專利名稱：基于工控機的接地網狀態監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力裝置接地網安全運行領域，更具體地，涉及基于工控機的接地網狀態監測裝置。
背景技術：
接地網是保證電力裝置安全可靠運行的重要措施之一。當電力裝置出現過流時，良好的接地可使電流快速散入大地中，保證電力設備和工作人員的安全。但接地網長期埋于地下，受入地電流的影響，易發生土壤電化學腐蝕，出現故障或斷裂，影響其散流能力，危
害電力裝置安全。因此，監測接地網的運行狀態至關重要。中國實用新型專利說明書CN201035712中公開了一種接地網無線檢測裝置，能利用無線電磁波實現接地阻抗的測量；中國實用新型專利說明書CN201229381中公開了一種接地網接地電阻異頻測試裝置，通過單片機和觸摸屏實現測試的便捷化操作。上述針對接地網電氣參數測量的方法和設備在測量過程中，都需要測試人員手動記錄測試數據，并整理分析，工作量龐大，難以確保測試數據的有效性和規范性；且由于不同的測試人員記錄習慣不同，測試信息記錄不全可能導致對測試結果分析出現誤差，降低測試的可靠性。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種基于工控機的接地網狀態監測裝置，能夠全自動的實現對接地網電氣參數的測量，以及狀態分析和評估。基于工控機的接地網狀態監測裝置，包括接地阻抗測試儀，與中心處理器連接，用于接收中心處理器的測試命令，測量表征接地網工頻交流參數的電壓和電流信號并將其反饋給中心處理器；直流導通測試儀，與中心處理器連接，用于接收中心處理器的測試命令，測量表征接地引下線之間的直流導通電阻的電壓和電流信號并將其反饋給中心處理器；中心處理器，基于工控機開發，用于向接地阻抗測試儀和直流導通測試儀發出測試命令，接收接地阻抗測試儀和直流導通測試儀反饋的電壓和電流信號，依據電壓和電流信號計算工頻交流參數和直流導通電阻，并對工頻交流參數和直流導通電阻進行時間和地理上的統計分析，以及對接地網的運行狀態進行綜合評估。進一步地，所述中心處理器包括信息采集與管理模塊、數據分析模塊、狀態評估模塊和信息導出模塊；信息采集與管理模塊，用于用戶設定測試條件，依據測試條件向接地阻抗測試儀和直流導通測試儀發出相應的測試命令，接收兩測試儀反饋的電流和電壓信號，依據電流和電壓信號計算各電氣參數即工頻交流參數和直流導通電阻，將各電氣參數與對應的測試條件關聯存儲，并供用戶做管理操作；數據分析模塊，用于對數據分析模塊存儲的電氣參數進行時間和地理上的統計分析，以便用戶掌握接地網各項電氣參數隨時間的變化趨勢和電氣參數對應的測試點的地理分布統計信息；狀態評估模塊，用于依據數據分析模塊存儲的電氣參數對接地網運行狀態進行綜合評估；信息導出模塊，用于根據用戶設定條件從信息采集與管理模塊、數據分析模塊和狀態評估模塊中選擇性地讀取電氣參數、數據分析結果和狀態評估結果，并生成測試報告或/和報表。進一步地，所述接地阻抗測試儀包括異頻恒流電源、電流傳感器、電壓傳感器、電流放大與濾波電路、電壓放大與濾波電路、第一 A/D變換器、DSP、第一串行通訊接口 ；電流傳感器連接電流放大與濾波電路，電壓傳感器連接電壓放大與濾波電路，電流放大與濾波電路和電壓放大與濾波電路分別連接第一 A/D變換器，第一 A/D變換器連接DSP，DSP通過第一串行通訊接口連接中心處理器，DSP還連接異頻恒流電源。進一步地，所述導通測試電路包括直流恒流電源、電流采樣電路、電流放大器、電 壓采樣電路、電壓放大器、第二 A/D變換器、微處理器、第二串行通訊接口 ；電流采樣電路通過電流放大器連接第二 A/D變換器，電壓采樣電路通過電壓放大器連接第二 A/D變換器，第二 A/D變換器連接微處理器，微處理器通過第二串行通訊接口連接工控機。本實用新型相比現有技術具有如下優點I)基于工控機平臺開發的接地網智能測量裝置能完成接地網電氣參數的規范化、智能化測試；自動存儲測試數據，并進行整理分析，將測試結果以圖形化的形式顯示出來，更直觀清晰；能有效減少測量過程中的差錯、提高現場實驗的效率。同時，對測試信息的規范化采集與處理，完善了生產管理，對地網的管理和監測起到了積極的作用。2)能根據測量所得的參數，對接地網當前的運行狀態進行智能化的客觀、全面、科學、綜合的評價，并給出具有實際指導意義的評估意見。
圖I為本實用新型的總體技術方案圖。圖2是本實用新型中接地阻抗測試儀的電路框圖。圖3是本實用新型中導通測試儀的電路框圖。圖4是實施例數據圖形化顯示的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明如圖I所示，基于工控機的接地網狀態監測裝置包括中心處理器、接地阻抗測試儀和直流導通測試儀。中心處理器基于工控機開發，向接地阻抗測試儀和直流導通測試儀發出測試命令，接地阻抗測試儀和直流導通測試儀分別測試接地網的工頻交流參數和接地引下線之間的直流導通電阻并反饋給中心處理器，中心處理器對兩測試儀反饋的數據進行統計分析并評估接地網的運行狀態。接地阻抗測試儀實現接地阻抗、土壤電阻率、跨步電壓、接觸電壓、場區地表電位分布等工頻交流參數的測量。如圖2所示，接地阻抗測試儀包括異頻恒流電源、電流傳感器、電壓傳感器、電流放大與濾波電路、電壓放大與濾波電路、A/D變換器、DSP、串行通訊接口。電流傳感器連接電流放大與濾波電路，電壓傳感器連接電壓放大與濾波電路，電流放大與濾波電路和電壓放大與濾波電路分別連接A/D變換器，A/D變換器連接DSP，DSP通過串行通訊接口連接工控機，DSP還連接異頻恒流電源。DSP通過串行通訊接口接收工控機的測試命令，依據測試命令控制異頻恒流電源輸出相應大小和頻率的測試電流。異頻恒流電源為一交流恒流電源，輸出波形為正弦波，輸出頻率可由DSP芯片設定為45Hz和55Hz ;輸出電流也由DSP芯片控制，最大可達3A ;輸出經過隔離后通過Cl-AC和C2-AC兩個端子輸出至外接測量回路，為外接回路提供電源。異頻恒流電源采用成熟的SPWM開關電源技術，以達到輸出波形失真小、體積小重量輕的優點。Cl-AC和C2-AC端的電流傳感器即電流互感線圈采集外接測量回路中的電流信號，經過電流放大與濾波電路去掉現場干擾(中心頻率為45Hz或55Hz，采用了高精度和高穩定度電子元件，故此中心頻率具有很高精度，同時具有很高的Q值)和放大后，進入AD轉換器(高速12位模數轉換芯片)。同時用Pl-AC和P2-AC的電壓傳感器(可采用采樣電阻)采集測試點的電壓信號，經過放大、濾波電路后，進入AD轉換器。
AD轉換器將采集的信息反饋給DSP芯片，并通過串口實時通訊傳送給工控機。直流導通測試儀用于測量接地引下線之間的直流導通電阻。如圖3所示，導通測試電路包括直流恒流電源、電流采樣電路、電流放大器、電壓采樣電路、電壓放大器、A/D變換器、微處理器、串行通訊接口。電流采樣電路通過電流放大器連接A/D變換器，電壓采樣電路通過電壓放大器連接A/D變換器，A/D變換器連接微處理器，微處理器通過串行通訊接口連接工控機；微處理器還可連接外設，例如顯示屏、鍵盤等等。微處理器通過串行通訊接口接收工控機的測試命令，依據測試命令控制直流恒流電源輸出相應大小的測試電流。直流恒流電源根據用戶需求提供測試所需的直流大電流，最大可達10A。電流經過隔離后通過Cl-DC和C2-DC兩個端子輸出至外接測量回路，用Pl-DC和P2-DC兩個端子接標準電阻采樣電流信號。電流傳感器和電壓傳感器采集的電流和電壓信號經過相應放大電路后，進入A/D轉換器，最后進入微處理器。微處理器可直接對數據進行處理，也可將數據通過串口實時通訊送至工控機中進行統一處理。中心處理器是基于工控機平臺開發，實現信息采集的圖形化、便捷化，數據管理與分析的智能化，為用戶帶來便利。中心處理器包括四大功能模塊信息采集與管理模塊、數據分析模塊、狀態評估模塊和信息導出模塊。信息采集與管理模塊實現接地網相關信息的管理、采集，采用對話窗口和表格化方式綜合實現，操作便捷的同時使測量信息一目了然。信息采集與管理模塊供用戶設定測試條件包括測試電流大小、測試頻率、測試點位置、測試環境(溫度、濕度、天氣狀況)等信息，依據測試條件向底層的測試儀發出測試命令，測試命令包含測試電流大小和/或測試頻率信息。信息采集與管理模塊接收底層兩測試儀的電流和電壓信號，依據電流和電壓信號計算得到各種電氣參數，將各電氣參數與對應的測試條件關聯存儲，并供用戶做查看、編輯、排序等管理操作。數據分析模塊對信息采集與管理模塊存儲的參數電氣進行時間、地理上的統計、分析、繪圖，采用平面分布圖和曲線圖顯示，便于用戶更便捷地掌握接地網各項電氣參數隨時間的變化趨勢和電氣參數對應的測試點的地理分布統計信息。狀態評估模塊根據測試信息對接地網運行狀態即接地網的散流能力、導通能力、結構完整性和被腐蝕程度等進行綜合評估，給出有價值的評估意見。其核心是接地網層次評估算法。該算法利用裝置測量得到的接地阻抗、跨步電壓、接觸電壓、導通電阻四項參數，結合地網的初始設計信息，根據模糊層次評估理論，對地網的運行狀態進行整體評價。并根據評價結果，結合變電站接地網現場試驗的相關經驗，給出具有實際指導意義的評估意見。具體的實現方式可參見“張蓬鶴等，采用模糊層次分析法的接地網狀態評估研究，《電測與儀表》2011年第48卷第12期”。信息導出模塊根據用戶設定條件，選擇性地讀取電氣參數、數據分析結果和狀態評估結果自動生成和輸出測試報告、測試報表等，使得接地網測試信息能夠智能化、規范化的管理，提高生產效率。為便于用戶設定條件，信息導出模塊中可預存測試報告和報表模板供用戶選擇。實施例為兼顧底層測試電路通信和數據管理分析的需要，工控機選擇PCM-LX主機，3. 5 寸嵌入式主板，AMD LX800處理器，符合RoHs標準，支持windows XP/CE/XPe裝置。軟件基于Winxp操作裝置，采用· NET Framework 4. O進行開發。測量接地網交流電氣參數時，將本實用新型中的接地阻抗測試儀的輸出端子Cl-AC、C2-AC、Pl-AC、P2-AC連接到接地樁上，在裝載于工控機上的軟件裝置中設置測試條件，發出測試命令；裝置會自動采集測試數據并記錄測試信息。測量直流電氣參數的方法與上述類似，只需將接地阻抗測試儀換成直流導通測試儀即可。測試完成后，工控機中的軟件已采集到全部的測試信息。用戶可在數據管理模塊中查詢和編輯全部的數據；然后根據需要，選擇特定的數據組進行統計、繪圖等分析。圖4是本實例數據圖形化顯示的示意圖。對接地網運行狀態進行評估時，只需選擇測試時間段，評估模塊會自動篩選并處理該時間段內的全部數據，運行評估算法，進行接地網運行狀態的綜合評估，并輸出評估意見。表I是實施例的狀態評估結果。
權利要求1.基于工控機的接地網狀態監測裝置，包括 接地阻抗測試儀，與中心處理器連接，用于接收中心處理器的測試命令，測量表征接地網工頻交流參數的電壓和電流信號并將其反饋給中心處理器； 直流導通測試儀，與中心處理器連接，用于接收中心處理器的測試命令，測量表征接地引下線之間的直流導通電阻的電壓和電流信號并將其反饋給中心處理器； 中心處理器，基于工控機開發，用于向接地阻抗測試儀和直流導通測試儀發出測試命令，接收接地阻抗測試儀和直流導通測試儀反饋的電壓和電流信號，依據電壓和電流信號計算工頻交流參數和直流導通電阻，并對工頻交流參數和直流導通電阻進行時間和地理上的統計分析，以及對接地網的運行狀態進行綜合評估。
2.根據權利要求I所述的基于工控機的接地網狀態監測裝置，其特征在于，所述接地阻抗測試儀包括異頻恒流電源、電流傳感器、電壓傳感器、電流放大與濾波電路、電壓放大與濾波電路、第一 A/D變換器、DSP、第一串行通訊接口 ；電流傳感器連接電流放大與濾波電路，電壓傳感器連接電壓放大與濾波電路，電流放大與濾波電路和電壓放大與濾波電路分別連接第一 A/D變換器，第一 A/D變換器連接DSP，DSP通過第一串行通訊接口連接中心處理器，DSP還連接異頻恒流電源。
3.根據權利要求I所述的基于工控機的接地網狀態監測裝置，其特征在于，所述導通測試電路包括直流恒流電源、電流采樣電路、電流放大器、電壓采樣電路、電壓放大器、第二A/D變換器、微處理器、第二串行通訊接口 ；電流采樣電路通過電流放大器連接第二 A/D變換器，電壓采樣電路通過電壓放大器連接第二 A/D變換器，第二 A/D變換器連接微處理器，微處理器通過第二串行通訊接口連接工控機。
4.根據權利要求I所述的基于工控機的接地網狀態監測裝置，其特征在于，所述中心處理器包括信息采集與管理模塊、數據分析模塊、狀態評估模塊和信息導出模塊； 信息采集與管理模塊，用于用戶設定測試條件，依據測試條件向接地阻抗測試儀和直流導通測試儀發出相應的測試命令，接收兩測試儀反饋的電流和電壓信號，依據電流和電壓信號計算各電氣參數即工頻交流參數和直流導通電阻，將各電氣參數與對應的測試條件關聯存儲，并供用戶做管理操作； 數據分析模塊，用于對數據分析模塊存儲的電氣參數進行時間和地理上的統計分析，以便用戶掌握接地網各項電氣參數隨時間的變化趨勢和電氣參數對應的測試點的地理分布統計信息； 狀態評估模塊，用于依據數據分析模塊存儲的電氣參數對接地網運行狀態進行綜合評估； 信息導出模塊，用于根據用戶設定條件從信息采集與管理模塊、數據分析模塊和狀態評估模塊中選擇性地讀取電氣參數、數據分析結果和狀態評估結果，并生成測試報告或/和報表。
專利摘要本實用新型公開了一種基于工控機的接地網狀態監測裝置，包括接地阻抗測試儀，用于接收中心處理器的測試命令，完成接地網工頻交流參數的測量；直流導通測試儀，用于接收中心處理器的測試命令，完成接地引下線之間的直流導通電阻的測量；中心處理器，基于工控機開發，用于向接地阻抗測試儀和直流導通測試儀發出測試命令，對測量得到的工頻交流參數和直流導通電阻進行時間和地理上的統計分析，并對接地網的運行狀態進行評估。本實用新型基于工控機平臺開發的接地網智能測量裝置能完成接地網電氣參數的規范化、智能化測試，并進行整理分析和狀態評估，有效減少測量過程中的差錯，提高現場實驗的效率。
文檔編號G01R31/00GK202614865SQ20122022424
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者張丹丹, 胡濱, 陳愛文, 賀家慧, 吳志威, 張蓬鶴 申請人:華中科技大學