CN210376520U - 多频扫描杆塔接地电阻测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了多频扫描杆塔接地电阻测量装置,包含激励源模块、信号采集模块、信号预处理模块、中央处理器模块、显示模块和GPRS通信模块;激励源模块通过杆塔接地引线向接地体中注入频率可调的电流信号;信号采集模块用于采集接地体上传输的电压信号和电流信号;信号预处理模块将采集后的电压信号和电流信号分别经放大、滤波、交直流有效值转换后送入中央处理器模块;中央处理器模块按照相应的算法对信号数据进行处理,计算出被测杆塔的准确接地电阻值,并将计算数据分别传输给显示模块和GPRS通信模块;显示模块用于显示计算得出的接地电阻值;GPRS通信模块用于将计算得出的接地电阻值发送到工作人员的智能设备上。
Description
技术领域
本实用新型属于电力检测技术领域,具体涉及一种多频扫描杆塔接地电阻测量装置。
背景技术
目前,随着输电线路规模的不断扩大和电压等级的不断提高,对电力系统运行可靠性提出了更高的要求。其中,线路杆塔接地安全性能作为影响电力系统运行可靠性的一个重要因素已引起了广泛关注。杆塔接地电阻值与输电线路的雷击跳闸率密切相关,对电力系统运行的可靠性起着巨大的作用。为了确保接地体泄流作用的可靠性,定时定期的测量杆塔接地电阻值并使其符合电力行业标准,是保证输电线路运行可靠性的重要措施之一。
目前工程实际中使用比较广泛测量接地电阻的方法主要有三极法、高频并联法以及钳表法,三极法测量需断开接地引线,由于接地引线大多加固且测量杆塔基数大,这都大大增大了测量的工作难度并减低了测量效率;高频并联法虽实现了不断开接地引线测量,提高了测量效率,但注入电流频率单一,没有考虑土壤电阻率的影响,导致测量精度不高;钳表法实现了不完全断开接地引线测量,但由于采用电磁感应原理,测量精度低,测量误差大。采用三极法和高频并联法测量时,电极布置方位均需垂直于接地体埋设方位,以提高测量精度,而在杆塔接地电阻测量的实际过程中,可能存在时间埋设跨度大导致实际工程的设计图纸遗失、缺损,接地体图纸与实际铺设方向位置存在较大偏差等情况,以至杆塔接地电阻测量时存在较大误差。因此,目前现有杆塔接地电阻测量的主要缺陷有:因接地体埋设方位不明确导致布极不准确,进而影响测量准确度;断开接地引线的测量方法效率低下;不断开接地引线的测量方法注入电流频率单一,会造成测量结果误差较大;未考虑土壤电阻率的影响等。
综上所述,现有国内外杆塔接地电阻的测量方法效率低、精度低、费时费力、适用范围窄,已不能很好的满足现代电力系统对参数测量的需求。因此,有必要对杆塔接地电阻的测量方法进行创新,研究一种能准确布极且在不断开接地引线的情况下实现准确测量杆塔接地电阻的方法,有效提高杆塔接地电阻测量的准确性及高效性。
发明内容
针对现有技术不足,本实用新型公开的多频扫描杆塔接地电阻测量装置能够采用多种频率的信号进行测量,无需断开拆装接地引下线,可以减省劳动强度;使用多频扫描式(1kHz~10kHz)测量接地电阻,有效减小了在不断开接地引线时避雷线电感与接地体电感之间的矛盾,比单一频率测量更为准确,提高测量精度和适用性;综合考虑了频率变化对避雷线电感、接地体电阻及电感等测量值的影响,能很好地适应现场环境;采用检测接地体地表磁感应强度分布情况的磁场法来判断杆塔接地体埋设方位,实现杆塔接地电阻测量前的准确布极,进而有效提高了测量效率和测量准确度;采用在四极法基础上改进而来的孔中三极法进行土壤电阻率的测量,适应不同的地理环境下的测量要求,为根据接地电阻判定接地状况提供参考。
本实用新型申请公开了多频扫描杆塔接地电阻测量装置,包含激励源模块、信号采集模块、信号预处理模块、中央处理器模块、显示模块和GPRS通信模块;所述激励源模块通过杆塔接地引线向接地体中注入频率可调的电流信号;所述信号采集模块用于采集接地体上传输的电压信号和电流信号;所述信号预处理模块将采集后的电压信号和电流信号分别经放大、滤波、交直流有效值转换后送入中央处理器模块;所述中央处理器模块按照相应的算法对信号数据进行处理,计算出被测杆塔的准确接地电阻值,并将计算数据分别传输给显示模块和GPRS通信模块;所述显示模块用于显示经测量计算出来的接地电阻值;所述GPRS通信模块用于将计算出来的接地电阻值发送到工作人员的智能设备上。
优选地,所述多频扫描杆塔接地电阻测量装置还包括存储模块;所述存储模块为SST39VF6402B芯片,用于存储系统程序和计算得出的接地电阻值。
优选地,所述多频扫描杆塔接地电阻测量装置还包括电源模块;所述电源模块为微型变压器,向整个装置供电。
优选地,所述激励源模块、信号采集模块、信号预处理模块、显示模块、GPRS通信模块、存储模块和电源模块均与中央处理器模块电连接。
优选地,所述激励源模块通过中央处理器模块控制信号发生器产生的信号频率,将产生的信号输入接地引线中,采用直接数字频率合成器(DDS技术)输出正弦电压信号,波形发生器是基于 DDS 芯片 AD9833。
优选地,所述激励源模块输出电流的频率范围为1~10kHz,不仅适用于选频式杆塔接地电阻测量,还同样适用于杆塔接地体埋设方位的判断以及土壤电阻率的测量。
优选地,所述信号采集模块包含多个电极,通过不同的电极采集信号回路的电压和电流信号,并将采集的电压和电流信号传输给信号预处理模块。
优选地,所述信号处理模块采用运算放大器 OP37 芯片进行滤波和放大处理,经过滤波放大过后,输出信号仍为交流信号;再采用高精度、宽频带的 AD637 作为有效值转换芯片,将经过放大滤波的交流信号转换为数据信号的有效值直流信号,并输出到中央处理器模块。
优选地,所述中央处理器模块采用 PIC18F4420 芯片及周围电路,能够实现各个功能模块之间的相互协调工作,包括控制注入电流频率的范围、采集数据的处理以及将数据分别发送到显示模块、GPRS通信模块和存储模块。
优选地,所述显示模块采用 LCD12864 液晶屏显示计算得出的接地电阻值。
优选地,所述GPRS通信模块采用4G无线模块USR-LTE-7S4 V2将计算得出的接地电阻值发送到工作人员的智能设备上。
与现有技术相比,本实用新型多频扫描杆塔接地电阻测量装置有如下有益效果:
1、本实用新型公开的多频扫描杆塔接地电阻测量装置能够采用多种频率的信号进行测量,无需断开拆装接地引下线,可以减省劳动强度。
2、本实用新型公开的多频扫描杆塔接地电阻测量装置使用多频扫描式(1kHz~10kHz)测量接地电阻,有效减小了在不断开接地引线时避雷线电感与接地体电感之间的矛盾,比单一频率测量更为准确,提高测量精度和适用性。
3、本实用新型公开的多频扫描杆塔接地电阻测量装置综合考虑了频率变化对避雷线电感、接地体电阻及电感等测量值的影响,能很好地适应现场环境。
4、本实用新型公开的多频扫描杆塔接地电阻测量装置采用检测接地体地表磁感应强度分布情况的磁场法来判断杆塔接地体埋设方位,实现杆塔接地电阻测量前的准确布极,进而有效提高了测量效率和测量准确度。
5、本实用新型公开的多频扫描杆塔接地电阻测量装置采用在四极法基础上改进而来的孔中三极法进行土壤电阻率的测量,适应不同的地理环境下的测量要求,为根据接地电阻判定接地状况提供参考。
附图说明
图1为本实用新型多频扫描杆塔接地电阻测量装置实施例一的测量原理图;
图2为本实用新型多频扫描杆塔接地电阻测量装置实施例一的结构原理图;
图3为杆塔水平接地体等效为有限长直载流导线模型的坐标系;
图4为孔中三极法测量土壤电阻率的示意图;
图5为杆塔接地电阻等效电路模型。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本实用新型。
实施例一:
如图1和图2所示,多频扫描杆塔接地电阻测量装置,包含激励源模块、信号采集模块、信号预处理模块、中央处理器模块、显示模块、GPRS通信模块、存储模块和电源模块;激励源模块通过中央处理器模块控制信号发生器产生的信号频率,将产生的信号输入接地引线中,采用直接数字频率合成器(DDS技术)输出正弦电压信号,波形发生器是基于 DDS 芯片 AD9833,输出电流的频率范围为1kHz~10kHz,不仅适用于选频式杆塔接地电阻测量,还同样适用于杆塔接地体埋设方位的判断以及土壤电阻率的测量;信号采集模块包含多个电极,通过不同的电极采集信号回路的电压和电流信号,并将采集的电压和电流信号传输给信号预处理模块;信号处理模块采用运算放大器 OP37 芯片进行滤波和放大处理,经过滤波放大过后,输出信号仍为交流信号;再采用高精度、宽频带的 AD637 作为有效值转换芯片,将经过放大滤波的交流信号转换为数据信号的有效值直流信号,并输出到中央处理器模块;中央处理器模块采用 PIC18F4420 芯片及周围电路,能够实现各个功能模块之间的相互协调工作,包括控制注入电流频率的范围、采集数据的处理以及将数据分别发送到显示模块、GPRS通信模块和存储模块;显示模块采用 LCD12864 液晶模块显示经测量计算出来的接地电阻值;GPRS通信模块采用4G无线模块USR-LTE-7S4 V2将计算出来的接地电阻值发送到工作人员的智能设备上;存储模块为SST39VF6402B芯片,用于存储系统程序和计算得出的接地电阻值;电源模块为微型变压器,向整个装置供电。
激励源模块、信号采集模块、信号预处理模块、显示模块、GPRS通信模块、存储模块和电源模块均与中央处理器模块电连接。
如图3所示,采用磁场法判断接地体的埋设方位,从而确定电极的布设方向。
磁场法并不能直接找到杆塔接地体,而是通过测量注入杆塔接地体中的交流电流产生的磁感应强度,从而找到接地体的方位。通过杆塔接地引线,注入电流信号到杆塔水平接地体,由于杆塔水平接地体多选择截面为矩形的扁钢或圆形的圆钢,电流流经接地体时,可将杆塔水平接地体等效为有限长直载流导线模型进行计算。
以塔杆水平接地体中心点正上方h长度处为坐标原点,y轴方向与接地体埋设方向平行,以此来建立直角坐标系,其中杆塔接地体长度为L。P点到杆塔接地体的直线长度,P点和杆塔接地体两端连线与P点和接地体的垂直线所成夹角:
计算可知,土壤表面任意一点P(x,y,0)处磁感应强度B:
式中,μ为土壤的磁导率,Ι为测量电流有效值,h为接地体的埋深,ϕ1、ϕ2为P点和杆塔接地体两端连线与接地体的垂直线所成夹角,L为接地体的长度。
可知,磁感应强度的最大值位于杆塔水平接地体的正上方,随着位置的偏移,磁感应强度逐渐减小。利用GIGAHERTZ NFA400型低频电磁辐射检测仪探测土壤表面磁场的分布情况,由于电流主要沿杆塔接地体进行流动,以电流注入点为圆心,距离注入点a距离为半径测量圆周上磁感应强度分布,磁感应强度最强处即为杆塔接地体埋设方位,记为点E。同样的方法在距离注入点b的圆周上测量磁感应强度的分布,得出杆塔接地体埋设方位,记为点F,点E与点F的连线方向即为杆塔接地体的埋设方位。
如图4所示,四极测探法容易收到如地下金属管线、地下电缆、混凝土路面等多种干扰有时很难开展工作,而采用孔中三极法能很好的解决上述问题。
利用孔中三极法对接地体附近土壤的土壤电阻率进行测量,测试电路如图5所示,采用四个电流布极,其中B电极设置在土壤表面,A、M、N三个电极均设置在钻空侧壁靠近B电极的一侧,且设置在同一条直线上;A、B两个电极构成电流回路,M、N两个电极用于测量土壤孔中的电位差,从而利用电压电流的关系计算得出值,由于测试装置在钻孔中,应按全空间模型计算视电阻率,计算公式如下:
如图5所示,向接地体中注入高频交流电流,随着频率和土壤电阻率的提高,杆塔的电感效应越来越明显,可以得到杆塔接地电阻等效电路模型,注入电流为,其中通过杆塔接地体,土壤以及电流极形成了电流回路,而通过杆塔,避雷线以及周围的杆塔形成电流回路。设待求杆塔两侧的避雷线感抗、避雷线电阻、杆塔电阻、杆塔感抗、接地电阻与接地体等效感抗总和为,其中为避雷线等效电感,为避雷线等效电阻。经计算可知,杆塔接地阻抗值随频率f变化的表达式:
使用时,工作人员先将多频扫描杆塔接地电阻测量装置防止在水平面上,将设备激励源模块用激励信号线与接地引线相连;接着利用工具(如打孔机、电钻)在杆塔接地电阻引线附近打出深度在0.5~2.m深的孔;接着将信号采集模块的4个电极中的1个设置在地表,剩余三个设置在钻空侧壁靠近地表电极的一侧的不同深度的侧壁上,且剩余三个电极设置在同一条直线上;接着启动设备,设备安装设定的程序进行运行,中央处理器模块控制激励源模块向杆塔接地电阻引线输入多种频率介于1kHz~10kHz的信号;信号采集模块通过不同的电极采集信号回路的电压和电流信号,并将采集的电压和电流信号传输给信号预处理模块;信号处理模对信号先后经过滤波、放大和有限制转换后将处理后的信号发送给中央处理器模块;中央处理器模块根据设定好的程序对信号进行三次样条插值算法求得该频率范围内的注入电流最佳频率点以及杆塔接地电阻的准确值,并将计算得出的杆塔接地电阻的准确值分别发送到显示模块、GPRS模块和存储模块;显示模块采用 LCD12864 液晶屏显示经测量计算出来的接地电阻值;GPRS通信模块采用4G无线模块USR-LTE-7S4 V2将计算出来的接地电阻值发送到工作人员的智能设备上;存储模块为SST39VF6402B芯片,用于存储系统程序和计算得出的接地电阻值。
本实用新型公开的多频扫描杆塔接地电阻测量装置能够采用多种频率的信号进行测量,无需断开拆装接地引下线,可以减省劳动强度;使用多频扫描式(1kHz~10kHz)测量接地电阻,有效减小了在不断开接地引线时避雷线电感与接地体电感之间的矛盾,比单一频率测量更为准确,提高测量精度和适用性;综合考虑了频率变化对避雷线电感、接地体电阻及电感等测量值的影响,能很好地适应现场环境;采用检测接地体地表磁感应强度分布情况的磁场法来判断杆塔接地体埋设方位,实现杆塔接地电阻测量前的准确布极,进而有效提高了测量效率和测量准确度;采用在四极法基础上改进而来的孔中三极法进行土壤电阻率的测量,适应不同的地理环境下的测量要求,为根据接地电阻判定接地状况提供参考。
尽管本实用新型就优选实施方式进行了示意和描述,但本领域的技术人员应当理解,只要不超出本实用新型的权利要求所限定的范围,可以对本实用新型进行各种变化和修改。
Claims (8)
1.多频扫描杆塔接地电阻测量装置,其特征在于:包含激励源模块、信号采集模块、信号预处理模块、中央处理器模块、显示模块和GPRS通信模块;所述激励源模块通过杆塔接地引线向接地体中注入频率可调的电流信号;所述信号采集模块用于采集接地体上传输的电压信号和电流信号;所述信号预处理模块将采集后的电压信号和电流信号分别经放大、滤波、交直流有效值转换后送入中央处理器模块;所述中央处理器模块按照相应的算法对信号数据进行处理,计算出被测杆塔的准确接地电阻值,并将计算数据分别传输给显示模块和GPRS通信模块;所述显示模块用于显示计算得出的接地电阻值;所述 GPRS通信模块用于将计算得出的接地电阻值发送到工作人员的智能设备上。
2.根据权利要求1所述的多频扫描杆塔接地电阻测量装置,其特征在于:所述激励源模块、信号采集模块、信号预处理模块、显示模块和GPRS通信模块均与中央处理器模块电连接。
3.根据权利要求1所述的多频扫描杆塔接地电阻测量装置,其特征在于:所述多频扫描杆塔接地电阻测量装置还包括电源模块;所述电源模块向整个装置供电。
4.根据权利要求1所述的多频扫描杆塔接地电阻测量装置,其特征在于:所述激励源模块输出电流的频率范围为1~10kHz。
5.根据权利要求1所述的多频扫描杆塔接地电阻测量装置,其特征在于:所述信号预处理模块采用运算放大器 OP37 芯片和有效值转换器AD637芯片。
6.根据权利要求1所述的多频扫描杆塔接地电阻测量装置,其特征在于:所述中央处理器模块选取 PIC18F4420 芯片。
7.根据权利要求1所述的多频扫描杆塔接地电阻测量装置,其特征在于:所述显示模块采用 LCD12864 液晶模块。
8.根据权利要求1所述的多频扫描杆塔接地电阻测量装置,其特征在于:所述GPRS通信模块采用4G无线模块USR-LTE-7S4 V2。
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CN201921225333.9U CN210376520U (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 多频扫描杆塔接地电阻测量装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111077350A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-28 | 云南电网有限责任公司西双版纳供电局 | 一种杆塔接地状态测试用镀锌电极系统及检测方法 |
CN113009237A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-22 | 广东电网有限责任公司 | 基于频率拟合算法的杆塔接地电阻测量方法及装置 |
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2019
- 2019-07-31 CN CN201921225333.9U patent/CN210376520U/zh active Active
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111077350B (zh) * | 2019-12-16 | 2021-09-28 | 云南电网有限责任公司西双版纳供电局 | 一种杆塔接地状态测试用镀锌电极系统及检测方法 |
CN113009237A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-22 | 广东电网有限责任公司 | 基于频率拟合算法的杆塔接地电阻测量方法及装置 |
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