输入端、所述第一MOS管(Q1)漏极相连，所述二极管(V2)的阳极通过第一电阻 (R2)接地，且所述二极管(V2)的阳极与所述第一三极管(Q2)的基极相连，所述第一三极管(Q2)的发射极与所述第一电容(C1)的另一端相连，所述第一三极管(Q2)的集电极接地，所述控制器(U1)的工作电压与所述第二电容(C2)的另一端相连，所述控制器(U1)的门极与所述第一MOS 管(Q1)的栅极相连；
所述采集分析电路的输入端通过第二电阻(Rfb4)与所述第二三极管(Q3) 的发射极相连、通过第三电阻(Rfb3)与所述第三三极管(Q4)的发射机相连，所述第二三极管(Q3)的集电极通过所述第六电阻(R1b)与所述第一三极管(Q2)的集电极相连；所述第二三极管(Q3)的基极、所述第三三极管 (Q4)的基极、所述第三三极管(Q4)的集电极相连，所述第二三极管(Q3) 的集电极与所述控制器(U1)的反馈端相连，所述第三三极管(Q4)的集电极与所述第四三极管(Q5)的集电极相连，所述第四三极管(Q5)的发射极通过所述第四电阻(Rfb2)接地，所述第四三极管(Q5)的基极、所述第五三极管(Q6)的基极与所述第五三极管(Q6)的发射极相连，所述第五三极管(Q6)的发射极通过所述第五电阻(Rfb1)接地；所述第五三极管(Q6) 的集电极通过电感(L1)与所述第一MOS管(Q1)的源极相连。
本实用新型的优选实施方式中，所述工频陷波器包括第一运算电路和第二运算电路，所述第一运算电路和第二运算电路依次相连。
本实用新型的优选实施方式中，所述工频陷波器的输入端通过电阻与所述第一运算电路的正向输入端相连，所述第一运算电路的反向输入端通过电阻接地，所述第一运算电路的输出端通过与第二二极管(D4)的阴极相连，所述第二二极管(D4)的阳极通过电阻与所述第二运算电路的反向输入端相连，所述第二运算电路的正向输入端通过电阻接地。
本实用新型提供的信号探测系统基于电磁感应原理和锁相放大技术，利用探测线圈将接地网网格导体在地表激发的磁感应强度转变为感应电压信号，在输电线路复杂电磁环境下，对信号进行滤波、锁相放大和提取处理，进而得到注入电流在地表激发的磁感应强度分布，通过与激励信号频率的配合，能够有效抑制现场的电磁干扰，拨开主要干扰频点，使测量精度和分辨率能够满足缺陷诊断要求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型实施例的框线结构示意图；
图2是本实用新型实施例中阻抗变换器和负载的等效电路图。
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，以下结合附图及实施例，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例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型提供的信号探测系统用于接地网缺陷诊断中，在诊断时，通过激励源系统向接地网注入激励信号，以使接地网基于激励信号产生磁感信号，再通过该信号探测系统基于所述磁感信号对所述接地网进行缺陷诊断。
如图1所示，一种接地网信号探测系统，包括：探测线圈；信号处理电路，其输入端与所述探测线圈的输出端相连；采集分析系统，其输入端与所述信号处理电路的输出端相连；其中，所述信号处理电路包括：仪表放大器、工频陷波器、电压调节电路以及锁相放大器，所述仪表放大器的输入端与所述探测线圈相连，且所述仪表放大器、所述工频陷波器和所述电压调节电路依次相连，所述电压调节电路的输出端与所述采集分析系统相连；所述采集分析电路，包括：第一电阻(R2)、第二电阻(Rfb4)、第三电阻(Rfb3)、第四电阻(Rfb2)、第五电阻(Rfb1)、第六电阻(R1b)、第一MOS管(Q1)、第一三极管(Q2)、第二三极管(Q3)、第三三极管(Q4)、第四三极管(Q5)、第五三极管(Q6)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、控制器(U1)、二极管(V2)；
所述采集分析电路的输入端与所述二极管(V2)的阴极、所述第一电容 (C1)的一端、所述第二电容(C2)的一端以及所述控制器(U1)的输入端、所述第一MOS管(Q1)漏极相连，所述二极管(V2)的阳极通过第一电阻 (R2)接地，且所述二极管(V2)的阳极与所述第一三极管(Q2)的基极相连，所述第一三极管(Q2)的发射极与所述第一电容(C1)的另一端相连，所述第一三极管(Q2)的集电极接地，所述控制器(U1)的工作电压与所述第二电容(C2)的另一端相连，所述控制器(U1)的门极与所述第一MOS 管(Q1)的栅极相连；所述采集分析电路的输入端通过第二电阻(Rfb4)与所述第二三极管(Q3)的发射极相连、通过第三电阻(Rfb3)与所述第三三极管(Q4)的发射机相连，所述第二三极管(Q3)的集电极通过所述第六电阻(R1b)与所述第一三极管(Q2)的集电极相连；所述第二三极管(Q3) 的基极、所述第三三极管(Q4)的基极、所述第三三极管(Q4)的集电极相连，所述第二三极管(Q3)的集电极与所述控制器(U1)的反馈端相连，所述第三三极管(Q4)的集电极与所述第四三极管(Q5)的集电极相连，所述第四三极管(Q5)的发射极通过所述第四电阻(Rfb2)接地，所述第四三极管(Q5)的基极、所述第五三极管(Q6)的基极与所述第五三极管(Q6)的发射极相连，所述第五三极管(Q6)的发射极通过所述第五电阻(Rfb1)接地；所述第五三极管(Q6)的集电极通过电感(L1)与所述第一MOS管(Q1) 的源极相连。
可以理解的是，现有的接地网信号探测需要额定输入电压超过许多现有DC/DC控制器的VIN最大额定值，对此，传统的解决办法包括使用昂贵的前端保护或实现低端栅极驱动器件。这意味着采用隔离拓扑，如反激式转换器。隔离拓扑通常需要自定义磁性，且与非隔离方法相比，设计复杂性和成本也有所增加。
本实用新型，可以通过使用VIN小于系统输入电压的简易降压控制器来解决问题。
如图1中，非同步P通道控制器U1导出其偏置电源以驱动第一MOS管的栅极，可带来的效益，并且可能实现提供悬浮在0V电位以上的虚拟接地。对于第一三极管Q1来说电压来自接地的参考电源。这是使用升压电容器和二极管泵送的电荷，以提供高于VIN源极电位的栅极电压。使用第一MOS管可以显著简化该电压问题，要打开第一三极管Q1，栅极电位需要低于VIN的源极电位。因此，电源仅参考VIN，而非上面提到的VIN和接地。
控制器U1可以是LM5085，它是一个恒定导通时间(COT)控制器；因此，其导通时间(Ton)与VIN成反比。然而，当将VIN钳位到LM5085时， Ton将不再随着VIN(至功率级)的增加而调整，因为器件将具有由齐纳二极管V2设置的固定电压，而VIN将不断增大。这将导致频率下降，因为功率级输入电压的增加值超过LM5085的钳位电压；因此调节电压可能会稍微开始增加。因此，可以确保纹波被制定在可接受的范围内，以维持稳定性及最小化当纹波增加时的输出误差。提高整个接地网信号探测系统的准确性。
如图2所示，本实用新型的优选实施方式中，所述工频陷波器包括第一运算电路和第二运算电路，所述第一运算电路和第二运算电路依次相连。
本实用新型的优选实施方式中，所述工频陷波器的输入端通过电阻与所述第一运算电路的正向输入端相连，所述第一运算电路的反向输入端通过电阻接地，所述第一运算电路的输出端通过与第二二极管(D4)的阴极相连，所述第二二极管(D4)的阳极通过电阻与所述第二运算电路的反向输入端相连，所述第二运算电路的正向输入端通过电阻接地。
电阻R17与第一运算电路的正向输入端相连，电阻R21与第一运算电路的反向输入端相连，第一运算电路的输出端通过二极管D2相连，且第二二极管(D4)的阳极通过电阻R10与第一运算电路的正向输入端相连，电阻R20 与第而运算电路的反向输入端相连，电阻R23与第二运算电路的正向输入端相连，第二运算电路的输出端通过电阻R16与第二运算电路的反向输入端相连，且第二运算电路的反向输入端通过电阻R15与第一运算电路的正向输入端相连。
电路通过滤波电容C1接地；加法电路输出端还连接信号输入端，加法电路包括输出端OUT1和输出端OU2，输出端OUT1连接图2中的Vin，能够及时将电压波动进行反馈，输出端OU2可以发送至终端进行监控。
因输电线路的电磁环境十分复杂，工频干扰可达几十微特(μT)，同时还存在谐波、刀闸开关以及线路电流变化等引起的电磁干扰，为了能够有效的检测地表的磁场分布，首先利用探测线圈L将地表磁感应强度信号转变为感应电压信号，本实施例中的探测线圈L包括一体化结构的探测线圈框架、分别设置在所述探测线圈框架宽度两侧的探测线圈屏蔽板以及探测线圈导波管。通过一体化结构的探测线圈框架可以减小因拼接缝隙导致的信号信号泄露情况，通过设置在所述探测线圈框架宽度两侧的探测线圈屏蔽板可以提高线圈的屏蔽效果，方便探测线圈的安装，提高生产效率。接着，采用仪表运放作为缓冲级，用于抑制共模干扰和阻抗变换，工频陷波电路抑制50Hz强干扰，通过对信号进行工频陷波、滤波、锁相放大等技术处理后，利用数据采集系统C 将测量结果存入计算机，工频陷波电路对50Hz的陷波深度应达到50dB，带通滤波电路在±10Hz处衰减约3dB，在±45Hz处衰减为25dB，在±90Hz处衰减达到50dB，经过陷波和滤波处理后，必须能够抑制工频干扰；电压调节电路的通带带宽较窄，且中心频率可连续调节，其中心频率可在200～900Hz范围内调节，根据测量现场的实际电磁背景设置适宜的激励信号频率和接收系统的中心频率，便可以有效的提取到有用信号。
以上结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (3)
1.一种接地网信号探测系统，包括：探测线圈；信号处理电路，其输入端与所述探测线圈的输出端相连；采集分析系统，其输入端与所述信号处理电路的输出端相连；其中，所述信号处理电路包括：仪表放大器、工频陷波器、电压调节电路以及锁相放大器，所述仪表放大器的输入端与所述探测线圈相连，且所述仪表放大器、所述工频陷波器和所述电压调节电路依次相连，所述电压调节电路的输出端与所述采集分析系统相连；其特征在于，所述采集分析电路，包括：第一电阻(R2)、第二电阻(Rfb4)、第三电阻(Rfb3)、第四电阻(Rfb2)、第五电阻(Rfb1)、第六电阻(R1b)、第一MOS管(Q1)、第一三极管(Q2)、第二三极管(Q3)、第三三极管(Q4)、第四三极管(Q5)、第五三极管(Q6)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、控制器(U1)、二极管(V2)；
所述采集分析电路的输入端与所述二极管(V2)的阴极、所述第一电容(C1)的一端、所述第二电容(C2)的一端以及所述控制器(U1)的输入端、所述第一MOS管(Q1)漏极相连，所述二极管(V2)的阳极通过第一电阻(R2)接地，且所述二极管(V2)的阳极与所述第一三极管(Q2)的基极相连，所述第一三极管(Q2)的发射极与所述第一电容(C1)的另一端相连，所述第一三极管(Q2)的集电极接地，所述控制器(U1)的工作电压与所述第二电容(C2)的另一端相连，所述控制器(U1)的门极与所述第一MOS管(Q1)的栅极相连；
所述采集分析电路的输入端通过第二电阻(Rfb4)与所述第二三极管(Q3)的发射极相连、通过第三电阻(Rfb3)与所述第三三极管(Q4)的发射机相连，所述第二三极管(Q3)的集电极通过所述第六电阻(R1b)与所述第一三极管(Q2)的集电极相连；所述第二三极管(Q3)的基极、所述第三三极管(Q4)的基极、所述第三三极管(Q4)的集电极相连，所述第二三极管(Q3)的集电极与所述控制器(U1)的反馈端相连，所述第三三极管(Q4)的集电极与所述第四三极管(Q5)的集电极相连，所述第四三极管(Q5)的发射极通过所述第四电阻(Rfb2)接地，所述第四三极管(Q5)的基极、所述第五三极管(Q6)的基极与所述第五三极管(Q6)的发射极相连，所述第五三极管(Q6)的发射极通过所述第五电阻(Rfb1)接地；所述第五三极管(Q6)的集电极通过电感(L1)与所述第一MOS管(Q1)的源极相连。
2.根据权利要求1所述的接地网信号探测系统，其特征在于，所述工频陷波器包括第一运算电路和第二运算电路，所述第一运算电路和第二运算电路依次相连。
3.根据权利要求2所述的接地网信号探测系统，其特征在于，所述工频陷波器的输入端通过电阻与所述第一运算电路的正向输入端相连，所述第一运算电路的反向输入端通过电阻接地，所述第一运算电路的输出端通过与第二二极管(D4)的阴极相连，所述第二二极管(D4)的阳极通过电阻与所述第二运算电路的反向输入端相连，所述第二运算电路的正向输入端通过电阻接地。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117156309A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-12-01 | 中国地质大学（武汉） | 一种地球深部探测信号中继短节结构及电路 |
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2018
- 2018-12-12 CN CN201822082501.5U patent/CN209878912U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN117156309A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-12-01 | 中国地质大学（武汉） | 一种地球深部探测信号中继短节结构及电路 |
| CN117156309B (zh) * | 2023-07-10 | 2024-04-05 | 中国地质大学（武汉） | 一种地球深部探测信号中继短节装置及电路 |
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