专利名称：基于无线传输的大型地网金属构架分流向量的测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力行业中分流向量的测量设备，具体是指大型接地网接地阻抗的测量方法基于无线传输的大型地网金属构架分流向量的测量系统。
背景技术：
发电厂、变电站接地网除了为各种电气设备提供公共参考地，更重要地，在系统发生接地故障或遭受雷击时起到快速有效地泄放故障电流，改善接地网和场区地表地电位分布，保障一、二次设备和人员安全的作用，是维护电力系统安全可靠运行、保障人员和设备安全的重要措施。
接地阻抗是表征地网性能的重要参数。接地阻抗的定义为，对地网注入测试电流Im，然后用电压表测得地网相应的电位抬升U，接地阻抗Z=U/Im。可见，接地网的所有测试结果均建立在注入地网的测试电流Im这个基础数据上。准确得到注入当前地网的真实电流值非常重要，直接影响测试结果。
电厂和变电站投运后，架空地线和交联电缆屏蔽层的接入，不可避免地改变了原接地网的拓扑结构，对测试电流产生了较大的分流作用。即仪器输出的测试电流并未全部注入当前地网，而是通过架空地线分流到了远方。如何准确排除变电站架空地线和电缆的分流影响，测得变电站地网的真实接地阻抗，成为长期以来困扰工程技术人员的难题和挑战。
接地网接地阻抗测量时，在接地网的导体上注入一个工频电流或异频电流，电流将在接地网与电流极之间形成回路，得到接地网周围大地表面的一个电位分布，如果接地网是独立的，即接地网与其它金属性接地体无电气连接，则测试电流全部通过待测接地网散流到大地中，此时测量结果反映了接地网的真实接地阻抗。而如果接地网与其它金属接地体存在电气连接，部分测试电流将通过其它金属接地体流出，即其它接地体对测试电流进行分流，对散流做出了贡献，从接地网流过的测试电流减少，导致接地阻抗测量结果偏小。
变电站地网面积较大，地下接地体成网格状埋设布置，地面上的金属构架与外界架空地线相连，同时众多金属构架相互之间通过架构相连，地网，金属构架，架空地线，电缆外护套共同构成了一个电阻电感网络，注入地网的交流测试电流在各基金属构架上的分流并非完全的反向，而是存在一定的相位差。对于一些大型的变电站，金属构架架构之间还存在着环流。
由于测试时对地网注入的是一个交流电流，其电流方向以每秒50个左右的正弦波周期在实时变化。要测出金属构架分流的向量，首先要能实时比较出金属构架分流相对于测试电流的相位差。以往变电站地网测量时，由于技术水平和测试设备的限制，很多情况下要么完全不测地线分流，要么只测金属构架分流的模值大小，而不测其相位。不测分流，则未考虑架空地线散流的影响 ，最终测试电流的计算值偏大；测分流大小(模值)而不测相位差，则只能将所有的分流都当做向地网以外散流，且其方向与注入地网的测试电流完全反相来计算，则最终测试电流的计算值偏小；有时各金属构架所测得的分流模值相加甚至已经超过了注入的测试电流，无法得到符合逻辑的测试结果。只有准确测量出各处分流的向量，然后将测试电流与各分流求向量和，才能得到注入地网的准确电流。发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线传输的大型地网金属构架分流向量的测量系统，该测量系统能够现场测量出大型接地网接金属构架的分流向量，提高了金属构架分流向量测量的准确性，避免了重大系统性误差，实现对接地网状态的准确评价。
本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的:基于无线传输的大型地网金属构架分流向量的测量系统，其特征在于:该测量系统包括变频信号源、耦合变压器、选频电流表、选频电压表、电流互感器、无线通讯仪、无线发射天线、罗氏线圈、无线接收天线和选频万用表，所述变频信号源与耦合变压器的输入端相连，耦合变压器的输出端分两路输出，一路通过导线连接到远方电流极，一路通过导线依次串联所述选频电流表、电流互感器后与被测大型地网的接地引下线相连接，向被测大型地网注入测试电流，所述选频电压表的输入端与被测大型地网的接地引下线连接，输出端连接远方电压极；所述电流互感器能够获得测试电流的信息，所述电流互感器的输出接无线通讯仪，无线通讯仪外接无线发射天线，无线发射天线电流互感器获取的测试电流的信息无线发射出去；所述的选频万用表上的一个端口接无线接收天线，用于接收无线发射天线发送来的测试电流的相位信息，另一个端口接罗氏线圈，所述罗氏线圈圈住该大型地网区域内的某一金属构架，获取某一金属构架的分流电流信息，所述选频万用表将从无线接收天线获得的测试电流信息与从罗氏线圈获得的分流电流信息进行比较，获得大型地网中某一金属构架的分流向量，通过将获得的所有金属构架的分流向量进行相加求向量和，得到该大型地网金属构架的分流向量值。
本发明的测量系统能够对运行发电厂、变电站等大型地网金属构架分流向量进行测量，采用无线传输技术，在测试电流注入点与各金属构架的分流测量点之间无线传输相位信息，实时得到各分流向量与测试电流向量之间的相位差，通过数学处理得到该大型地网区域内金属构架的分流向量，包括幅值和相位差。该方法解决了以往现场无法测量分流向量的难题，为精确计算运行大型地网的分流系数提供了技术保障
本发明中，所述的大型地网是指变电站或电厂的大型接地网。
本发明中，所述变频信号源向被测大型地网注入的测试电流是指频率范围在40 70Hz之间的异频电流。
本发明中，所·述测试电流的注入点与金属构架分流电流测量点之间的无线传输的有效距离大于50米。
本发明中，所述罗氏线圈为长度大于300mm的柔性开口罗氏线圈。
本发明系统功能实现过程如下:
(I)变频信号源连接到耦合变压器，耦合变压器输出对被测接地网注入一个异频的测试电流，并在测试过程中保持恒定。
( 2 )利用电流互感器采样取得测试电流的波形，进行处理后将其相位信息，通过无线发射天线发送出去。
(3)远端选频万用表有无线接收天线，可无线接收该相位数据，并将该数据处理后送入选频万用表的CPU。
(4)选频万用表另一个接口接柔性罗氏线圈，圈住金属构架，获取电流信号，经过选频滤波处理，排除其中的50Hz及其它干扰信号，得到其模值大小，同时与无线接收到的测试电流相位信息进行相位比较，得出相位差。
(5)计算出各金属构架分流向量和，得到总的分流大小。
与现有技术相比，本发明的测量系统具有如下显著效果:
(I)本发明的测量系统，系统通过无线传输的方式来比较测试电流和金属构架两个不同地点的电流相位差，从而得到大型地网金属构架的分流向量。
( 2 )本发明的测量系统，无线通讯装置通过电流互感器获取测试电流信号，经过处理后将该信息进行无线发射。选频万用表具有内置或外置的接收天线和处理电路，具有无线接收功能，可无线接收到该相位信息。无线传输接收距离大于50米。
( 3 )本发明的测量系统，选频万用表有连接柔性罗氏线圈的端口，可以通过罗氏线圈圈住金属构架测出构架上的分流大小和波形，并与无线接收到的相位进行比较，直接显示出分流的大小和相位差。
( 4)本发明的测量系统，选频万用表有连接柔性罗氏线圈的端口，可以通过罗氏线圈圈住金属构架测出构架上的分流大小和波形，并与无线接收到的相位进行比较，直接显/In出分流的大小和相位差。
(5)本发明的测量系统，柔性罗氏线圈采用加长设计，以满足现场圈住很粗的金属构架的需要，罗氏线圈长度大于300mm。
(6)本发明的测量系统，变频信号源和耦合变压器对地网注入的是一个40 70Hz的异频电流，测量则采用 频滤波技术，以排除变电站内很强的50Hz工频干扰，获得准确的大小和相位。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明基于无线传输的大型地网金属构架分流向量的测量系统的整体结构示意图。
附图标记说明
1、变频信号源；2、耦合变压器；3、选频电流表；4、电流互感器；
5、无线通讯仪；6、无线发射天线；7、选频电压表；8、远方电压极；
9、远方电流极；10、罗氏线圈；11、选频万用表；12、无线接收天线；
13、金属构架；14、输电铁塔具体实施方式
如图1所示的基于无线传输的变电站金属构架分流向量的测量系统，该测量系统包括变频信号源1、耦合变压器2、选频电流表3、选频电压表7、电流互感器4、无线通讯仪5、无线发射天线6、罗氏线圈10、无线接收天线12和选频万用表11，变频信号源I与耦合变压器2的输入端相连，耦合变压器2的输出端分两路输出，一路通过导线连接到远方电流极9，一路通过导线依次串联选频电流表3、电流互感器4后与被测变电站的接地引下线相连接，向被测变电站注入测试电流，选频电压表7的输入端与被测变电站的接地引下线连接，输出端连接远方电压极8 ；电流互感器4能够获得测试电流的信息，电流互感器4的输出接无线通讯仪5，无线通讯仪5外接无线发射天线6，无线发射天线6电流互感器4获取的测试电流的信息无线发射出去；选频万用表11上的一个端口接无线接收天线12，用于接收无线发射天线6发送来的测试电流的相位信息，另一个端口接罗氏线圈10，罗氏线圈10圈住该变电站区域内的某一金属构架13,获取某一金属构架13的分流电流信息,选频万用表11将从无线接收天线12获得的测试电流信息与从罗氏线圈10获得的分流电流信息进行比较，获得变电站中某一金属构架13的分流向量，通过将获得的所有金属构架13的分流向量进行相加求向量和，得到该变电站金属构架13的分流向量值。
本实施例中，所述变频信号源向被测大型地网注入的测试电流是指频率范围在40 70Hz之间的异频电流；所述测试电流的注入点与金属构架分流电流测量点之间的无线传输的有效距离大于50米；所述罗氏线圈为长度大于300mm的柔性开口罗氏线圈。
本发明的测量系统不仅适用于上述的变电站的金属构架分流向量测量上，也可以应用在诸如电厂等大型地网的金属构架分流向量测量上，操作和上述的变电站的金属构架分流向量测量相同。
本实施例中的无线通讯仪选用上海大帆电气设备有限公司生产的型号为DFWF的无线通讯仪；选频电压表、选频电流表和选频万用表选用上海大帆电气设备有限公司生产的型号为DF9006的多功能选频电压电流表；柔性开口罗氏线圈选用上海大帆电气设备有限公司生产的型号为DFRC的柔性开口罗氏线圈。
本发明的测量系统，做接金属构架分流向量测量时，依据DL/T475 — 2006《接地装置特性参数测量导则》中规定的方法，用一台变频信号源，对地网注入一个异频电流Im，并在测量全程中保持该电流稳定。利用电流互感器对注入的测试电流取样，经过AD转换及选频滤波运算处理，得到测试电流的波形和相位信息，将该相位定义为基准相位，即零相位。
将该基准相位信息无线发射出去，远端选频万用表内置有无线接收装置，可无线接收到该相位数据，并将该数据处理后送入选频万用表的CPU。
同时选频万用表另一个端口接长度为300mm以上的罗氏线圈(柔性电流互感器)，圈住与架空地线相连的金属构架，采样取得金属构架上的分流电流信号；经过AD转换及选频滤波运算处理，排除50Hz及其它干扰，提取出异频电流的波形信息，也送入CPU。CPU运算比较出并分流电流相位与无线接收到的测试电流相位进行比较，则可得到该基金属构架分流的大小和相位差，即可得到该基金属构架分流的向量。
依据上述方法，测量变电站内所有与架空地线相连的金属构架的分流，以及交联电缆外护套上的分流，得到各分流的向量。将所有分流的向量进行复数相加求向量和，则可得到整体的地线分流值。
上述方法实施中，有几个关键的技术难点:(I)如何在强干扰下提取微弱的分流信号。考虑到构架基脚、铁塔塔脚和高压电缆外护套尺寸较大，申请人已专门开发出既满足尺寸要求，又保证足够精度的柔性罗哥夫斯基线圈(简称罗氏线圈)，解决了地网接地阻抗实测中的分流测量问题。(2)现场所测电流信号干扰的滤除和选频滤波处理。目前已开发出相应的抗干扰选频滤波处理系统，可对现场所测得微弱信号进行处理。(3)相位信息的通讯传递。由于变电站面积较大，而分流测试时需要在 场区范围内持选频万用表四处移动测量，需要设计好一套装置将相位信息准确可靠的传递给远端移动的选频万用表。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明的上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1.基于无线传输的大型地网金属构架分流向量的测量系统，其特征在于:该测量系统包括变频信号源、耦合变压器、选频电流表、选频电压表、电流互感器、无线通讯仪、无线发射天线、罗氏线圈、无线接收天线和选频万用表，所述变频信号源与耦合变压器的输入端相连，耦合变压器的输出端分两路输出，一路通过导线连接到远方电流极，一路通过导线依次串联所述选频电流表、电流互感器后与被测大型地网的接地引下线相连接，向被测大型地网注入测试电流，所述选频电压表的输入端与被测大型地网的接地引下线连接，输出端连接远方电压极；所述电流互感器能够获得测试电流的信息，所述电流互感器的输出接无线通讯仪，无线通讯仪外接无线发射天线，无线发射天线电流互感器获取的测试电流的信息无线发射出去；所述的选频万用表上的一个端口接无线接收天线，用于接收无线发射天线发送来的测试电流的相位信息，另一个端口接罗氏线圈，所述罗氏线圈圈住该大型地网区域内的某一金属构架，获取某一金属构架的分流电流信息，所述选频万用表将从无线接收天线获得的测试电流信息与从罗氏线圈获得的分流电流信息进行比较，获得大型地网中某一金属构架的分流向量，通过将获得的所有金属构架的分流向量进行相加求向量和，得到该大型地网金属构架的分流向量值。
2.根据权利要求1所述的基于无线传输的大型地网金属构架分流向量的测量系统，其特征在于:所述的大型地网是指变电站或电厂的大型接地网。
3.根据权利要求1所述的基于无线传输的大型地网金属构架分流向量的测量系统，其特征在于:所述变频信号源向被测大型地网注入的测试电流是指频率范围在40 70Hz之间的异频电流。
4.根据权利要求1所述的基于无线传输的大型地网金属构架分流向量的测量系统，其特征在于:所述测试电流的注入点与金属构架分流电流测量点之间的无线传输的有效距离大于50米。
5.根据权利要求1所述的基于无线传输的大型地网金属构架分流向量的测量系统，其特征在于:所述罗氏线圈为长度大于3 00_的柔性开口罗氏线圈。
全文摘要
本发明公开了基于无线传输的大型地网金属构架分流向量的测量系统，包括变频信号源、耦合变压器、选频电流表、选频电压表、电流互感器、无线通讯仪、无线发射天线、罗氏线圈、无线接收天线和选频万用表，变频信号源与耦合变压器的输入端相连，耦合变压器的输出端一路连接到远方电流极，一路依次串联选频电流表、电流互感器后与接地引下线相连接，选频电压表的输入端与被测大型地网的接地引下线连接，输出端连接远方电压极；电流互感器的输出接无线通讯仪，无线通讯仪外接无线发射天线；选频万用表上的一个端口接无线接收天线，另一个端口接罗氏线圈，圈住该大型地网区域内的某一金属构架。该测量系统能够提高实现对接地网状态的准确评价。
文档编号G01R25/00GK103235168SQ201310101219
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者李谦, 余月仙, 邵建康, 肖磊石 申请人:上海大帆电气设备有限公司