CN210136274U - 输电杆塔接地阻抗测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种输电杆塔接地阻抗测量系统，属于电路测量领域。该系统包括：多个电流传感器，用于分别测量输电杆塔的多个塔脚的电流，得到多路感应信号；放大模块，用于对多路感应信号分别进行放大，得到多路电压信号；求和模块，用于对多路电压信号进行求和，得到第一电压信号；第一放大器，用于对第一电压信号进行放大，得到第二电压信号；电压检测端，用于获取输电杆塔的接地阻抗对应的电压，得到第三电压信号；第二放大器，用于对第三电压信号进行放大，得到第四电压信号；模数转换器，用于对第二电压信号和第四电压信号进行采集，得到两路数字信号；信号处理模块，用于根据两路数字信号计算得到输电杆塔的接地阻抗。

Description

输电杆塔接地阻抗测量系统

技术领域

本实用新型涉及电路测量领域，特别涉及一种输电杆塔接地阻抗测量系统。

背景技术

杆塔是支承架空输电线路导线和架空地线并使它们之间及与大地之间保持一定距离的杆型或塔形结构建筑物，是架空配电线路中基本设备之一。

输电杆线路杆塔接地对电力系统的安全稳定运行至关重要。降低杆塔接地阻抗是提高线路耐雷水平、减少线路累计跳闸率的主要措施。由于杆塔接地不良而发生的雷害事故所占线路事故率的比例相当高，这主要是由于雷击杆顶或避雷线时，雷电流通过杆塔接地装置入地，因为接地阻抗偏高，产生较高的反击电压所致。这一点从110KV线路到500KV线路雷事故调查可以得到证实，即易发生雷击故障的杆塔，大都接地阻抗偏高。

因此，输电杆塔的接地阻抗直接影响电力系统的安全，因此在电力系统设计和运行维护中，输电杆塔接地阻抗是重要的设计与维护指标。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种输电杆塔接地阻抗测量系统，简化目前接地阻抗测量的过程和设备。所述技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种输电杆塔接地阻抗测量系统，所述系统包括电流采集装置、电压采集装置和接地阻抗分析装置；

所述电流采集装置包括：分别测量所述输电杆塔的多个塔脚的电流的多个电流传感器、放大模块、求和模块和第一放大器，所述多个电流传感器分别与所述放大模块的多个输入端电连接，所述放大模块的多个输出端同时与所述求和模块的输入端电连接，所述求和模块的输出端与所述第一放大器的输入端电连接；

所述电压采集装置包括：获取所述输电杆塔的接地阻抗对应的电压的电压检测端和第二放大器，所述电压检测端与所述第二放大器的输入端电连接；

所述接地阻抗分析装置包括：第一模数转换器、第二模数转换器以及计算所述输电杆塔的接地阻抗的信号处理模块，所述第一放大器的输出端与所述第一模数转换器的输入端电连接，所述第二放大器的输出端与所述第二模数转换器的输入端电连接，所述第一模数转换器的输出端以及所述第二模数转换器的输出端均与所述信号处理模块电连接。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述电流传感器为罗氏线圈传感器或者钳形电流互感器；

当所述电流传感器为钳形电流互感器时，所述放大模块为积分放大模块。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述信号处理模块，包括：

采集控制单元、数字信号处理单元和数据管理单元，所述采集控制单元分别与所述第一模数转换器、所述第二模数转换器以及所述数字信号处理单元电连接，所述数字信号处理单元和所述数据管理单元电连接。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述采集控制单元包括：

存储子单元；

第一模数转换控制总线，连接所述第一模数转换器和所述存储子单元；

第二模数转换控制总线，连接所述第二模数转换器和所述存储子单元；

时序控制子单元，分别连接所述第一模数转换控制总线和所述第二模数转换控制总线。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述数字信号处理单元，包括：数字滤波子单元和波形分析子单元，所述数字滤波子单元分别与所述存储子单元以及所述波形分析子单元电连接，所述波形分析子单元还与所述时序控制子单元电连接。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述信号处理模块，还包括：

与所述数据管理单元连接的GPS单元。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述信号处理模块，还包括：

数据访问接口和人机交互单元，所述数据访问接口和所述人机交互单元均与所述数据管理单元电连接。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述电压检测端的一端连接在所述输电杆塔的一个塔脚与所述输电杆塔的安装台接触的部分，所述电压检测端的另一端连接一个电极，所述电极插设在与所述输电杆塔一定距离的地面中，所述电压检测端的输出端与所述第二放大器连接。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述系统还包括壳体，所述壳体上设置有多个插口，所述电流传感器插接在所述插口上。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述壳体为电信号屏蔽壳体。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

在本实用新型实施例中，利用输电杆塔间的工频感应电流作为激励电流，在激励电流的作用下，设置在输电杆塔的多个塔脚的多个电流传感器能够产生感应信号，从而实现电流检测；由于本实用新型实施例中电流检测是采用工频感应电流作为激励电流，所以电流传感器产生的感应信号可能较小，因此将多个电流传感器检测的电流经过放大模块、求和模块和第一放大器进行放大，使得送入信号处理模块的信号足够用于接地阻抗的检测；另一方面，采用电压检测端进行电压检测，然后将电压检测端检测到的信号经第二放大器后送入信号处理模块。信号处理模块根据这两路信号，实现输电杆塔的接地阻抗的计算。该输电杆塔的接地阻抗的测量无需信号激励，不但计算简单，而且设备也相对简单。

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输电杆塔间工频感应电流示意图；

图2是图1中输电杆塔间形成的回路等效示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种输电杆塔接地阻抗测量系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种信号处理模块的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种输电杆塔接地阻抗测量系统的安装示意图。

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。

目前，输电杆塔的接地阻抗测量主要分为回路电阻法和电位降法，但是无论是哪种方法其都需要分别测量出电流和电压，然后根据电流和电压计算接地阻抗。电流和电压可以分别通过在输电杆塔上设置线圈实现，通过向线圈输入激励电流和激励电压，检测测试回路产生的回路电流和回路电压，根据回路电流和回路电压。然而上述测量方式都需要进行信号激励，不但计算复杂，而且设备也相对复杂。

本实用新型实施例提供了一种无需激励信号的输电杆塔接地阻抗测量方案。图1是本实用新型实施例提供的输电杆塔间工频感应电流示意图，如图1所示，输电杆塔(杆塔1～杆塔n)间隔分布，输电杆塔的架空地线(避雷线)与输电杆塔的输电线路平行架设，相互之间存在互感，架空地线上会产生感应电动势，两个杆塔之间架空地线与杆塔接地形成回路，从而形成回路电流，也即图中的工频感应电流，工频是指交流电网中电流电压的固有频率。需要说明的是，图1只是示意存在感应电流，实际中杆塔多级并联，其感应电流方向较复杂，但并不影响本实用新型实施例对接地阻抗的测量。

图2是图1中输电杆塔间形成的回路等效示意图。参见图2，架空地线上会产生感应电动势，也即图中的感应电压，两个杆塔之间架空地线与杆塔接地形成回路，从而形成工频感应电流，回路上的电流大小受到架空地线阻抗RL、杆塔阻抗Rt0、杆塔阻抗Rt1以及杆塔接地阻抗Ze影响。本方面实施例即是要测出图2中的接地阻抗Ze。

图3是本实用新型实施例提供的一种输电杆塔接地阻抗测量系统的结构示意图。参见图3，该系统可以包括电流采集装置100、电压采集装置200和接地阻抗分析装置300。

其中，电流采集装置100包括：多个电流传感器101，用于分别测量输电杆塔的多个塔脚的电流，得到多路感应信号；放大模块102，用于对多路感应信号分别进行放大，得到多路电压信号；求和模块103，用于对多路电压信号进行求和，得到第一电压信号；第一放大器104，用于对第一电压信号进行放大，得到第二电压信号。多个电流传感器101分别与放大模块102的多个输入端电连接，放大模块102的多个输出端同时与求和模块103的输入端电连接，求和模块103的输出端与第一放大器104的输入端电连接。

其中，电压采集装置200包括：电压检测端201，用于获取输电杆塔的接地阻抗对应的电压，得到第三电压信号；第二放大器202，用于对第三电压信号进行放大，得到第四电压信号。电压检测端201与第二放大器202的输入端电连接。

其中，接地阻抗分析装置300包括：第一模数转换器301，用于对第二电压信号进行采集，得到第一数字信号；第二模数转换器302，用于对第四电压信号进行采集，得到第二数字信号；信号处理模块303，用于根据第一数字信号和第二数字信号计算得到输电杆塔的接地阻抗。第一放大器104的输出端与第一模数转换器301的输入端电连接，第二放大器202的输出端与第二模数转换器302的输入端电连接，第一模数转换器301的输出端以及第二模数转换器302的输出端均与信号处理模块303电连接。

在本实用新型实施例中，利用输电杆塔间的工频感应电流作为激励电流，在激励电流的作用下，设置在输电杆塔的多个塔脚的多个电流传感器能够产生感应信号，从而实现电流检测；由于本实用新型实施例中电流检测是采用工频感应电流作为激励电流，所以电流传感器产生的感应信号可能较小，因此将多个电流传感器检测的电流经过放大模块、求和模块和第一放大器进行放大，使得送入信号处理模块的信号足够用于接地阻抗的检测；另一方面，采用电压检测端进行电压(也即感应电流在接地阻抗上形成的电势差)检测，然后将电压检测端检测到的信号经第二放大器后送入信号处理模块。信号处理模块根据这两路信号，实现输电杆塔的接地阻抗的计算。该输电杆塔的接地阻抗的测量无需信号激励，不但计算简单，而且设备也相对简单。并且，由于采用该工频感应电流作为测试的信号源，所以工频感应电流不会成为测试中的干扰信号，避免了有源测量中产生的干扰，测量精度更高。同时仪表测量过程中无需额外的测试信号源，仪表功耗小、体积小、工作时间更长。

在本实用新型实施例中，电流传感器101通常可以采用罗氏线圈传感器或者钳形电流互感器。罗氏线圈传感器与钳形电流互感器都能实现非接触式的电流测量。区别在于罗氏线圈传感器在杆塔接地阻抗测量中更加灵活，柔性罗氏线圈不受杆塔塔基形状限制。钳形电流互感器通常是一个环形传感器，而且尺寸较小，在现场测量一般只能钳住杆塔的引下线，而当现场引下线与塔基周围空间不够时则无法布置钳形电流互感器进行测量。

另外，罗氏线圈传感器输出的感应信号为电压信号，直接进行放大处理即可；而钳形电流互感器输出的感应信号为电流信号，需要转换成电压信号，因此当电流传感器101为钳形电流互感器时，放大模块102可以为积分放大模块。

在上述系统中，当放大模块102为积分放大模块时，放大模块102可以包括多个积分器，每个积分器分别对一路电流信号进行放大。其中，积分器除了对电流信号进行放大外，还对电流信号进行了90度的移相。

图4是本实用新型实施例提供的一种信号处理模块的结构示意图。参见图4，信号处理模块303可以包括：

采集控制单元331，用于控制第一模数转换器301和第二模数转换器302同步进行第二电压信号和第四电压信号的采集；

数字信号处理单元332，用于根据第一数字信号和第二数字信号计算得到输电杆塔的接地阻抗对应的电压、输电杆塔的电流(也即前述工频感应电流)以及输电杆塔的接地阻抗；

数据管理单元333，用于存储输电杆塔的接地阻抗对应的电压、输电杆塔的电流以及输电杆塔的接地阻抗。

其中，采集控制单元331分别与第一模数转换器301、第二模数转换器302以及数字信号处理单元333电连接，数字信号处理单元332和数据管理单元333电连接。

在本实用新型实施例中，通过三个单元分别进行采集控制、信号处理和数据存储，实现了对前端采集到的信号的有序处理和对测量结果的完整保存。

其中，数字信号处理单元332可以为微处理器，例如微控制单元(MicrocontrollerUnit，MCU)。

在本实用新型实施例中，在进行电压采集时，需要利用电压降法选定测量点，电压检测端201一端连接输电杆塔10的塔脚11，另一端插设在测量点。具体地，数字信号处理单元332，用于在选定测量点时，根据多个测量点对应的第二数字信号计算输电杆塔的接地阻抗对应的电压；比较多个测量点对应的电压的差值，当多个测量点对应的电压的差值小于阈值时，测量点被选用进行电压采集。

例如，该阈值可以为一个百分比，例如5％，也即当任意两个测量点对应的电压的差值小于5％时，该测量点被认为电压采集的零点，被选用进行电压采集。而如果存在两个测量点对应的电压的差值大于或等于5％时，该测量点则不被选用进行电压采集。

在本实用新型实施例中，采集控制单元331可以包括：

存储子单元3311，用于存储第一数字信号和第二数字信号；

第一模数转换控制总线3312，连接第一模数转换器和存储子单元；

第二模数转换控制总线3313，连接第二模数转换器和存储子单元；

时序控制子单元3314，用于在第一模数转换控制总线传输第一数字信号、第二模数转换控制总线传输的第二数字信号时，比较第一数字信号和第二数字信号的波形。时序控制子单元3314分别连接第一模数转换控制总线3312和第二模数转换控制总线3313。

其中，时序控制子单元3314比较第一数字信号和第二数字信号的波形可以包括边沿比较或是波形相位运算等方式。例如，时序控制子单元3314通过检测第一数字信号的上升沿以及第二数字信号的上升沿的位置，实现边沿比较，以确定第一数字信号和第二数字信号的波形相位差。

在本实用新型实施例中，输电杆塔的接地阻抗包括接地阻抗值和阻抗角两个部分，其中接地阻抗值只需要根据第一数字信号和第二数字信号的幅值即可计算出来，而阻抗角需要用到第一数字信号和第二数字信号的相位差(也即电流和电压的相位差)，因此，可以通过时序控制子单元3314比较第一数字信号和第二数字信号的波形，将比较结果传输给数字信号处理单元332，数字信号处理单元332根据第一数字信号和第二数字信号的波形确定出相位差，进而确定出阻抗角。

在本实用新型实施例中，数字信号处理单元332可以包括：

数字滤波子单元3321，用于对第一数字信号和第二数字信号进行滤波；

波形分析子单元3322，用于根据滤波后的第一数字信号和第二数字信号的幅值，计算输电杆塔的接地阻抗的接地阻抗值；根据第一数字信号和第二数字信号的波形，计算输电杆塔的接地阻抗的阻抗角。

数字滤波子单元3321分别与存储子单元3311以及波形分析子单元3322电连接，波形分析子单元3322还与时序控制子单元3314电连接(图中未示出)。

由于采用上述仪器进行输电杆塔的接地阻抗时可能会受到各种电磁场、地磁场等的干扰，造成检测得到的信号中存在噪声，为了消除噪声影响，可以通过对第一数字信号和第二数字信号进行滤波，以提高测量精度。

在滤波后，通过波形分析子单元进行第一数字信号和第二数字信号的波形分析，根据第一数字信号和第二数字信号的幅值，计算输电杆塔的接地阻抗的接地阻抗值，接地阻抗的接地阻抗值Ze＝U/I，U为接地阻抗上形成的电势差，I为感应电流；同时，根据第一数字信号和第二数字信号的波形，计算输电杆塔的接地阻抗的阻抗角，从而得到完整的输电杆塔的接地阻抗。

另外，根据第一数字信号的上升沿以及第二数字信号的相位关系还可以计算出接地阻抗的电阻值和电抗值，这里不做赘述。

通过上述方式测量得到的接地阻抗被存储在数据管理单元333的数据库中。

在本实用新型实施例中，信号处理模块303，还可以包括：

全球定位系统(Global Positioning System，GPS)单元334，用于获取GPS信息；

数据管理单元333，用于将GPS信息与输电杆塔的接地阻抗对应存储。

GPS单元334与数据管理单元333电连接。

通过GPS单元334测得的GPS信息具体可以包括经纬度信息，该经纬度信息也即输电杆塔的位置信息，将输电杆塔的位置信息和其接地阻抗对应存储，便于后续根据接地阻抗对各个输电杆塔进行检修和维护。

进一步地，数据管理单元333的数据库中除了存储接地阻抗对应的电压、输电杆塔的电流、输电杆塔的接地阻抗、GPS信息外，还可以包括测量时间。

在本实用新型实施例，信号处理模块303，还可以包括：

数据访问接口335和人机交互单元336。数据访问接口335和人机交互单元336均与数据管理单元333电连接。

该数据访问接口335可以是各种通用类型的数据接口，例如USB接口、网络接口等，通过数据访问接口可以实现对数据管理单元333中的数据的备份、上传等功能。

人机交互单元336具体可以包括但不限于各种现有外设设备，例如键盘、鼠标、触摸屏等，从而实现人机交互，实现向该系统下发各种操作指令，例如查找、删除、上传等。

以触摸屏为例，该触摸屏可以显示该系统的各种操作指令按钮，还可以显示测量得到的第一数字信号和第二数字信号的波形，以及计算得到的接地阻抗，测得的GPS信息等。

图5是本实用新型实施例提供的一种输电杆塔接地阻抗测量系统的安装示意图。参见图5，电流传感器101设置在输电杆塔10的塔脚11与输电杆塔10的安装台12接触的部分。

在输电杆塔中，杆塔的底部通常为绝缘的安装台，如水泥安装台，杆塔通过接地线(通常包括钢筋以及引下线等)将杆塔接地，钢筋设置在安装台内部，引下线设置在安装台外部。为了准确测量接地阻抗，需要将电流传感器101设置在输电杆塔10的塔脚11与输电杆塔10的安装台12接触的部分，电流传感器101最优选将塔脚11和引下线一起包裹起来，从而实现对接地部分电流的准确测量，如果电流传感器101尺寸较小，则选择在将塔脚11和引下线其中之一包裹起来。另外，由于采用的是电流传感器101，电流传感器101的线圈采用包裹的方式测量，而无需将引下线断开并将电流测量装置接入其中进行测量，避免断开接地线造成的安全隐患。

在本实用新型实施例中，电压检测端201(也即图5中U)的一端连接在输电杆塔10的一个塔脚11与输电杆塔10的安装台12接触的部分，电压检测端201的另一端连接一个电极211，电极211插设在与输电杆塔10一定距离(也即前述零点/测量点)的地面中，电压检测端201的输出端与第二放大器202连接。

在本实用新型实施例中，该系统还包括壳体400，壳体400上设置有多个插口(如图5在的标号1～4)，电流传感器101插接在插口上。

如图5所示，每个电流传感器101分别插接在一个插口上，在测量具有不同塔脚11数量的输电杆塔10时，在壳体400上插接不同数量的电流传感器101即可，操作方便。

壳体400内部设置有前述电路结构，包括放大模块102、求和模块103、第一放大器104、电压采集装置200、接地阻抗分析装置300等。

通过设置壳体一方面可以对内部元器件进行保护，另一方面，可以通过采用隔离材料对内部元器件进行干扰隔离，也即壳体400可以为电信号屏蔽壳体。

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 (10)

1.一种输电杆塔接地阻抗测量系统，其特征在于，所述系统包括电流采集装置、电压采集装置和接地阻抗分析装置；

所述电流采集装置包括：分别测量所述输电杆塔的多个塔脚的电流的多个电流传感器、放大模块、求和模块和第一放大器，所述多个电流传感器分别与所述放大模块的多个输入端电连接，所述放大模块的多个输出端同时与所述求和模块的输入端电连接，所述求和模块的输出端与所述第一放大器的输入端电连接；

所述电压采集装置包括：获取所述输电杆塔的接地阻抗对应的电压的电压检测端和第二放大器，所述电压检测端与所述第二放大器的输入端电连接；

所述接地阻抗分析装置包括：第一模数转换器、第二模数转换器以及计算所述输电杆塔的接地阻抗的信号处理模块，所述第一放大器的输出端与所述第一模数转换器的输入端电连接，所述第二放大器的输出端与所述第二模数转换器的输入端电连接，所述第一模数转换器的输出端以及所述第二模数转换器的输出端均与所述信号处理模块电连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电流传感器为罗氏线圈传感器或者钳形电流互感器；

当所述电流传感器为钳形电流互感器时，所述放大模块为积分放大模块。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块，包括：

采集控制单元、数字信号处理单元和数据管理单元，所述采集控制单元分别与所述第一模数转换器、所述第二模数转换器以及所述数字信号处理单元电连接，所述数字信号处理单元和所述数据管理单元电连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述采集控制单元包括：

存储子单元；

第一模数转换控制总线，连接所述第一模数转换器和所述存储子单元；

第二模数转换控制总线，连接所述第二模数转换器和所述存储子单元；

时序控制子单元，分别连接所述第一模数转换控制总线和所述第二模数转换控制总线。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数字信号处理单元，包括：数字滤波子单元和波形分析子单元，所述数字滤波子单元分别与所述存储子单元以及所述波形分析子单元电连接，所述波形分析子单元还与所述时序控制子单元电连接。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块，还包括：

与所述数据管理单元连接的GPS单元。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块，还包括：

数据访问接口和人机交互单元，所述数据访问接口和所述人机交互单元均与所述数据管理单元电连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于，所述电压检测端的一端连接在所述输电杆塔的一个塔脚与所述输电杆塔的安装台接触的部分，所述电压检测端的另一端连接一个电极，所述电极插设在与所述输电杆塔一定距离的地面中，所述电压检测端的输出端与所述第二放大器连接。

9.根据权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括壳体，所述壳体上设置有多个插口，所述电流传感器插接在所述插口上。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述壳体为电信号屏蔽壳体。

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