基于gps的大型地網接地阻抗測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及測量裝置，特別是一種基于GPS的大型地網接地阻抗測量裝置。
【背景技術】
[0002] 發電廠、變電站接地網是整個電力系統防雷、故障保護系統的重要組成部分。其 接地阻抗參數是地網運行狀態主要狀態量，是衡量地網運行狀態的重要指標。隨著現代大 電網向超高壓、大電容和遠距離方向發展，使故障時入地電流不斷增大，引起地電位大幅提 高。為了確保電力系統安全穩定運行以及提高供電可靠性，就必須保證接地裝置具有優良 的性能。然而長期埋在土壤中的接地網容易遭受腐蝕，導致地網接地阻抗變大，產生較大的 接觸電位差和跨步電位差，危及設備和人身安全。所以，出于安全運行的考慮，準確測量地 網接地阻抗，及時發現問題越來越受到發、變電企業的重視。
[0003] 接地阻抗的定義為，對地網注入測試電流/w，然后用電壓表測得地網相應的電 位抬升U，接地阻抗Z=U/4，可見接地阻抗的所有測試結果均建立在注入地網的測試電流 /w這個基礎數據上，準確得到注入當前地網的真實電流非常重要，直接影響測試結果。
[0004] 發電廠、變電站地網面積較大，地下接地體成網絡狀埋設布置，地面上的金屬構架 與外界架空地線相連，同時眾多金屬構架相互之間通過構架相連，地網、金屬構架、架空地 線、電纜外護套相互連接在一起，共同構成了一個電阻電感網絡。金屬構架的接入對測試電 流產生了較大的分流作用，即儀器輸出的測試電流并未全部注入當前地網，而是通過金屬 構架分流到了遠方。注入地網的交流測試電流在各金屬構架上的分電流并非完全的反向， 而是存在一定的相位差。對于一些大型的變電站，金屬構架之間還存在環流。
[0005] 由于測試時對地網注入的是一個交流電源，其電流方向以每秒50個左右的正弦 波周期在實時變化。要測出金屬構架分電流的向量，首先要能實時比較金屬構架分電流相 對于測試電流的相位差。以往變電站地網測量時，由于技術水平和測試設備的限制，很多情 況下要么完全不測金屬構架分電流，要么只測金屬構架分電流的模值大小，而不測其相位。 不測分電流，則未考慮架空地線散流的影響，最終測試電流的計算值偏大；只測分電流模值 而不測相位差，則只能將所有分電流都當成向地網以外散流，且其方向與注入地網的測試 電流完全反相來計算，則最終測試電流的計算值偏小；有時各金屬構架所測得的分電流模 值相加甚至超出了注入的測試電流，無法得到符合邏輯的測試結果。只有準確測量出各處 分電流的向量，然后將測試電流與各分電流求向量和，才能準確得到注入地網的電流，從而 準確得到地網接地阻抗。
[0006] GPS時鐘系統是針對自動化系統中的計算機、控制裝置等進行校時的高科技產品， GPS數字產品它從GPS衛星上獲取標準的時間信號，將這些信息通過各種接口類型來傳輸 給自動化系統中需要時間信息的設備，這樣就可以達到整個系統的時間同步。接地網阻抗 測量裝置對時間同步要求很高，因此可以采用GPS時鐘系統作為測量裝置的同步信號。
【發明內容】
[0007] 本實用新型的目的是：提供一種基于GPS的大型地網接地阻抗測量裝置，能夠現 場測量出大型地網接地阻抗。
[0008] 為實現上述目的，本實用新型采用的技術解決方案是該基于GPS的大型地網接 地阻抗測量裝置由主機配合從機組成，主機包括控制器模塊、電源模塊、電流源模塊、羅氏 線圈、電流信號處理模塊、電流過零檢測模塊、電壓檢測模塊、電壓信號處理模塊、電壓過零 檢測模塊、GPS授時模塊、數據存儲模塊、無線通訊模塊、顯示模塊、按鍵模塊，各模塊依電 回路方式連接；從機包括控制器模塊、電源模塊、羅氏線圈、信號處理模塊、過零檢測模塊、 GPS授時模塊、數據存儲模塊、無線通訊模塊、顯示模塊，各模塊也依電回路方式連接；所述 的主機的控制器模塊負責整個主機測量裝置的控制和測量數據的處理；電源模塊為主機測 量裝置提供電能；電流源模塊在控制器的控制下產生恒定異頻測試電流，并接入地網任意 位置處，將該異頻測試電流相位定義為參考零相位；采用羅氏線圈圈住該接入點，測量異頻 測試電流信號，并送入信號處理模塊；信號處理模塊將羅氏線圈送入的信號進行濾波，濾除 50Hz干擾信號，并進行信號放大、A/D轉換后送入控制器模塊和電流過零檢測模塊；電流過 零檢測模塊檢測電流波形是否過零；電壓檢測模塊測量地網相應的電位抬升U，并送入電 壓信號處理模塊；電壓信號處理模塊將電壓檢測模塊送入的信號進行信號放大、A/D轉換 后送入控制器模塊和電壓過零檢測模塊；檢測到電壓、電流波形過零時給控制器發送中斷 信號；為解決無線傳送存在延時問題，采用GPS授時模塊為控制器模塊提供同步信號；控制 器模塊將主機采集的數據和從機發送過來的數據存儲到數據存儲模塊；無線通訊模塊實現 主機控制器和從機控制器的數據傳輸；顯示模塊顯示地網相應的電位抬升U、測試電流 、各分電流向量、和最終測量接地網阻抗值；按鍵模塊與控制器模塊通信，配置測量參數，控 制測量過程；所述的從機的控制器模塊負責整個從機測量裝置的控制和分電流測量數據 的處理；電源模塊為從機測量裝置提供電能；從機捕獲主機同步信號后，采用羅氏線圈測 量地網區域內某一個金屬構架或某一電纜的分電流信號，并送入信號處理模塊；信號處理 模塊將羅氏線圈送入的分電流信號進行濾波，濾除50Hz干擾信號，并進行信號放大、過零 檢測，啟動A/D轉換器周期采樣該電流信號，并送入控制器模塊，采樣結束后計算該分電流 的有效值；采用GPS授時模塊為控制器模塊提供同步信號；無線通訊模塊實現主機控制器 和從機控制器的數據傳輸；控制器模塊將采集的數據存儲到數據存儲模塊，顯示測量的分 電流數據。
[0009] 進一步，所述的異頻測試電流是指頻率范圍在40~70Hz之間的不等于50Hz、幅值 為0~10A的穩定正弦電流信號。
[0010] 進一步，所述的過零檢測指的是在交流系統中，當波形從正半周向負半周轉換時， 經過零位時，系統作出的檢測。
[0011] 進一步，所述的主機和從機的控制器模塊采用單片機、ARM、DSP或FPGA。
[0012]進一步，所述的主機和從機的電源模塊將12V電源轉換成3. 3V，向主機和從機的 控制器模塊供電。
[0013] 進一步，所述的主機的電流源模塊輸出異頻測試電流。
[0014] 進一步，所述的主機和從機的羅氏線圈為長度大于300mm的柔性羅格夫斯基線 圈。
[0015] 進一步，所述的主機和從機的信號處理模塊對電流信號進行濾波、信號放大和A/D 轉換。
[0016] 進一步，所述的主機的電壓檢測模塊測量地網相應的電位抬升U，送入控制器模 塊。
[0017] 進一步，所述的主機和從機的GPS授時模塊為控制器模塊提供時間信息，與控制 器模塊通過串口通信，也可以采用北斗授時模塊。
[0018] 進一步，所述的主機和從機的數據存儲模塊采用片外NORFLASH或NANDFLASH存 儲器。
[0019] 進一步，所述的主機和從機的無線通訊模塊采用nrf24101芯片，其CE引腳與ARM 處理器上的外部中斷接口EINT1