接地網腐蝕狀態檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電力系統安全診斷裝置，尤其涉及一種變電站接地網的腐蝕故障 點智能診斷裝置。
【背景技術】
[0002] 變電站接地裝置是電力系統安全運行的重要組成部分。它不僅為變電站內各種電 氣設備提供一個公共的電位參考地，而且在系統發生故障時還能迅速排泄故障電流并降低 變電站的地電位升。接地網接地性能的優劣直接關系到變電站內工作人員的人身安全和各 種電氣設備的安全及正常運行。我國接地網一般采用扁鋼、圓鋼等鋼質材料。在南方和東 部沿海多雨天氣的地方，隨著年限的增加，接地網易發生腐蝕甚至斷裂給電力系統的正常 運行帶來了嚴重的危害。
[0003] 在實際工程中，對于接地網故障點的測量手段比較原始，常根據地區的土壤腐蝕 率，經驗地估計接地網導體腐蝕程度，然后抽樣挖開檢查。這種方法帶有盲目性、工作量大、 速度慢，并且還受到現場運行條件的限制，不能準確地判斷腐蝕程度和斷點。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明的目的之一是在于提供一種接地網腐蝕狀態檢測裝置，
[0005] 為達到上述目的，本發明提供如下技術方案，一種接地網腐蝕狀態檢測裝置，包括 微控制器模塊、數據采集裝置、激勵電流源和數據通信裝置，所述激勵電流源向接地網的可 及節點注入電流；所述數據采集裝置對可及節點的電位進行采集；所述微控制器模塊完成 對激勵電流源模塊和數據采集裝置的控制以及微控制器模塊對采集到的數據進行處理，將 處理后的數據通過數據通信裝置上傳到上位機。
[0006] 優選的，所述激勵電流源包括恒流源模塊和電流切換模塊，所述恒流源模塊和電 流切換模塊分別與微控制器模塊連接，所述恒流源模塊與電流切換模塊連接，所述恒流源 模塊通過電流切換模塊向可及節點注入電流。
[0007] 優選的，還包括液晶顯示模塊、數據存儲模塊和獨立按鍵模塊，所述液晶顯示模塊 和獨立按鍵模塊實現整個系統的良好的人機交互，所述數據存儲模塊實現采集數據的海量 存儲和備份。
[0008] 優選的，所述恒流源模塊包括電流源、與微控制器模塊連接的低通濾波模塊、與低 通濾波模塊連接的減法電路、與減法電路連接的正反饋電路和用于檢測正反饋電路輸出電 流的電流檢測模塊，所述電流檢測模塊將檢測到的輸出電流反饋至微控制器模塊，所述電 流源的輸出端分別與減法電路和正反饋電路連接。
[0009] 本發明的目的之二是提供一種接地網腐蝕狀態檢測方法，包括以下步驟：SI.向 接地網可及節點z注入電流；S2.以電流流出節點為了參選考節點測量全部可及節點的電 位；S3.通過迭代算法求出實際中接地網導體中各支路的電阻值或變化量，根據求出的支 路電阻值與設計時各支路電阻值比較的變化情況判斷導體腐蝕和斷裂情況。
[0010] 優選的，在步驟S2中，采用循環測量的方法測量可及節點的電位，具體包括以下 步驟：S21.配置電流源大小I和采集通道個數N，其中變量i = 1，j = I ;S22.判斷i，j是 否相等，若相等則采集的電壓為〇,轉入步驟S26,若不相等，轉入步驟S23 ;S23.電流流出通 道i導通，電流注入通道j導通，電流源導通；S24.以電流流出節點i為電壓參考點，測量 其他可及節點的電位；S25.電流源關斷；S26.變量j加I ;S27.判斷變量j是否大于N，若 大于則變量i加1，變量j加1 ;否則轉入步驟S22 ;S28.判斷變量i是否大于N，若大于則 測量結束，否則轉入步驟S22。
[0011] 優選的，各支路電阻值按以下方法求得：假設接地網具有N個節點和B條支路，則 由電網絡理論列方程有：
[0012] YnUn=IJl)
[0013] Yn= AY bAT (2)
[0014] Ub= A X (3)
[0015] Ib= YbUb (4)
[0016]
【主權項】
1. 一種接地網腐蝕狀態檢測裝置，其特征在于：包括微控制器模塊、數據采集裝置、激 勵電流源和數據通信裝置， 所述激勵電流源向接地網的可及節點注入電流； 所述數據采集裝置對可及節點的電位進行采集； 所述微控制器模塊完成對激勵電流源模塊和數據采集裝置的控制以及微控制器模塊 對采集到的數據進行處理，將處理后的數據通過數據通信裝置上傳到上位機。
2. 根據權利要求1所述的接地網腐蝕狀態檢測裝置，其特征在于：所述激勵電流源包 括恒流源模塊和電流切換模塊，所述恒流源模塊和電流切換模塊分別與微控制器模塊連 接，所述恒流源模塊與電流切換模塊連接，所述恒流源模塊通過電流切換模塊向可及節點 注入電流。
3. 根據權利要求1所述的接地網腐蝕狀態檢測裝置，其特征在于：還包括分別與微控 制器模塊連接的液晶顯示模塊、數據存儲模塊和獨立按鍵模塊，所述液晶顯示模塊和獨立 按鍵模塊實現整個系統的良好的人機交互，所述數據存儲模塊實現采集數據的海量存儲和 備份。
4. 根據權利要求2所述的接地網腐蝕狀態檢測裝置，其特征在于：所述恒流源模塊包 括電流源、與微控制器模塊連接的低通濾波模塊、與低通濾波模塊連接的減法電路、與減法 電路連接的正反饋電路和用于檢測正反饋電路輸出電流的電流檢測模塊，所述電流檢測模 塊將檢測到的輸出電流反饋至微控制器模塊，所述電流源的輸出端分別與減法電路和正反 饋電路連接。
5. 根據權利要求4所述的接地網腐蝕狀態檢測裝置，其特征在于：所述減法電路包括 電阻R107、電阻R125、電阻133、電阻R134和運算放大器U112A，所述正反饋電路包括電 阻R166、電阻R167、運算放大器U112B、三極管Tl和三極管T2 ;所述電阻R107的一端接電 流源，另一端與運算放大器U112A的正輸入端連接；所述電阻R125的一端與運算放大器 U112A的正輸入端連接，另一端接地；所述電阻R134的一端與運算放大器的負輸入端連接， 另一端與低通濾波器的輸出端連接；所述電阻R133并聯于運算放大器U112A的負輸入端與 輸出端之間；所述運算放大器U112A的輸出端與運算放大器U112B的負輸入端連接，運算放 大器U112B的正輸入端與三極管Tl的集電極連接，電阻R166的一端與電流源連接，另一端 與三極管Tl的集電極連接，三極管Tl的基極與運算放大器U112B的輸出端連接，三極管Tl 的集電極與三極管T2的集電極連接，三極管Tl的發射極與三極管T2的基極連接，三極管 T2的基極經電阻R167接地，電阻R167并聯于電流檢測模塊的兩個輸入端間。
6. 根據權利要求2所述的接地網腐蝕狀態檢測裝置，其特征在于：所述電流切換模塊 包括多路模擬選擇開關、三極管Ql和繼電器RL1，所述三極管Ql的基極與多路模擬選擇開 關的其中一個控制端連接，三極管Ql的基極經電阻Rll接地，三極管Ql的發射極接地，三 極管Ql的集電極經繼電器RLl的控制端接電流源，二極管Dl的陽極與三極管Ql的集電極 連接，二極管Ql的陰極接電流源，電阻R12與發光二極管LED串聯后并聯于二極管Dl的兩 端且二極管Dl的陽極與發光二極管LED的陰極連接。
7. 根據權利要求1所述的接地網腐蝕狀態檢測裝置，其特征在于：所述數據采集裝置 包括依次連接的模擬選擇開關、電壓隔離模塊、低通濾波模塊和A/D轉換器，所述A/D轉換 器與微處理器模塊連接。
8. 接地網腐蝕狀態檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：
51. 向接地網可及節點z注入電流；
52. 以電流流出節點為了參選考節點測量全部可及節點的電位；
53. 通過迭代算法求出實際中接地網導體中各支路的電阻值或變化量，根據求出的支 路電阻值與設計時各支路電阻值比較的變化情況判斷導體腐蝕和斷裂情況。
9. 根據權利要求8所述的接地網腐蝕狀態檢測方法，其特征在于：在步驟S2中，采用 循環測量的方法測量可及節點的電位，具體包括以下步驟：
521. 配置電流源大小I和采集通道個數N，其中變量i = 1，j = 1 ;
522. 判斷i，j是否相等，若相等則采集的電壓為0,轉入步驟S26,若不相等，轉入步驟 S23 ；
523. 電流流出通道i導通，電流注入通道j導通，電流源導通；
524. 以電流流出節點i為電壓參考點，測量其他可及節點的電位；
525. 電流源關斷；
526. 變量j加1 ;
527. 判斷變量j是否大于N，若大于則變量i加1，變量j加1 ;否則轉入步驟S22 ;
528. 判斷變量i是否大于N，若大于則測量結束，否則轉入步驟S22。
10. 根據權利要求8所述的接地網腐蝕狀態檢測方法，其特征在于：各支路電阻值按以 下方法求得： 假設接地網具有N個節點和B條支路，則由電網絡理論列方程有：
式中A為網絡的關聯矩陣；Yb為支路導納矩陣；Yn為節點導納矩陣；Ub為支路電壓向 量；Un為節點電壓向量；In為節點電流向量；Ib為支路電流向量，HR 3..........Rb分別 表示各支路的電阻值；Untl為節點電壓的測量值，U n(R)為節點電壓計算值，通過最小化f (R) 可以求得符合測量值的支路電阻，
通過求解（6)式就可得出各支路電阻的最優解，然后與各支路的電阻標稱值對比，對 各支路導體的腐蝕和斷裂情況進行判斷。
【專利摘要】本發明公開了一種接地網腐蝕狀態檢測裝置，包括微控制器模塊、數據采集裝置、激勵電流源和數據通信裝置，所述激勵電流源向接地網的可及節點注入電流；所述數據采集裝置對可及節點的電位進行采集；所述微控制器模塊完成對激勵電流源模塊和數據采集裝置的控制以及微控制器模塊對采集到的數據進行處理，將處理后的數據通過數據通信裝置上傳到上位機。本發明不需要大面積對接地網開挖，避免了大量的人力、物力、財力的浪費，同時還不受現場運行條件的限制，保證電力系統正常運行，具有廣泛的應用前景和市場價值。
【IPC分類】G01R31-08
【公開號】CN104678261
【申請號】CN201510136094
【發明人】程體陽, 楊帆, 左磊, 韓升, 羅蓉, 趙偉
【申請人】重慶大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月26日