一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置的制造方法

一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置的制造方法
【專利摘要】一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，針對接地網接地電阻測量中引線長、互感大、有效信號小等特點，設計出一種接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置。電流引線縮短為2D～2.5D，電壓引線連接輔助電流極和電壓極，通過測量距輔助電流極3～20m處的地面電位分布，結合輔助電流極電位的解析計算公式，計算輔助電流極電位分布公式。結合回路壓降及地面電位分布規律，得到接地網的地電位升和接地網的接地電阻。測量裝置主要包括異頻電源、主機、移動式電壓測量模塊、標準輔助電流極、電流引線、電壓引線、組合式輔助電壓極。該接地電阻測量方法及裝置具有測量引線短、互感影響小、有效信號大、抗干擾能力強、測量定位準確、測量便捷快速等特點。
【專利說明】
-種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置
技術領域
[0001] 本發明屬于電力系統接地技術領域，特別設及變電站接地網接地電阻短距測量方 法及測量裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著特高壓等級輸電系統的建設和電網規模的擴大，超大規模樞紐變電站的數量 越來越多，其接地網的尺寸也遠超十年前的水平。樞紐變電站在電網中起著將特高壓輸電 系統能量送出及保障社會供電的重要作用，其接地網性能的可靠對保障我國電力安全具有 重要意義。
[0003] 接地電阻是評估接地網性能的重要指標。接地電阻測量工作是電力系統一項重要 而長期的測量試驗。目的在于對發電廠、變電站接地網接地電阻的設計指標、工程建設、運 行狀況進行驗收和評估，W確保電力系統的安全可靠接地。電力行業標準化/T475-2006《接 地裝置特性參數測量導則》中特別強調了發變電站接地網的接地電阻測試要求，并給出了 具體的測試裝置參數建議。我國現有的接地電阻測量方法主要為長線法，在測量時需要布 置接地網等效直徑4~5倍長度的測量引線。由于超大型變電站、發電廠接地網規模的大幅 擴大，現有測量方法的測量難度和工作量也成倍提高。此外，考慮到電網每年需要檢測的大 型接地網數量眾多，工作量龐大，傳統測量方法已難W適應當前的運行維護需求。因此，電 力系統急需開發新的接地電阻測量方法及測量裝置。
[0004] 傳統接地電阻測量方法W接地網地電位升作為測量對象，W零電位點或者補償點 作為電位參考點，進行測量進而得到接地網的接地電阻。準確計算定位電位參考點是傳統 測量方法的難點，也是測量引線始終難W縮短的原因。
[0005] 測量引線之間存在的互感電壓是影響傳統長距測量法準確度的重要因素。互感電 壓與同向引線長度成正比，引線越長，互感電壓越大。且互感電壓始終難W有效消除。考慮 到接地網的接地電阻通常較小，約0.5 Q左右，因此能夠測量得到的接地網的地電位升幅值 較小。因此較大的互感電壓對傳統正向測量方法測量準確度的影響很大。
[0006] 大型變電站設備繁多，電磁環境復雜。工頻電磁場在測量引線上會產生感應電壓， 變電站運行過程中的入地電流經過地網散流時就會形成地電位差。上述影響因素在靠近變 電站處影響最大，遠離變電站影響較小。
[0007] 傳統正向測量方法中，除了測量引線布置工作量繁重外，測量裝置還需具備很強 的抗干擾能力，對測量裝置的技術要求較高，成本較大。現有測量裝置會受到引線互感、電 磁干擾的影響。現有的接地電阻測量裝置如"一種新型智能變頻大電流接地電阻測量儀"， 采用變頻-選頻的測量方法，對接地網注入45-5甜Z的正弦波交流大電流，然后選頻測量，能 實現在高壓變電站強干擾環境下測量接地網的接地電阻。現有裝置W加大輸出電流和提高 濾波性能來提高有效信號幅值和有效信號與變電站電磁干擾信號之間的信噪比。但現有接 地裝置無法解決測量引線之間互感對測量結果的影響。
[000引針對傳統正向測量方法在測量接地網接地電阻中引線長、互感及電磁干擾影響 大、有效信號小的問題，本專利公開了一種接地網接地電阻逆向短距測量方法。本逆向短距 測量方法W電流極附近地面電位分布作為測量指標。該測量方法可將電流引線長度縮短為 2D~2.加，節約工作量一半W上，可用于接地網尤其是大型接地網的接地電阻測量工作。逆 向短距測量法由于對電流極地面電位的測量不W接地網地電位升為電位參考點，不并排布 置電壓、電流測量引線。因此消除了互感電壓產生的條件，互感影響極小。逆向短距測量裝 置用于逆向測量方法的現場測量。由于在電流極附近進行測量，避免了接地網干擾和不平 衡電流對測量電壓的影響。測量對象為電流極附近地面電位，測量信號幅值壓值很大，因此 抗干擾能力很強。
[0009] 由于在進行逆向短距測量時，測量裝置結構也發生明顯變化，對現有裝置的測量 方法和結構還不能滿足逆向短距測量的需要的問題。針對短距測量方法對設備的特殊要 求，本專利公開了一種逆向短距測量裝置。具有測量引線短、無互感影響、抗干擾能力強、測 量定位準確、測量精度高、測量便捷快速的特點。

【發明內容】

[0010] 本發明公開了一種接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，針對接地網短距測 量時對測量裝置的特殊要求，設計出一種新型接地網接地電阻短距測量的裝置。該接地電 阻測量方法及裝置具有測量引線短、無互感影響、抗干擾能力強、測量定位準確、測量精度 高、測量便捷快速的特點。
[0011] 1)本發明的測量方法可W有效縮短接地電阻測量引線的長度為2~2.5D，實現接 地網接地電阻的短距離測量，同時也適用于測量引線長度大于2.5D的情況；
[0012] 2)本發明消除了接地電阻測量時電壓極、電流極引線長距平行導致的互感禪合， 消除了引線互感的影響；
[OOU] 3)本發明減小了變電站電磁環境對測量的干擾；
[0014] 本發明的測量方法為接地網接地電阻逆向短距測量方法，其基本原理是：在接地 網和輔助電流極之間布置電流回路，長度2D~2.5D，電壓表引線連接輔助電流極和電壓極。 由于接地網在電流極處產生的電位分量幅值較小，電位梯度可W忽略，因此通過測量電流 極近區的地面電位分布，可W求出電流極產生的地面電位分布的函數表達式。結合回路壓 降，可W求得接地網的地電位升。根據解析公式，補償輔助電流極對接地網電位影響，從而 獲得接地網地電位升的準確數值，通過與測量電流相除得到接地網的接地電阻。
[0015] 其測量原理說明如下：
[0016] 接地網接地電阻測量電流從接地網流入，從電流極流出，形成正負兩個電場。通常 接地網可采用半球接地極進行等效，等效條件為距離接地網2D左右。電流極可W等效為點 電流源，數值仿真研究表明，距電流極中屯、3~4mW外，電流極電位分布的仿真計算結果和 點電流源等效。大量實驗數據和理論分析得到，在距離接地網大于1.5D時，接地網產生的電 位梯度較小，地表電位下降緩慢，在該處20m范圍地表電位可W等效為恒定值C。
[0017] 現場測量可W測得輔助電流極的電位分布曲線，即選擇輔助電流極為電位參考 點，測量距離其3~20m范圍的電位分布。因此電壓測量引線的長度將會很短僅為20m，消除 了長電壓引線和電流引線并行的互感禪合條件，同時由于遠離了變電站的電磁環境，避免 變電站復雜電磁環境造成的對測量的干擾。
[0018] 為了降低輔助電流極的接地電阻，往往需要采用多跟垂直接地極并聯的方式進行 布置。同樣仿真計算得到，在多跟接地極并聯入地的情況下，采用中屯、一根，相距一米，夾角 90度外圍四根接地極同樣可用上述公式進行計算。
[0019] 如圖1接地電阻測量時的電位分布（1為電流極存在時的電位分布;2為無電流極時 的電位分布;3為僅電流極存在時的電位分布），曲線1由曲線2、3疊加產生，由于輔助電流極 所在區域的曲線2幅值遠小于曲線3,且變化平緩，因此將曲線2的末段電位等效為常值C。
[0020] 輔助電流極散流產生的地表電位分布計算公式為：
[0021]
(1)
[0022] P為±壤電阻率，I為注入電流，X為計算點到電流極中屯、的距離。令
考慮 接地網在輔助電流極附近產生的電位C，因此輔助電流極近區的實際電位為：
[0023]
(2>
[0024] 且現場測量電壓引線兩端的電位差是輔助電流極的電位化和電壓極電位Ui之差A
Uo
[0025] (3)
[0026] 現場測量時，電壓極在電流極附近，若電壓極測量點編號為1、2、3、4、…n，測量得 到對應點到電流極距離X1、X2、X3、X4、.....Xn，測量得到電位差A山、A U2、A U3、A U4、. . . . A 化，假設上述測量點對于無窮遠處的實際電位為m、U2、U3、U4.....Un則：
[0027]
C4) 1234567 通過現場測量獲得n組測量值(xi，ui)(i = l，2,3...n)，x為電壓極到輔助電流極中 屯、的距離，Ui為測量電壓。采用Levenberg-Marquardt算法進行解析函數(3)的待定參數k、b 最優求解。在最小二乘法意義下，確定參數k和b使偏差平方和最小： 2
[0029]
(5) 3 設定k、b的初始值kW、bW。通過迭代求解得到所求解析函數的最優參數kW、bW， 即為所求解析函數的最優參數。 4 接地網和輔助電流極之間的電位差U可根據電源輸出電壓喃曲、電流I、電流引線電 阻R線計算得到。 5 U = Ug-Uc = U細-IR線 (6) 6 接地網電位化為： 7 化=u+Uc = U-b+c (7)
[0035]根據補償法原理，接地網電位化小于接地網單獨散流的地面電位升高化0,需進行 補償。根據點電流源和半球接地極的計算公式，接地網的電流極的電位計算結果相等，即
d測量電流引線直線長度。因此，根據求得的解析公式，接地網的準確 電位升呆
從而得到接地網的接地電阻。 陳；
(8)
[0037]現場測量時，采用異頻法測量，避免工頻干擾帶來的誤差，W對稱頻率默認 為47Hz、53Hz)測量電壓的均值作為50Hz對應的電壓值。為了消除測量電源兩次輸出電流 Ii、l2的波動對測量電壓的影響，需要對測量電壓進行歸一化處理。歸一化處理即將測量電 壓歸算到1安培下。用上標逗號表示歸一化后的參數。現場測量時，測量電流Ii頻率為fi，測 量電流12頻率為f2。
[003引對測量電流Ii頻率為f 1，測量電壓，（ i = 1，2，3.. .n)歸一化，公式為：
[0039] (9)
[0040] ，（ i = 1，2，3' ? 'n)歸一化，公式為：
[0041 ] 〇〇)
[0042] I測量電壓：
[0043] (11)
[0044] 將n組測量值（Xi, A Ui'）（ i = 1,2,3'..n)帶入上述Levenberg-Marquardt算法進行 解析函數(3)的待定參數k、b最優求解，得到k'、b'。其牛
。
[0045] 采用相同原則對接地網和輔助電流極之間的電位差U進行歸一化，根據電源輸出 電壓喃社、電流引線電阻R線計算得到。
[0046] U'=U車觸'-R線 (12)
[0047] 1安培電流下的接地網電位化'為：
[004引 UG'=u'+Uc'=U'-b'+c' (13)
[0049]
(14)
[0050] 從而可W通過下式計算接地網1安培電流作用下的地電位升化〇'，即為接地網的接 地電阻。
[0化1]
(15)
[0052]實現本發明裝置的技術方案是:接地網接地電阻逆向短距測量裝置，主要包括異 頻電源、主機、移動式電壓測量模塊、標準輔助電流極、電流引線、電壓引線、組合式輔助電 壓極。
[0053] 電源采用異頻程控信號源。主機采用串口線對電源輸出進行控制。測量時采用異 頻法進行測量，信號為對稱異頻信號，頻率可選范圍為40~60化，輸出波形為正弦電流波， 輸出電流4~1OA。在測量前設置電流頻率，電流幅值，主機自動控制電源輸出和信號采集。
[0054] 主機控制整個測量流程。包括電源輸出控制、電源輸出電壓和輸出電流測量、通訊 和數據傳輸、結果顯示、數據存儲、按鍵控制。主機包括精密電壓、電流傳感器、調理電路、 ADC、中央處理模塊、顯示模塊、存儲模塊、無線數據傳輸模塊、鍵盤按鍵。電流傳感器采用穿 屯、式精密電流互感器。電壓傳感器通過電壓引線與移動式電壓測量模塊電壓端口并聯連 接，并采用合適變比將高壓測量信號轉換為低壓測量信號。調理電路由電源隔離模塊、50Hz 陷波器、程控放大器組成。測量信號通過調理電路處理，及ADC后，輸入到中央處理模塊。中 央處理模塊對測量信號進行數字濾波，儲存測量結果。無線數據傳輸模塊用于主機和移動 式電壓測量模塊的通信，傳輸測量指令和測量數據。顯示模塊為串口液晶顯示屏。鍵盤按鍵 實現操作人員對測量進行控制。操作人員可W通過數據輸出顯示模塊，查看接地電阻測量 值和計算數據。可W將數據保存為CS V格式，用U盤保存拷貝測量報告。主機可通過PC串口連 接電腦。
[0055] 移動式電壓測量模塊布置在電流極附近，用來測量各個電壓極和電流極之間的電 壓。移動式電壓測量模塊包括精密電壓傳感器、調理電路、ADC、中央處理模塊、通信模塊、顯 示模塊、存儲模塊、供電模塊、鍵盤按鍵。與主機不同的特點是具有8路電壓信號通道和獨立 的裡電池供電模塊。為電壓通道1~8,分別對應電壓輸入端子1~8,實現測量信號的同步實 時采集。測量信號通過精密電壓傳感器、調理電路、ADC，中央處理模塊。調理電路由電源隔 離模塊、50Hz陷波器、程控放大器組成。ADC采用同步采樣的方式W高采樣頻率同時提取8路 測量信號，將模擬信號轉化為數字信號輸送到中央處理模塊。中央處理模塊對測量數據進 行數字濾波，求得各電壓極測量信號的電壓，折合到相同電流作用下。移動式測量儀采用裡 電池供電。通過無線數據傳輸模塊將測量數據傳入主機中。主機進行數據匯總和接地電阻 計算，存儲于數據存儲模塊中，主機控制電源中止輸出。
[0056] 電流極結構為長1.2m半徑0.03m的尖頭鍛鋒鋼棒。±壤電阻率較低時可采用單根 電流極。也可采用5根電流極放射狀布置，半徑Im,穩定垂直插入地中Im的標準輔助電流極： 電流引線為電阻值經過準確測量的標準銅忍電纜。
[0057] 單根電壓極為長0.6m，半徑0.1m的尖頭鍛銷銅棒。標準電壓極布置在距電流極3~ 20m范圍內。測量距輔助電流極3m~IOm的電壓差值，間隔可取Im~2m，測量距輔助電流極 IOm~20m的電壓差值，間隔可取2m~4m。布置方式見圖。每根電壓極之間采用長度為Im硬塑 料固定桿連接，截面尺寸為0.2m ? 0.2m，中屯、開孔固定于距電壓極底部0.5m處，臂長度分為 (0.5m、lm、2m)=擋。多個標準電壓極通過連接器相連，連接器為空屯、硬塑料長方體外殼，連 接器空屯、尺寸0.205m ? 0.205m ? 0.4m可W緊密的嵌套在連接桿端部，將長桿頂齊，采用連 接器固定輔助電壓極使其位于一條直線上。現場測量時，布置8根標準電壓極，使電壓極呈 不等間距的直線排列，保證了電壓極的定位精度。電壓引線采用1.5mm2屏蔽軟銅電纜。分別 連接于可移動測量模塊的8個輸入端子。
【附圖說明】：
[005引圖1測量原理圖
[0059] 圖2測量布線及測量裝置示意圖
[0060] 圖對示準電流極
[0061 ]圖4接地電阻計算流程圖
[0062] 圖5組合式標準電壓極
[0063] 圖6連接器
[0064] 圖7主機結構
[0065] 圖8移動式測量模塊結構
【具體實施方式】：
[0066] 實現本發明目的的測量方法的步驟如下：
[0067] 步驟1、觀察地形，選取距接地網2D~2.加處±壤較為平坦、植物覆蓋較少、無地下 管道影響的開闊區域布置輔助電流極。輔助電流極可選擇單根，也可選擇星形布置方式多 根并聯，電流極和接地網通過電流引線分別連接到測量電源的兩個輸出端。
[0068] 步驟2、設置測試輸出電流幅值和頻率，測量計算接地網和輔助電流極之間的電 壓。
[0069] 步驟3、從與電流引線路徑平行或垂直的方向開始，W電壓測量裝置電壓引線分別 連接輔助電流極和電壓極，測量距輔助電流極3m~IOm的電壓差值，間隔可取Im~2m，測量 距輔助電流極1 Om~20m的電壓差值，間隔可取2m~4m;
[0070] 步驟4、根據測量數據，進行最優化計算，求解解析函數參數，得到解析函數表達 式。
[0071] 步驟5、采用根據公式計算接地網地電位升，求得接地電阻值R。
[0072] 利用本發明裝置通過程序引導進行測量的具體方法步驟如下：
[0073] (1)測量回路布置
[0074] 將接地電阻短距測量裝置連接變電站站用220V工頻電源，進行裝置接線。進行測 量引線布置：電流極距接地網2D-2.5D;電壓極的距電流極距離3-20m，默認布置距離為(4m、 5111、6111、8111、1〇111、12111、14111、18111)。布置測量電壓引線和電流引線，電流引線連接標準輔助回流 極，并驗證導通性完好。電壓引線一端連接輔助電流極，接入電壓傳感器的公共電壓端，其 他8根電壓極引線分別接引在電壓輸入端的8個端子，同時連接一個編號的電壓極。通過按 鍵和顯示器輸入各測量通道的距離參數和標準電流引線電纜的電阻。
[0075] (2)初始化
[0076] 第（1)步完成后，打開測量儀的電源開關，驗證導通性。設定輸入輸出電流的頻率 范圍和幅值。在可選頻率范圍40~60化，選擇對稱的頻譜fi、f2。電流幅值I默認6A，可在4~ IOA范圍選擇。
[0077] 通過程序控制操作流程如下：
[007引①主機向電源傳輸指令，電源輸出設定的電流，頻率fi，幅值I;
[0079] ②主機向移動式電壓測量模塊傳輸指令，移動式電壓測量模塊開始測量，測量完 成后向主機發送完成指令；
[0080] ③主機向電源傳輸指令，電源輸出設定的電流，頻率f2,幅值I;
[0081] ④主機向移動式電壓測量模塊傳輸指令，移動式電壓測量模塊開始測量，測量完 成后向主機發送完成指令；
[0082] ⑤主機收到測量完成信號后，向電源傳輸指令，停止輸出，電源接地。
[0083] ⑥主機接收移動式電壓測量模塊信號，計算接地電阻，顯示測量結果。
[0084] (3)數據采集
[0085] 第(2)步完成后，開始測量。電源輸出設定的電流，頻率fi，幅值I。主機采集電流信 號I和輸出電壓的測量信號喃曲。移動式電壓測量模塊對8路電壓信號進行同步采樣，測量電 壓信號在通過調理電路和ADC，進行高采樣頻率數據采集，默認采樣率1000，采樣長度4096。 同時對移動式測量模塊發出測量指令，開始采集8個電壓極的測量數據，默認采樣率1000， 采樣長度4096。測量完成后，對數據進行數字濾波，采用傅立葉分析程序計算測量信號頻率 下的電壓，將結果存儲于存儲模塊，向主機傳送完成信號。主機接收測量信號，控制電源中 止輸出，改為輸出頻率f2,幅值I。重復上述過程。頻率f2測量完成后，主機控制電源停止輸 出。
[0086] (4)測量數據計算和存儲
[0087] 第(3)步完成后，移動式電壓測量模塊對測量數據進行計算，求得電壓均值。將電 壓極1-8的測量電壓均值傳輸到主機中。數據形式為電壓W距回流極距離X、歸一化的測量 電壓值y的數據對(x，y)。移動式電壓測量模塊存儲測量電壓信號波形、數據保存到存儲模 塊。
[0088] (5)數據分析、計算
[0089] 第(4)步完成后，主機中央處理模塊調用存儲的測量數據，計算接地電阻。調用數 據對(x，y)。調用接地電阻數據擬合計算程序，計算得到接地網的接地電阻測量值。將數據 輸出到數據輸出顯示模塊和數據存儲模塊。
[0090] (6)結果顯示
[0091] 第巧)步完成后，數字顯示模塊通過測量儀的液晶顯示屏，顯示接地網接地電阻的 測量結果。數據存儲模塊存儲接地電阻的測量數據，供W后隨時調用及顯示。可采用USB接 口拷貝測量報告。
[0092] 本發明采用上述技術方案后，主要具有如下優點：
[0093] (1)使用范圍廣。能對各種類型發電廠、變電站接地網接地電阻進行測量。本發明 可實短距離下接地電阻的精確測量，顯著降低測量引線長度一半W上，突破了傳統接地電 阻測量實驗只能采用長距離引線法進行測量的限制，解決了現在工程上難W縮短測量引線 進行接地電阻準確測量的技術難題。
[0094] (2)互感影響小。擬棄了產生互感的布線方式，顯著降低大型接地網長測量引線所 帶了的由于互感過大而引起的測量誤差過大，測量結果錯誤，解決了大型接地網直線法測 量中難W排除互感影響的工程技術難題。
[00M] (3)電磁干擾小。遠離變電站進行測量，可W顯著降低變電站電磁干擾對測量結果 的影響，提高了測量準確度。
[0096] (4)智能化程度高，通過鍵盤和顯示器的人機交互，實現測量的程序化和標準化。 解決了短距測量法對工作人員專業能力要求過高、使該方法真正簡單、便捷、易行。
[0097] (5)測量精度高。采用硬件濾波結合軟件濾波的方式，濾除變電站工頻電磁干擾； 測量有效信號幅值顯著增強，更易測量得到。
[0098] (6)降低測量成本。本發明裝置結構設計合理、同傳統設備相比成本低廉;并能節 約大量的人力、物力、財力，能顯著提高工作效率，便于推廣應用。
[0099] 本發明可廣泛應用于各種接地網接地電阻的常規測量工作，特別適用于大型接地 網及因地理環境影響而難W進行長距離測量的情況。
【主權項】
1. 一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，本發明的技術特點在于： 電流極布置在距接地網2D-2.5D處，電壓極布置在距輔助電流極3-20m范圍，測量地面 電位分布，結合理論解析公式，采用最小二乘法進行曲線擬合，確定輔助電流極電位解析公 式。結合回路壓降，根據補償法原理，獲得接地網的準確地電位升，進而計算得到接地網的 接地電阻。 本裝置采用分體式結構，主機和移動式電壓測量模塊采用無線通訊。主要包括異頻電 源、主機、移動式電壓測量模塊、標準輔助電流極、電流引線、電壓引線、組合式輔助電壓極。 其中主機包括:精密電壓、電流傳感器、調理電路、ADC、中央處理模塊、顯示模塊、存儲 模塊、無線數據傳輸通訊模塊、鍵盤按鍵。 主機控制整個測量流程。采用無線數據傳輸通信模塊實現主機和移動式電壓測量模塊 的通信和數據傳輸。采用優化算法進行數據擬合得到50Hz接地電阻。 其中移動式電壓測量模塊包括：電壓傳感器、調理電路、ADC、中央處理模塊、顯示模塊、 存儲模塊、無線數據傳輸通訊模塊、供電模塊、鍵盤按鍵。采用8路電壓信號同步采樣。 電流極采用單根或5根電流極放射狀布置，單根電壓極采用長0.5m，半徑8mm的尖頭鍍 鉑銅棒。電壓極采用8根標準電壓極。每根電壓極之間采用長度為lm-4m硬塑料桿連接，電壓 引線采用1.5mm2屏蔽軟銅電纜。分別連接于移動式電壓測量模塊的8個輸入端子。2. 據權利要求1所述的一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，其特點在 于:所述方法中，輔助電流極電位的解析函數為與現場觀測值對應的理論計算解 析函數戈，具有兩個待定參數k、b。采用最小二乘原理的進行解析函 數最優參數求解。接地網和輔助電流極電壓差為電源輸出電壓減去引線回路壓降U = m〇- U20 = 細-1R線。最終計算公式3. 據權利要求1所述的一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，其特點在 于：所述方法中，采用異頻法并對測量電壓進行歸一化處理，對接地網和輔助電流極之間的電位差U進行歸一化，U ' = U '輸ti-R線。最終計 算公式4. 根據權利要求1所述一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，其特征在 于:所述輔助電流極電位分布的測量結構及布置方式為，8根電壓測量引線與8根電壓極連 接，連接測量裝置電壓采集端子的一端，電壓采集端子另一端連接輔助電流極。電壓引線長 度小于30m，采用8根電壓極，直線布置于距輔助電流極中心3m-20m范圍內的地表，標準電壓 極布置在距電流極3m-20m范圍內。所述測量方向的直線為以中心電流極和外部電流極之間 的連線為直線。測量距輔助電流極3m-10m的電壓差值，間隔可取lm-2m，測量距輔助電流極 10m-20m的電壓差值，間隔可取2m-4m。本方法的測量值可以為相同測量電流時的電壓值，也 可以是歸一化的電壓值。本方法的測量點范圍可在3m-20m內酌情變更。5. 根據權利要求1所述一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，其特征在 于:所述電流極結構為尖頭鍍鋅鋼棒，單根電極長1.2m半徑0.03m的。電流極布置方式可以 采用單根輔助電流極垂直插入地下〇.6m-2m，也可采用標準輔助電流極，即采用5根電流極 放射狀布置，半徑lm，穩定垂直插入地中0.6m_2m。6. 照權利要求1所述的一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，其特征在 于:所述單根電壓極為尖頭鍍鉑銅棒，長〇.6m，半徑0.1m的。每根電壓極之間采用硬塑料固 定桿連接，截面尺寸為〇.2m · 0.2m，中心開孔固定于距電壓極底部0.5m處，臂長度分為 (0.5m、lm、2m)三擋。多個標準電壓極通過長方體空心硬塑料連接器相連，連接器空心尺寸 0.205m · 0.205m · 0.4m可以緊密的嵌套在連接桿端部，將長桿頂齊，采用連接器固定輔助 電壓極使其位于一條直線上。現場測量8根標準電壓極呈不等間距的直線排列，保證了電壓 極的定位精度。電壓引線采用1.5mm 2屏蔽軟銅電纜。分別連接于可移動測量模塊的8個輸入 端子。7. 照權利要求1所述的一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，利用本發 明裝置，其特征在于： 所述主機通過程序，控制整個測量流程，包括電源輸出控制、電源輸出電壓和輸出電流 測量、指令通訊、結果顯示、數據存儲、按鍵控制。主機采用串口線對電源輸出進行控制。在 測量前通過程序設置電流頻率，電流幅值，主機自動控制電源輸出和信號采集。電流傳感器 采用穿心式精密電流互感器。電壓傳感器通過電壓引線與測量儀的電壓極端口并聯連接， 將高壓測量信號轉換為低壓測量信號。測量信號通過調理電路處理，及ADC后，輸入到中央 處理模塊。中央處理模塊對測量信號進行數字濾波，儲存測量結果。無線數據傳輸模塊用于 主機和移動式電壓測量模塊的通信，傳輸測量指令和測量數據。顯示模塊為串口液晶顯示 屏和按鍵，實現操作人員對測量進行控制。操作人員可以通過數據輸出顯示模塊，查看接地 電阻測量值和計算數據。可以將數據保存為csv格式，用U盤保存拷貝測量報告。8. 照權利要求1所述的一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，其特征在 于： 所述移動式電壓測量模塊布置在電流極附近，測量各個電壓極和電流極之間的電壓。 移動式電壓測量模塊具有8路電壓信號通道。移動式測量儀采用鋰電池供電。實現8路測量 信號的同步實時采集。通過無線數據傳輸模塊將測量數據傳入主機中。9. 照權利要求1所述的一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，其特征在 于： 所述測量信號依次通過精密電壓傳感器、調理電路、ADC，中央處理模塊。所述調理電路 由電源隔離模塊、50Hz陷波器、程控放大器組成。ADC采用同步采樣的方式以高采樣頻率同 時提取8路測量信號，將模擬信號轉化為數字信號輸送到中央處理模塊。中央處理模塊調用 程序對測量數據進行數字濾波，求得各電壓極測量信號的電壓，折合到相同電流作用下。主 機進行數據匯總和接地電阻計算，存儲于數據存儲模塊中。10. 照權利要求1所述的一種新型接地網接地電阻逆向短距測量方法及裝置，利用本發 明裝置，通過程序進行測量，利用本發明裝置通過程序引導進行測量，其具體方法步驟如 下： (1) 測量回路布置 將接地電阻短距測量裝置連接變電站站用220V工頻電源，進行裝置接線。進行測量引 線布置：電流極距接地網2D-2.5D;電壓極的距電流極距離3-20m，默認布置距離為(4m、5m、 6111、8 111、1〇111、12111、14111、18 111)。布置測量電壓引線和電流引線，電流引線連接標準輔助回流極， 并驗證導通性完好。電壓引線一端連接輔助電流極，接入電壓傳感器的公共電壓端，其他8 根電壓極引線分別接引在電壓輸入端的8個端子，同時連接一個編號的電壓極。通過按鍵和 顯示器輸入各測量通道的距離參數和標準電流引線電纜的電阻。 (2) 初始化 第（1)步完成后，打開測量儀的電源開關，驗證導通性。設定輸入輸出電流的頻率范圍 和幅值。在可選頻率范圍40-60HZ，選擇對稱的頻譜f!、f 2。電流幅值I默認6A，可在4-10A范圍 選擇。 通過程序默認操作流程如下： ① 主機向電源傳輸指令，電源輸出設定的電流，頻率fi，幅值I; ② 主機向移動式電壓測量模塊傳輸指令，移動式電壓測量模塊開始測量，測量完成后 向主機發送完成指令； ③ 主機向電源傳輸指令，電源輸出設定的電流，頻率f2，幅值I; ④ 主機向移動式電壓測量模塊傳輸指令，移動式電壓測量模塊開始測量，測量完成后 向主機發送完成指令； ⑤ 主機收到測量完成信號后，向電源傳輸指令，停止輸出，電源接地。 ⑥ 主機接收移動式電壓測量模塊信號，計算接地電阻，顯示測量結果。 (3) 數據采集 第(2)步完成后，開始測量。電源輸出設定的電流，頻率fi，幅值I。主機采集電流信號I和 輸出電壓的測量信號U。移動式電壓測量模塊對8路電壓信號進行同步采樣，測量電壓信號 在通過調理電路和ADC，進行高采樣頻率數據采集，默認采樣率1000，采樣長度4096。同時對 移動式測量模塊發出測量指令，開始采集8個電壓極的測量數據，默認采樣率1000,采樣長 度4096。測量完成后，對數據進行數字濾波，采用傅立葉分析程序計算該頻率下的電壓，將 結果存儲于存儲模塊，向主機傳送完成信號。主機接收測量信號，控制電源中止輸出，改為 輸出頻率5，幅值I。重復上述過程。頻率f 2測量完成后，主機控制電源停止輸出。 (4) 測量數據計算和存儲 第(3)步完成后，移動式電壓測量模塊對測量數據進行計算，求得電壓均值。將電壓極 1-8的測量電壓均值傳輸到主機中。數據形式為電壓以距回流極距離X、歸一化電壓值y的數 據對(x，y)。移動式電壓測量模塊存儲測量電壓信號波形、數據保存到存儲模塊。 (5) 數據分析、計算 第(4)步完成后，主機中央處理模塊調用存儲的測量數據，計算接地電阻。調用數據對 (x，y)。調用接地電阻數據擬合計算程序，計算得到接地網的接地電阻測量值。將數據輸出 到數據輸出顯示模塊和數據存儲模塊。 (6) 結果顯示 第(5)步完成后，數字顯示模塊通過測量儀的液晶顯示屏，顯示接地網接地電阻的測量 結果。數據存儲模塊存儲接地電阻的測量數據，供以后隨時調用及顯示。可采用USB接口拷 貝測量報告。
【文檔編號】G01R27/20GK105954594SQ201610435415
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月17日
【發明人】袁濤, 司馬文霞, 楊鳴, 白洋, 羅東輝, 鮮呈晨
【申請人】重慶大學