CN209878978U - 一种大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置，属于工程测量技术领域。装置：可变电流极辅助接地电阻、可变电压极辅助接地电阻、采样电阻、第一程控增益放大器、第二程控增益放大器、移相器、加法器和控制设备；可变电流极辅助接地电阻的第一端与被测接地阻抗测试仪的电流输出端电连接，可变电流极辅助接地电阻的第二端分别与采样电阻的第一端和第一程控增益放大器的输入端电连接，采样电阻的第二端与被测接地阻抗测试仪的电流输入端电连接，第一程控增益放大器的输出端与接地阻抗测试仪的电压输入端电连接，可变电压极辅助接地电阻的第一端与接地阻抗测试仪的电压输出端电连接，可变电压极辅助接地电阻的第二端连接信号地。

Description

一种大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置

技术领域

本实用新型涉及工程测量技术领域，特别涉及一种大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置。

背景技术

接地装置是对由埋在地下一定深度的多个金属接地极和由导体将这些接地极相互连接组成的接地体的总称，其功能一方面为电力系统运行提供基准电位，另一方面起到泄放电力系统短路故障电流或雷击入地电流等作用，是保障电力系统安全运行的重要装置。接地装置可以分为两类：一般接地装置和大型接地装置。大型接地装置(接地网)指的是“110kV及以上电压等级变电站，装机容量在200Mw以上的电厂或者等效面积在5000m²以上的接地装置”。评估大型接地装置安全性能的重要参数是其工频接地阻抗，通常使用大型接地装置工频接地阻抗测试仪进行测量。大型接地装置的接地阻抗很小，通常小于0.5Ω，测试精度要求较高。依据最新的DL/T 475-2017《接地装置特性参数测量导则》，大型接地装置的工频接地阻抗是一个复数，由电阻分量和电抗分量组成。为了评估接地阻抗测试仪的测试精度，需要采用计量检定装置对接地阻抗测试仪的接地电阻、接地阻抗示值误差进行实验室检定。

现有DL/T 845.2-2004《电阻测量装置通用技术条件第2部分工频接地电阻测试仪》和JJG 366-2004《接地阻抗表国家计量检定规程》提出了实验室检定接地电阻示值误差的方法。现有的计量检定装置包括：可变标准电阻器RE、可变电压极辅助接地电阻RP1、以及可变电流极辅助接地电阻RC1。可变电流极辅助接地电阻RC1的第一端与接地阻抗测试仪的电流输出端电连接，可变电流极辅助接地电阻RC1的第二端与可变电压极辅助接地电阻RP1的第一端电连接，可变电压极辅助接地电阻RP1的第二端与接地阻抗测试仪的电压输入端电连接，可变标准电阻器RE的第一端分别与接地阻抗测试仪的电流输入端和电压输出端电连接，可变标准电阻器RE的第二端与可变电流极辅助接地电阻RC1和可变电压极辅助接地电阻RP1的连接点电连接。

通过现有的计量检定装置可以对接地阻抗测试仪进行示值误差的检定。示值误差指接地阻抗测试仪的显示误差。示值误差的检定方法为，首先，将可变电压极辅助接地电阻RP1和可变电流极辅助接地电阻RC1的电阻值分别置为设定阻值；其次，将可变标准电阻器RE的电阻值调节至实际值Rn，Rn为从接地阻抗测试仪的量程范围内选取的一个接地电阻值；然后，启动接地阻抗测试仪，并记录每个实际值Rn对应的接地阻抗测试仪上显示读数Rxn；最后，通过下式(1)计算得到接地阻抗测试仪的示值误差E。为了得到较为准确的示值误差，一般需要从接地阻抗测试仪的量程范围内选取多个接地电阻值，然后按照选取的接地电阻值调节可变标准电阻器RE的值，并相应记录接地阻抗测试仪上显示读数，得到多个示值误差，由多个示值误差来确定接地阻抗测试仪的示值误差。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：一方面，由于需要根据接地阻抗测试仪的量程范围不断设定RE的值，一种规格的标准电阻器难以提供所有选取的电阻值，因此需要制备多种规格的标准电阻器；在检定过程中，需要对不同规格的标准电阻器进行更换，给检定过程带来不便。并且，被检测试仪向计量检定装置输入的测试电流可能达到20A或是更高，可变标准电阻器RE会发热，并伴随有温度漂移；随着阻值的升高，器件耗散功率也必须加大，这样造成可变标准电阻器RE的体积及重量都较大，不方便使用。另一方面，接地阻抗包括纯电阻部分(接地阻抗的实部)和电抗部分(接地阻抗的虚部)，现有的计量检定装置只实现了检定被测接地阻抗测试仪对纯电阻部分的测量，无法满足接地阻抗复参数的检定要求，具有一定的局限性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置，能够解决现有的计量检定装置中需要准备多个规格的可变标准电阻器、标准电感等问题，避免在检定过程中对不同规格的标准器进行更换，为检定过程带来方便。所述技术方案如下：

一种大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置，所述装置包括：可变电流极辅助接地电阻、可变电压极辅助接地电阻、采样电阻、第一程控增益放大器、第二程控增益放大器、移相器、加法器、以及控制设备；

所述可变电流极辅助接地电阻的第一端与被测接地阻抗测试仪的电流输出端电连接，所述可变电流极辅助接地电阻的第二端分别与所述采样电阻的第一端、所述移相器的输入端和所述第一程控增益放大器的输入端电连接，所述采样电阻的第二端与所述被测接地阻抗测试仪的电流输入端电连接，所述采样电阻和所述被测接地阻抗测试仪的电流输入端的连接点连接信号地，所述移相器的输出端与所述第二程控增益放大器的输入端电连接，所述第二程控增益放大器的输出端与所述加法器的第一输入端电连接，所述加法器的第二输入端与所述第一程控增益放大器的输出端电连接，所述加法器的输出端与所述被测接地阻抗测试仪的电压输入端电连接，所述控制设备分别与所述第二程控增益放大器的控制端、以及所述第一程控增益放大器的控制端电连接以调整所述第一程控增益放大器和所述第二程控增益放大器的增益，所述可变电压极辅助接地电阻的第一端与所述被测接地阻抗测试仪的电压输出端电连接，所述可变电压极辅助接地电阻的第二端连接信号地。

可选地，所述第一程控增益放大器包括第一电阻、第一运算放大器和数字电位器，

所述第一电阻的第一端接地，所述第一电阻的第二端与所述第一运算放大器的反相输入端电连接，所述第一运算放大器的同相输入端分别与所述可变电流极辅助接地电阻的第二端、所述采样电阻的第一端、以及所述移相器的输入端电连接，所述第一运算放大器与所述第一电阻的连接点和所述数字电位器的输入端电连接，所述数字电位器的输出端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述数字电位器与所述第一运算放大器的连接点与所述加法器的第二输入端电连接，所述数字电位器的控制端与所述控制设备电连接。

可选地，所述第一程控增益放大器包括第二电阻、第二运算放大器、电阻器支路、以及模拟单元支路，

所述第二电阻的第一端接地，所述第二电阻的第二端与所述第二运算放大器的反相输入端电连接，所述第二运算放大器的同相输入端分别与所述可变电流极辅助接地电阻的第二端、所述采样电阻的第一端、以及所述移相器的输入端电连接，所述第二运算放大器的输出端与所述加法器的第二输入端电连接，

所述电阻器支路为m个电阻器串联构成的线路，

所述模拟单元支路为m个模拟开关单元串联构成的线路，模拟开关单元包括模拟开关和控制模拟开关闭合的第一反向器，m个模拟开关单元中第i个模拟开关单元的模拟开关与第i+1个模拟开关单元的模拟开关串联，各个第一反向器与所述控制设备电连接，

所述电阻器支路与所述模拟单元支路并联，第i个电阻器与第i+1个电阻器的连接点、和第i个模拟开关单元的模拟开关与第i+1个模拟开关单元的模拟开关的连接点电连接，所述电阻器支路与所述模拟单元支路的第一连接点、和所述第二电阻与所述第二运算放大器的连接点连接，

所述电阻器支路与所述模拟单元支路的第二连接点、与所述第二运算放大器与所述加法器的连接点连接。

可选地，所述移相器包括电容、第三电阻和第三运算放大器，

所述第三电阻的第一端与所述第三运算放大器的反向输入端电连接，所述第三电阻的第二端与所述第三运算放大器的输出端电连接，所述第三电阻和所述第三运算放大器的输出端的连接点与所述第二程控增益放大器的输入端电连接，所述第三运算放大器的同相输入端接地，所述电容的第一端分别与所述可变电流极辅助接地电阻、所述采样电阻和所述第一程控增益放大器电连接，所述电容的第二端与所述第三电阻和所述第三运算放大器的反向输入端的连接点电连接。

可选地，所述移相器包括：模数转换器、积分单元、第二反向器、角频率计算单元、乘法器和数模转换器，

所述模数转换器的输入端与所述采样电阻和所述第一程控增益放大器的连接点电连接，所述模数转换器的输出端分别与所述积分单元和所述角频率计算单元的输入端电连接，所述积分单元的输出端与所述第二反向器的输入端电连接，所述第二反向器的输出端与所述乘法器的第一输入端电连接，所述乘法器的第二输入端与所述角频率计算单元的输出端电连接，所述乘法器的输出端与所述数模转换器的输入端电连接，所述数模转换器的输出端与所述第二程控增益放大器的输入端电连接。

可选地，所述采样电阻为，阻值为10～100毫欧姆的电阻。

可选地，所述可变电压极辅助接地电阻和所述可变电流极辅助接地电阻均为，电阻可调范围为0～200欧姆的可调电阻。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过可变电流极辅助接地电阻模拟被测接地阻抗测试仪的电流极辅助电阻，可变电压极辅助接地电阻模拟被测接地阻抗测试仪的电压极辅助接地电阻，采样电阻、第一程控增益放大器、移相器和第二程控增益放大器模拟大型接地装置，第一程控增益放大器模拟接地阻抗的纯电阻部分，移相器和第二程控增益放大器模拟接地阻抗的电抗部分；用户通过控制设备可以设定第一程控增益放大器和第二程控增益放大器的增益；由于模拟的大型接地装置的接地阻抗由采样电阻、第一程控增益放大器和第二程控增益放大器决定，因此，在改变第一程控增益放大器和第二程控增益放大器的增益后，模拟的大型接地装置的接地阻抗的阻抗值也随之改变，从而达到调节模拟的大型接地装置的接地阻抗的电阻值、以及电抗值的作用，这样，可以根据被测接地阻抗测试仪的量程范围不断设定第一程控增益放大器和第二程控增益放大器的增益，从而实现接地阻抗的示值误差的检定；一方面，基于各个程控增益放大器增益受控于控制设备输出的控制信号，而控制信号是可以实时更新的，因此，第一程控增益放大器、第二程控增益放大器与采样电阻相配合时，能够提供大量不同电阻值，这样不需要像现有的计量检定装置中需要准备多个规格的标准电阻器和标准电感，避免在检定过程中对不同规格的标准电阻器和电感进行更换，为检定过程带来方便。此外，由于模拟的大型接地装置的接地阻抗由采样电阻和第一程控增益放大、第二程控增益放大器共同决定，因此，可以选用较小阻值的采样电阻，避免采样电阻发热发生温度漂移；同时，在采样电阻的阻值较小时，第一程控增益放大器和第二程控增益放大器不是标准电阻器这样的实物电阻，能够避免实物电阻随着阻值的升高，器件耗散功率也必须加大，可变标准电阻器的体积及重量都较大的情形，进一步为检定过程带来方便。另一方面，该计量检定装置能够实现接地阻抗中纯电阻部分和电抗部分的模拟，更加真实地反映了接地装置的接地阻抗，提高了计量检定评估的有效性；并且，当被测接地阻抗测试仪能够对纯电阻部分和电抗部分分别进行测量时，还能够检定被测接地阻抗测试仪分别对纯电阻部分和电抗部分进行的测量，检定范围较广，适用性较强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本实用新型实施例提供的采用三极法测量接地阻抗的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的有源二端口网络的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的第一种第一程控增益放大器的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的第二种第一程控增益放大器的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的第一种移相器的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的第二种移相器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

为便于对本实用新型实施例进行理解，首先以接地阻抗测试仪为例，介绍一下大型接地装置的接地阻抗的测量过程。测量变电站、电厂等大型接地装置 (也称接地网)的工频接地阻抗常用三极法。图1为采用三极法测量接地阻抗的示意图。参见图1，大型地网接地阻抗测试仪包括恒流源I、电压表V、电流极C和电压极P。通过恒流源I在电流极C与被测接地网G之间施加一个试验电流I_m，试验电流I_m从接地阻抗测试仪的电流输出端C1流出，通过测试线接至电流极C入地，通过大地回到地网，再从地网回流点B通过测试线接至接地阻抗测试仪的电流输入端C2，形成电流回路。电压表V测量试验电流I_m在电压极P与地网之间产生的电压Up；电压表V的一个端钮为接地阻抗测试仪的电压输入端P1，通过测试线接至电压极P；电压表V的另一端钮为接地阻抗测试仪的电压输出端P2，通过测试线接至地网回流点B。根据欧姆定律，地网的工频接地阻抗Z_G＝U_P/I_m。

图2示出了本实用新型实施例提供的一种大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置。参见图2，该装置包括：可变电流极辅助接地电阻RC、可变电压极辅助接地电阻RP、采样电阻R0、第一程控增益放大器PGA0、第二程控增益放大器PGA1、移相器20、加法器30、以及控制设备10。可变电流极辅助接地电阻RC的第一端与被测接地阻抗测试仪的电流输出端电连接，可变电流极辅助接地电阻RC的第二端分别与采样电阻R0的第一端、移相器20的输入端和第一程控增益放大器PGA0的输入端电连接，采样电阻R0的第二端与被测接地阻抗测试仪的电流输入端电连接，采样电阻R0和被测接地阻抗测试仪的电流输入端的连接点连接信号地，移相器20的输出端与第二程控增益放大器PGA1的输入端电连接，第二程控增益放大器PGA1的输出端与加法器30的第一输入端电连接，加法器30的第二输入端与第一程控增益放大器PGA0的输出端电连接，加法器30的输出端与被测接地阻抗测试仪的电压输入端电连接，第二程控增益放大器PGA1的控制端、以及第一程控增益放大器PGA0的控制端分别与控制设备10电连接，可变电压极辅助接地电阻RP的第一端与被测接地阻抗测试仪的电压输出端电连接，可变电压极辅助接地电阻RP的第二端连接信号地。

控制设备10用于，接收增益调整指令，基于增益调整指令，分别调整第一程控增益放大器和第二程控增益放大器的增益。

其中，采样电阻R0和第一程控增益放大器PGA0模拟接地阻抗的纯电阻部分，采样电阻R0、第二程控增益放大器PGA1和移相器20模拟接地阻抗的电抗部分，这样，实现了检定被测接地阻抗测试仪对纯电阻部分和电抗部分的测量。

本实用新型实施例通过可变电流极辅助接地电阻RC模拟被测接地阻抗测试仪的电流极，可变电压极辅助接地电阻RP模拟被测接地阻抗测试仪的电压极，采样电阻R0、第一程控增益放大器PGA0、移相器20和第二程控增益放大器PGA1模拟大型接地装置，第一程控增益放大器PGA0模拟接地阻抗的纯电阻部分，移相器20和第二程控增益放大器PGA1模拟接地阻抗的电抗部分；用户通过控制设备可以设定第一程控增益放大器PGA0和第二程控增益放大器 PGA1的增益；由于模拟的大型接地装置的接地阻抗由采样电阻R0、第一程控增益放大器PGA0和第二程控增益放大器PGA1决定，因此，在改变第一程控增益放大器PGA0和第二程控增益放大器PGA1的增益后，模拟的大型接地装置的接地阻抗的阻抗值也随之改变，从而达到调节模拟的大型接地装置的接地阻抗的电阻值、以及电抗值的作用，这样，可以根据被测接地阻抗测试仪的量程范围不断设定第一程控增益放大器PGA0和第二程控增益放大器PGA1的增益，从而实现接地阻抗的示值误差的检定；一方面，基于各个程控增益放大器增益受控于控制设备输出的控制信号，而控制信号是可以实时更新的，因此，第一程控增益放大器PGA0、第二程控增益放大器PGA1与采样电阻R0相配合时，能够提供大量不同电阻值，这样不需要像现有的计量检定装置中需要准备多个规格的可变标准电阻器，避免在检定过程中对不同规格的标准电阻器进行更换，为检定过程带来方便。此外，由于模拟的大型接地装置的接地阻抗由采样电阻R0、第一程控增益放大器PGA0和第二程控增益放大器PGA1决定，因此，可以选用较小阻值的采样电阻R0，避免采样电阻R0发热发生温度漂移；同时，在采样电阻R0的阻值较小时，第一程控增益放大器PGA0和第二程控增益放大器PGA1不是标准电阻器这样的实物电阻，能够避免实物电阻随着阻值的升高，器件耗散功率也必须加大，可变标准电阻器RE的体积及重量都较大的情形，进一步为检定过程带来方便。另一方面，该计量检定装置能够实现接地阻抗中纯电阻部分和电抗部分的模拟，更加真实地反映了接地装置的接地阻抗，提高了计量检定结果的有效性，并且，当被测接地阻抗测试仪能够对纯电阻部分和电抗部分分别进行测量时，还能够检定被测接地阻抗测试仪分别对纯电阻部分和电抗部分进行的测量，检定范围较广，还提高了计量检定结果的准确性；此外，该计量检定装置中，是采用第二程控增益放大器PGA1等模拟电抗部分，不是实物电感，能够按照需要调节电抗值，避免实物电感规格多，稳定性差，导致标准器受环境因素和工况影响很大等问题，提高了检测结果的可靠性。

下面简单介绍图2示出的计量检定装置的工作原理。

参见图3，该计量检定装置中，采样电阻R0、第一程控增益放大器PGA0、第二程控增益放大器PGA1、移相器20和加法器30构成一个网络W(图2中线框示出)，该网络W包括两个输入端口和两个输出端口，因此，网络W可视为一个有源二端口网络。根据有源二端口网络的Z参数方程可知，当有源二端口网络的输出端口开路时，其输出端口对其输入端口的转移阻抗为Z21。

式子(2)中，U_o为输出端口的电压，I_i为输入端口的电流。

请参见图1，根据现有大型地网接地阻抗测试仪源表法的原理，可以知道，电压极P实际为一个电压表的输入，输入阻抗很大。假若电压极P与网络W连接，则可认为网络W输出端口无输出电流即满足有源二端口网络的输出端口开路的条件。在检定时，网络W的输出端口与可变电压极辅助接地电阻RP连接，可变电压极辅助接地电阻RP用于模拟电压极P。类似的，可认为网络W输出端口无输出电流即满足有源二端口网络的输出端口开路的条件，即式子(2)适用网络W。

进一步地，如前述，大型地网接地阻抗测试仪是通过电压极P的测试电压 U_P除以电流极C的输出电流I_m而得到接地阻抗的，而电流极C的输出电流I_m即有源二端口网络的输入端口的输入电流I_i，电压极P的输入电压U_P即有源二端口的输出电压U_o，因此大型地网接地阻抗测试仪测出的接地阻抗Z_G＝Z₂₁。

根据有源二端口网络特性可知，有源二端口网络的Z参数只与有源二端口网络，内部的电阻、电容、结构等有关系，因此，通过网络W内的第一程控增益放大器PGA0、第二程控增益放大器PGA1和信号运算电路(加法器)，能够改变有源二端口网络的内部特性，实现对有源二端口网络的转移阻抗高精度程控。

网络W可以分为两个组成部分，阻抗程控部分和信号合成部分。阻抗程控部分包括R0、PGA0、移相器20和PGA1；信号合成部分包括加法器30构成的运算电路。

其中，阻抗程控部分中，采样电阻R0不变，PGA0实现纯电阻部分(实阻抗)的程控，PGA1实现电抗部分(复阻抗)的程控。在网络W内部，首先输入电流I_i经过采样电阻R₀，将电流I_i转换为电压。一方面，该电压经过PGA0 放大输出，PGA0的输出电压为U_G0。

U_G0＝I_i*R₀*G₀……(3)

其中，G₀为PGA0的增益，R₀为采样电阻R0的阻值。

另一方面，该采样电阻R₀转换的电压经过移相器20实现90°相移，然后经过PGA1放大输出，因为将实轴上的向量旋转90°后，其就变为虚轴上的向量，所以PGA1输出电压U_G1可表示为：

U_G1＝I_i*R₀*G₁*j……(4)

其中，U_G1为PGA1的增益，j为复数单位。

结合式子(3)和(4)，可以计算得到网络W的输出电压U_o。

U_O＝U_G0+U_G1……(5)

结合式子(2)-(5)，得到网络W的传输阻抗Z_E为：

式子(6)中，(G₀+G₁*j)*R₀为网络W的传输阻抗，改变G₀和G₁即可改变网络W的传输阻抗，通过控制设备10程控G₀和G₁的值，就可以得到所需要的传输特性。并且，能够得到多种复阻抗与实阻抗的组合结果，增加了检定计量装置的应用范围。

采用有源二端口网络的传输阻抗代替实物电阻模拟电阻部分，代替实物电感模拟电抗部分，并通过控制设备10程控有源二端口网络的传输特性，实现传输阻抗的高精度程控，不需要根据检测仪量程制备多种规格的实物电阻和实物电感，并避免了检定时更换实物电阻和实物电感操作繁琐的情形；同时，有源二端口网络相较于实物电阻和实物电感的制备成本、体积重量都得到减小，这为检定带来极大的便利。此外，能够模拟稳定的复阻抗特性，不需要制备精密实物电感，也避免了实物电感稳定性差，受环境因素和工况影响大的情形。

示例性地，本实用新型实施例提供两种不同结构的第一程控增益放大器 PGA0。需要说明的是，第一程控增益放大器PGA0和第二程控增益放大器PGA1 的结构可以相同，因此，对第二程控增益放大器PGA1的结构不再赘述。

图4示出了第一程控增益放大器的第一种结构。参见图4，第一程控增益放大器PGA0包括第一电阻R1、第一运算放大器U1和数字电位器RD。第一电阻R1的第一端接地，第一电阻R1的第二端与第一运算放大器U1的反相输入端电连接，第一运算放大器U1的同相输入端分别与可变电流极辅助接地电阻RC的第二端、采样电阻R0的第一端、以及移相器20的输入端电连接，第一运算放大器U1与第一电阻R1的连接点和数字电位器RD的输入端电连接，数字电位器RD的输出端与第一运算放大器U1的输出端电连接，数字电位器RD与第一运算放大器U1的连接点与加法器20的第二输入端电连接，数字电位器RD的控制端与控制设备10电连接。

第一种结构中，数字电位器10是一种触电位置为编程选择的电阻器件，其与实物电位器相同，具有一定总电阻Rp，实物电位器的理论触头位置可以从 0～Rp任意位置，而数字电位器RD的触头位置是确定的，通常触头位置平均分布在Rp上，因此可以知道如下关系：数字电位器RD的电阻：R0＝Rp/N*D，Rp 为数字电位器RD的总电阻，N为数字电位器RD的触点个数，D为数字电位器 RD的触点位置。根据正向比例放大器的增益关系可知，第一程控增益放大器 PGA0的增益为：G0＝R0/R1+1＝Rp*D/(N*R1)+1，取R1＝Rp/N，则第一程控增益放大器PGA0的增益为：G0＝Rp*D/(N*R1)+1＝D+1。若选用触点个数为1024个时，则触点位置可以为0～1023，第一程控增益放大器PGA0的增益将在1～1024 的整数点连续可调。

图5示出了第一程控增益放大器的第二种结构。参见图5，第一程控增益放大器PGA0包括第二电阻R2、第二运算放大器U2、电阻器支路80、以及模拟单元支路90。第二电阻R2的第一端接地，第二电阻R2的第二端与第二运算放大器U2的反相输入端电连接，第二运算放大器U2的同相输入端分别与可变电流极辅助接地电阻RC的第二端、采样电阻R0的第一端、以及移相器20的输入端电连接，第二运算放大器U2的输出端与加法器20的第二输入端电连接。

电阻器支路80为m个电阻器801串联构成的线路。

模拟单元支路90为m个模拟开关单元901串联构成的线路。模拟开关单元 901包括模拟开关902和控制模拟开关902闭合的第一反向器903。m个模拟开关单元901中第i个模拟开关单元901的模拟开关902与第i+1个模拟开关单元 901的模拟开关902串联，各个第一反向器903与控制设备10电连接。

电阻器支路80与模拟单元支路90并联，第i个电阻器801与第i+1个电阻器801的连接点、和第i个模拟开关单元901的模拟开关902与第i+1个模拟开关单元901的模拟开关902的连接点电连接，电阻器支路80与模拟单元支路90 的第一连接点、和第二电阻R2与第二运算放大器U2的连接点连接。

电阻器支路80与模拟单元支路90的第二连接点、与第二运算放大器U2与加法器20的连接点连接。

第二种结构中，各个第一反向器903通过控制总线与控制设备10连接。示例性地，m＝9，9个第一反向器903可以通过控制总线D0～D8与控制设备10连接，例如，第1个第一反向器903可以通过控制总线D0与控制设备10连接，第2个第一反向器903可以通过控制总线D1与控制设备10连接，以此类推。模拟开关902的导通与关断受相应第一反向器903的控制。m个电阻器801的阻值按照分布顺序递增，递增幅度是前一个电阻器801的阻值的2倍。示例性地，当有9个电阻器801时，9个电阻器801的阻值依次为R、2R、4R、8R、16R、32R、64R、128R、256R。当第一反向器903将来自控制设备10的控制信号反向后输出时，将控制模拟开关902的导通与关断，这时，模拟开关902的导通将短接掉相应电阻器801，模拟开关902的关断将使得相应电阻器801发挥电阻作用，这样，不同数量、不同位置的模拟开关902的导通与关断就能够控制不同数量、不同位置的电阻器801提供电阻网络，该电阻网络将呈现不同的电阻特性，控制总线数据与电阻网路的电阻关系为：电阻网络电阻＝R*D(其中 D为数据总线D0～D8的控制值)，所以当电阻R2＝R时，PGA1的增益为： G＝R*D/R2+1＝D+1。有控制总线位宽为9位，D的取值可以为0～511，因此PGA0 的增益在1～512内的整数点连续可调。

第一程控增益放大器的第一种结构与第一程控增益放大器的第二种结构相比，第一种结构的优点为，电路简单，容易实现，第一种结构的缺点为，增益极大值与极小值附近，数字电阻器RD的线性度变差，增益误差较大。Rp通常为10kΩ、50kΩ、100kΩ，数字电位器RD的触点个数通常为256、512、1024，而R1＝Rp/N导致R1结果为无尽小数，所以R1不容易选取。第二种结构的优点为，精度容易控制，电阻值容易取值；缺点为，电路相对复杂。

示例性地，本实用新型实施例提供两种结构不同的移相器20。

图6示出了移相器的第一种结构。参见图6，移相器20包括电容C、第三电阻R3和第三运算放大器U3。第三电阻R3的第一端与第三运算放大器U3的反向输入端电连接，第三电阻R3的第二端与第三运算放大器U3的输出端电连接，第三电阻R3和第三运算放大器U3的输出端的连接点与第二程控增益放大器PGA1的输入端电连接，第三运算放大器U3的同相输入端接地，电容C的第一端与采样电阻R0和第一程控增益放大器PGA0的连接点电连接，电容C的第二端与第三电阻R3和第三运算放大器U3的反向输入端的连接点电连接。

第一种移相器中，输出电压U_O与输入电压U_i的关系如下：

其中，ω为输入信号角频率，r为第三电阻R3的值，c为电容C的值，Z_C为电容C的阻抗。第一种移相器的相频响应固定，信号相移-90°，然后经过一级反向器(第三运算放大器U)，达到90°相移需求。

可以通过式子(8)计算第一种移相器的幅频特性(幅频响应结果)。

可见第一种移相器的幅频特性与输入信号角频率ω存在线性关系。示例性地，当输入信号为50Hz时，其角频率为100pi，假设第三电阻R3与电容C的取值正好使得输入50Hz时幅频特性为1。此条件不变情况下，那么输入信号变为500Hz时，幅频特性响应为10。这种线性的幅频响应在实际中会存问题。问题一：在接地阻抗测试中，多使用异频法，使用的频率一般在40～60Hz，其激励源为高功率程控逆变电流源，无可避免的会造成输入信号中存在相对高频的信号，那么经过上述移相器的移相会导致高频分量被放大，信号失真度加大。而接地阻抗测试仪，多半又是选频测量的仪表，这样相当于降低了信噪比，使系统的准确度降低。问题二：在测量40～60Hz信号时，因为幅频响应的结果不同，网络W的传输阻抗不是设定的结果，而需要根据参考频率和实际频率的关系换算传输阻抗，这增加了检定的难度。此外，第一种移相器使用到了电容器C，电容器C相对来说其稳定性差，会随着环境温度变化而变化，因此要求检定计量装置的环境条件要可控，并且稳定，这限制了检定计量装置的适用环境，导致检定计量装置的环境适应性差。

图7示出了移相器的第二种结构。参见图7，移相器20包括：模数转换器 ADC 201、积分单元202、第二反向器203、角频率计算单元204、乘法器205 和数模转换器DAC 206。模数转换器ADC 201的输入端与采样电阻R0和第一程控增益放大器PGA0的连接点电连接，模数转换器ADC的输出端分别与积分单元202和角频率计算单元204的输入端电连接，积分单元202的输出端与第二反向器203的输入端电连接，第二反向器203的输出端与乘法器205的第一输入端电连接，乘法器205的第二输入端与角频率计算单元204的输出端电连接，乘法器205的输出端与数模转换器DAC 206的输入端电连接，数模转换器 DAC 206的输出端与第二程控增益放大器PGA1的输入端电连接。

第二种结构中，移相器20采用了数字信号处理方案，积分单元202、第二反向器203、角频率计算单元204、乘法器205构成数字信号处理单元。信号首先经过ADC 201采样离散化，方便数字信号处理，然后进入积分单元202计算输出积分结果，同时信号进入角频率计算单元204，计算输入信号的角频率，而积分结果经过第二反向器203转换为复频域信号，最后乘法器205将复频域信号和角频率计算单元204输出的角频率相乘，并将乘积结果传输给DAC 206输出。

示例性地，输入电压Ui经过积分单元202积分后，输出的积分结果如式子 (9)所示。

其中，s为拉普拉斯变换算子。乘法器205输出的乘积结果如式子(10)所示。

其中，ω为角频率计算单元204计算的角频率。DAC 206的输出结果如式子(11)所示。

综上，第二种结构的移相器的输出结果幅频响应为1，相频响应为90°，经过上述数字信号处理后，输出信号不仅实现了90°相移，而且幅频响应也是固定的，因此其不会发生谐波或是噪声被放大的问题，网络W的传输阻抗也无需根据信号频率换算。同时整个处理过程数字化，解决了模拟电路环境适应性差的问题。

示例性地，采样电阻R0的阻值为10～100毫欧姆。比如，采样电阻R0的阻值为10、20、或50毫欧姆。10～100毫欧姆为特别小的阻值，可以大大降低采样电阻R0发热，解决温度漂移问题，同时只需R0一个高精度、低温漂、高可靠的精密型电阻，可以降低检定计量装置的制备成本。采样电阻也可以为其他阻值，甚至可以配以散热器使用，使得采样电阻发热引起的温升在可控范围内。

示例性地，可变电压极辅助接地电阻RP和可变电流极辅助接地电阻RC的电阻可调范围均为0～200欧姆。现有检定计量装置中，可变电压极辅助接地电阻RP和可变电流极辅助接地电阻RC1的阻值的可变区间为[0，1000Ω，2000 Ω，5000Ω]，而大型地网接地阻抗测试仪辅助接地电阻一般要求不超过200Ω。因此，将可变电压极辅助接地电阻RP和可变电流极辅助接地电阻RC的阻值调整为适合大型地网接地阻抗测试仪工作要求的值，提高了检定计量装置的校验准确性。

示例性地，控制设备10还用于，在调整第一程控增益放大器和第二程控增益放大器的增益之后，分别记录第一程控增益放大器PGA0和第二程控增益放大器PGA1在调整后的增益；接收计算指令，计算指令包括被测接地阻抗测试仪的接地阻抗测量值；基于记录的第一程控增益放大器PGA0和第二程控增益放大器PGA1在调整后的增益、以及被测接地阻抗测试仪的接地阻抗测量值，计算被测接地阻抗测试仪的示值误差。

示例性地，控制设备10按照如下式子(12)计算被测接地阻抗测试仪的示值误差。

式子(12)中，E为示值误差，Z_X为被测接地阻抗测试仪的测量值，可以是测量的接地阻抗的模值；Z_E＝(G₀+G₁*j)*R₀，G₀为第一程控增益放大器 PGA0的增益，G₁为第二程控增益放大器PGA1的增益，j为虚数单位，R₀为采样电阻R0的阻值。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置，其特征在于，所述装置包括：可变电流极辅助接地电阻、可变电压极辅助接地电阻、采样电阻、第一程控增益放大器、第二程控增益放大器、移相器、加法器、以及控制设备；

所述可变电流极辅助接地电阻的第一端与被测接地阻抗测试仪的电流输出端电连接，所述可变电流极辅助接地电阻的第二端分别与所述采样电阻的第一端、所述移相器的输入端和所述第一程控增益放大器的输入端电连接，所述采样电阻的第二端与所述被测接地阻抗测试仪的电流输入端电连接，所述采样电阻和所述被测接地阻抗测试仪的电流输入端的连接点连接信号地，所述移相器的输出端与所述第二程控增益放大器的输入端电连接，所述第二程控增益放大器的输出端与所述加法器的第一输入端电连接，所述加法器的第二输入端与所述第一程控增益放大器的输出端电连接，所述加法器的输出端与所述被测接地阻抗测试仪的电压输入端电连接，所述控制设备分别与所述第二程控增益放大器的控制端、以及所述第一程控增益放大器的控制端电连接以调整所述第一程控增益放大器和所述第二程控增益放大器的增益，所述可变电压极辅助接地电阻的第一端与所述被测接地阻抗测试仪的电压输出端电连接，所述可变电压极辅助接地电阻的第二端连接所述信号地。

2.根据权利要求1所述的大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置，其特征在于，所述第一程控增益放大器包括第一电阻、第一运算放大器和数字电位器，

所述第一电阻的第一端接地，所述第一电阻的第二端与所述第一运算放大器的反相输入端电连接，所述第一运算放大器的同相输入端分别与所述可变电流极辅助接地电阻的第二端、所述采样电阻的第一端、以及所述移相器的输入端电连接，所述第一运算放大器与所述第一电阻的连接点和所述数字电位器的输入端电连接，所述数字电位器的输出端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述数字电位器与所述第一运算放大器的连接点与所述加法器的第二输入端电连接，所述数字电位器的控制端与所述控制设备电连接。

3.根据权利要求1所述的大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置，其特征在于，所述第一程控增益放大器包括第二电阻、第二运算放大器、电阻器支路、以及模拟单元支路，

所述第二电阻的第一端接地，所述第二电阻的第二端与所述第二运算放大器的反相输入端电连接，所述第二运算放大器的同相输入端分别与所述可变电流极辅助接地电阻的第二端、所述采样电阻的第一端、以及所述移相器的输入端电连接，所述第二运算放大器的输出端与所述加法器的第二输入端电连接，

所述电阻器支路为m个电阻器串联构成的线路，

所述模拟单元支路为m个模拟开关单元串联构成的线路，模拟开关单元包括模拟开关和控制模拟开关闭合的第一反向器，m个模拟开关单元中第i个模拟开关单元的模拟开关与第i+1个模拟开关单元的模拟开关串联，各个第一反向器与所述控制设备电连接，

所述电阻器支路与所述模拟单元支路并联，第i个电阻器与第i+1个电阻器的连接点、和第i个模拟开关单元的模拟开关与第i+1个模拟开关单元的模拟开关的连接点电连接，所述电阻器支路与所述模拟单元支路的第一连接点、和所述第二电阻与所述第二运算放大器的连接点连接，

所述电阻器支路与所述模拟单元支路的第二连接点、与所述第二运算放大器与所述加法器的连接点连接。

4.根据权利要求1所述的大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置，其特征在于，所述移相器包括电容、第三电阻和第三运算放大器，

所述第三电阻的第一端与所述第三运算放大器的反向输入端电连接，所述第三电阻的第二端与所述第三运算放大器的输出端电连接，所述第三电阻和所述第三运算放大器的输出端的连接点与所述第二程控增益放大器的输入端电连接，所述第三运算放大器的同相输入端接地，所述电容的第一端分别与所述可变电流极辅助接地电阻、所述采样电阻和所述第一程控增益放大器电连接，所述电容的第二端与所述第三电阻和所述第三运算放大器的反向输入端的连接点电连接。

5.根据权利要求1所述的大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置，其特征在于，所述移相器包括：模数转换器、积分单元、第二反向器、角频率计算单元、乘法器和数模转换器，

所述模数转换器的输入端与所述采样电阻和所述第一程控增益放大器的连接点电连接，所述模数转换器的输出端分别与所述积分单元和所述角频率计算单元的输入端电连接，所述积分单元的输出端与所述第二反向器的输入端电连接，所述第二反向器的输出端与所述乘法器的第一输入端电连接，所述乘法器的第二输入端与所述角频率计算单元的输出端电连接，所述乘法器的输出端与所述数模转换器的输入端电连接，所述数模转换器的输出端与所述第二程控增益放大器的输入端电连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置，其特征在于，所述采样电阻为，阻值为10～100毫欧姆的电阻。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的大型接地装置接地阻抗测试仪的计量检定装置，其特征在于，所述可变电压极辅助接地电阻和所述可变电流极辅助接地电阻均为，电阻可调范围为0～200欧姆的可调电阻。