一种接地网的接地状态综合监测装置及监测方法与流程

本发明属于自动监测装置技术领域，具体涉及一种接地网的接地状态综合监测装置，还涉及利用上述装置的监测方法。

背景技术：

接地网的性能优劣直接关系到电力系统设备安全可靠运行、操控人员人身安全。准确测量接地状态相关参数可以验证接地系统设计是否合理，及时发现接地系统的变化或缺陷，避免由于接地不合格而可能造成的经济损失或事故。接地网对于电力系统的安全、可靠运行起着不可忽视的作用，首先，接地系统的目的主要是满足电力系统运行的电气性能要求，保证电力系统电力设备绝缘性能不受到反击过电压的损害，提供继电保护及自动装置所需的正常工作电压；其次，接地系统是保证电力工作人员免受故障情况下入地电流在大地表面产生的跨步电压和接触电压的伤害；良好的接地可以降低接地电阻，不会对周围弱电系统造成严重的干扰影响。然而，由于接地网常年埋在地下，腐蚀不可避免，直接导致接地截面减小、电气性能参数变化，严重时将直接危及电网的安全运行。因此，进行接地网状态监测，及时了解接地网在土壤中的腐蚀状态及接地参数的变化情况，及早发现问题并采取相应的保护措施，智能化的完成接地网的维护工作，显得十分迫切和重要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种接地网的接地状态综合监测装置，解决了现有接地网的接地状态测量复杂的问题。

本发明的目的还提供了利用上述装置的监测方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种接地网的接地状态综合监测装置，包括主控单元模块，主控单元模块分别连接有电源模块、人机交互与通讯模块、信号调理模块、主控外设模块、数据管理模块，人机交互与通讯模块、数据管理模块均与电源模块连接，信号调理模块与数据采集模块连接，数据采集模块连接接地网。

本发明的特点还在于：

人机交互与通讯模块包括转换模块，转换模块分别与主控单元模块、电源模块、指示灯、液晶显示器、通讯模块连接。

数据管理模块包括DSP单元，DSP单元分别与电源模块、数据管理单元、数据处理单元连接，数据管理单元、数据处理单元均与主控单元模块连接。

信号调理模块包括与主控单元模块连接的信号处理单元和信号产生单元，信号处理单元与信号采集单元连接，信号产生单元与信号调节单元连接，信号采集单元与信号调节单元均与数据采集模块连接。

数据采集模块包括接地电阻测量装置、接地网腐蚀传感器、土壤酸碱度传感器、土壤温湿度传感器，接地电阻测量装置、接地网腐蚀传感器、土壤酸碱度传感器、土壤温湿度传感器均与信号调理模块、接地网连接。

主控外设模块包括外扩RAM单元、EEPROM单元、看门狗单元、FLASH单元，外扩RAM单元、EEPROM单元、看门狗单元、FLASH单元均与主控单元模块连接。

电源模块包括与220V电压连接的充电电路，充电电路分别与升压DC/DC变换器、降压DC/DC变换器a、降压DC/DC变换器b连接，升压DC/DC变换器、降压DC/DC变换器a均与反相DC/DC变换器连接，升压DC/DC变换器、反相DC/DC变换器均连接负载电路a，降压DC/DC变换器a与低压线性稳压器a连接，低压线性稳压器a、反相DC/DC变换器均连接负载电路b，降压DC/DC变换器b依次连接低压线性稳压器b、负载电路c。

充电电路还连接有备用电池，备用电池分别连接有充电保护电路、电池容量监控单元。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种接地网的接地状态综合监测装置的监测方法，具体为：

首先，选择好需要测量的接地点，并根据测量要求掩埋接地网腐蚀传感器、土壤酸碱度传感器、土壤温湿度传感器以及接地电阻测量装置，并检测它们的引线连接；然后，打开装置开关，启动装置“自检”功能，检查装置、连接线以及各个传感器初始参数是否正常，如果不正常则进行维修，如果正常则进行参数设置，操作完成后，装置等待终端监控中心的上位机的指令，主控单元模块收到上位机的操作指令后，会产生电平信号，经过信号调理模块调节后作用于接地电阻测量装置、接地网腐蚀传感器、土壤酸碱度传感器、土壤温湿度传感器，接地电阻测量装置及各个传感器接到指令后，进行测量工作，将各个传感器与接地电阻测量装置的电信号经过总线连接到信号调理模块的信号采集单元进行信号采集，同时将采集到的信号经过信号处理单元的放大、滤波等信号处理传给主控单元模块的A/D单元进行转换运算，主控单元模块将处理好的数据进行打包，并传给DSP单元进行汇总，进行数值分析、计算、归类，并建立数据库，DSP单元将建立的数据库通过数据管理单元加载到主控单元模块上，主控单元模块将处理好的接地网参数代入数据库中进行综合分析与计算，评估出接地网的状态以及该接地网的腐蚀速率、接低电压与跨步电压大小、接地电阻值的大小，并将这些参数与接地状态情况上传给转换模块，转换模块对数据进行再次处理后，在液晶显示器上显示具体参数，并将数据存储及通过通讯模块上传至终端监控中心。

本发明的有益效果是：本发明一种接地网的接地状态综合监测装置及利用上述装置的监测方法，①可实时全面监测接地网的接地状态参数，便于随时掌握接地状态情况，及时发现异常，减少不必要的损失；②采用接地网腐蚀传感器、土壤酸碱度传感器、土壤温湿度传感器，使监测到的状态参数更加真实可靠；③将各个传感器监测到的数据通过DSP单元，构建接地网运行时间、腐蚀深度、土壤情况等因素与接地电阻之间的关系数据库，结合数据库以及接地电阻测量装置来获取接地电阻值，该电阻值更能真实的反映土壤参数变化以及接地体运行时间递增对接地网的影响；此外，根据数据库参数可以及时对接地网采取有效的防护措施；④避免工作人员现场测量的繁重劳动，可以极大地提高维护质量和工作效率。

附图说明

图1是本发明一种接地网的接地状态综合监测装置的结构示意图；

图2是本发明一种接地网的接地状态综合监测装置中电源模块的结构示意图；

图3是本发明一种接地网的接地状态综合监测装置使用连接图；

图4是本发明一种接地网的接地状态综合监测装置中主控单元模块的工作流程图。

图中，1.接地网，2.接地电阻测量装置，3.接地网腐蚀传感器，4.土壤酸碱度传感器，5.土壤温湿度传感器，6.信号采集单元，7.信号处理单元，8.信号调节单元，9.信号产生单元，10.主控单元模块，11.转换模块，12.指示灯，13.液晶显示器，14.通讯模块；

15.电源模块，15-1.充电电路，15-2.充电保护电路，15-3.备用电池，15-4.升压DC/DC变换器，15-5.降压DC/DC变换器a，15-6.降压DC/DC变换器b，15-7.低压线性稳压器b，15-8.低压线性稳压器a，15-9.反相DC/DC变换器，15-10.负载电路a，15-11.负载电路b，15-12.负载电路c，15-13.电池容量监控单元；

16.DSP单元，17.数据管理单元，18.数据处理单元，19.FLASH单元，20.看门狗单元，21.EEPROM单元，22.外扩RAM单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种接地网的接地状态综合监测装置，如图1所示，包括主控单元模块10(主控单元模块10采用芯片STM32F4)，主控单元模块10分别连接有电源模块15、人机交互与通讯模块、信号调理模块、主控外设模块、数据管理模块，人机交互与通讯模块、数据管理模块均与电源模块15连接，信号调理模块与数据采集模块连接，数据采集模块连接接地网1。

其中，人机交互与通讯模块包括转换模块11(转换模块11采用芯片STM32F1，主要用于通讯和协议转换)，转换模块11分别与主控单元模块10、电源模块15、指示灯12、液晶显示器13、通讯模块14连接，考虑到本发明装置可能应用到变电站和发电厂等相对偏远的位置，所以通讯模块14可选取公网、专网或者OPGW(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，光纤复合架空地线)通信模式，如果相对较进的位置，还可选取以太网，液晶显示器13采用电容性触摸屏，既可以作为参数显示使用，又可以作为参数设置等操作命令输入使用。

数据管理模块包括DSP单元16(采用芯片TMS320F28335，主要用于构建数据库)，DSP单元16分别与电源模块15、数据管理单元17、数据处理单元18连接，数据管理单元17、数据处理单元18均与主控单元模块10连接。

信号调理模块包括与主控单元模块10连接的信号处理单元7和信号产生单元9，信号处理单元7与信号采集单元6连接，信号产生单元9与信号调节单元8连接，信号采集单元6与信号调节单元8均与数据采集模块连接。

数据采集模块包括接地电阻测量装置2、接地网腐蚀传感器3、土壤酸碱度传感器4、土壤温湿度传感器5，接地电阻测量装置2、接地网腐蚀传感器3、土壤酸碱度传感器4、土壤温湿度传感器5均与信号调理模块、接地网1连接。

主控外设模块包括外扩RAM单元22、EEPROM单元21、看门狗单元20、FLASH单元19，外扩RAM单元22、EEPROM单元21、看门狗单元20、FLASH单元19均与主控单元模块10连接。

如图2所示，电源模块15包括与220V电压连接的充电电路15-1，充电电路15-1分别与升压DC/DC变换器15-4、降压DC/DC变换器a15-5、降压DC/DC变换器b15-6连接，升压DC/DC变换器15-4、降压DC/DC变换器a15-5均与反相DC/DC变换器15-9连接，升压DC/DC变换器15-4、反相DC/DC变换器15-9均连接负载电路a15-10，降压DC/DC变换器a15-5与低压线性稳压器a15-8连接，低压线性稳压器a15-8、反相DC/DC变换器15-9均连接负载电路b15-11，降压DC/DC变换器b15-6依次连接低压线性稳压器b15-7、负载电路c15-12。

充电电路15-1还连接有备用电池15-3，备用电池15-3分别连接有充电保护电路15-2、电池容量监控单元15-13。

本发明的电源模块15分为内电源和外电源。外电源部分采用开关电源，输出电压稳定，效率高。开关电源的输入方式是220VAC/DC，经充电电路15-1进行供电，当交流失电时，由备用电池15-3采用直流电源来供电，可以保证设备的正常工作，不会因断电而引起少计脉冲和丢失数据。该电源通过升压DC/DC变换器15-4、降压DC/DC变换器a15-5、降压DC/DC变换器b15-6、反相DC/DC变换器15-9输出±12V±5％、±5V±5％和+3.3V±5％电压，对各个负载电路进行供电。本发明的电源模块可大大减少干扰信号的相互影响。电源模块15还包含有电池容量监控单元15-13，随时监测电池电量，当电池电量过低时提示工作人员及时更换电池以免影响测量精度或者测量过程的正常进行；充电保护电路15-2，可以保护电源模块15在整个充电过程中由于外部电压波动或短路故障而造成的危害。

使用时，如图3所示，将本发明装置的数据采集模块与需要测量的接地网连接，可以根据接地网的需求选择合适数量的接地测量点(每个接地测量点对应安装一个本发明装置)，并将多个本发明装置通过通讯模块14连接至终端监控中心。

本发明一种接地网的接地状态综合监测装置的监测方法：首先，选择好需要测量的接地点，并根据测量要求掩埋接地网腐蚀传感器3、土壤酸碱度传感器4、土壤温湿度传感器5以及接地电阻测量装置2，并检测它们的引线连接。然后，打开装置开关，启动装置“自检”功能，检查装置、连接线以及各个传感器初始参数是否正常，如果不正常则进行维修，如果正常则进行参数设置，操作完成后，装置等待终端监控中心的上位机指令。主控单元模块10收到上位机的操作指令后，会产生电平信号，经过信号调理模块调节后作用于接地电阻测量装置2、接地网腐蚀传感器3、土壤酸碱度传感器4、土壤温湿度传感器5，接地电阻测量装置2及各个传感器接到指令后，进行测量工作，将各个传感器与接地电阻测量装置2的电信号经过总线连接到信号调理模块的信号采集单元6进行信号采集，同时将采集到的信号经过信号处理单元7的放大、滤波等信号处理传给主控单元模块10的A/D单元进行转换运算，主控单元模块10将处理好的数据进行打包，并传给DSP单元16进行汇总，进行数值分析、计算、归类，并建立数据库，DSP单元16将建立的数据库通过数据管理单元17加载到主控单元模块10上，主控单元模块10将处理好的接地网参数代入数据库中进行综合分析与计算，评估出接地网的状态以及该接地网的腐蚀速率、接低电压与跨步电压大小、接地电阻值的大小，并将这些参数与接地状态情况上传给转换模块11STM32F1，STM32F1对数据进行再次处理后，不仅在液晶显示器13上显示具体参数，供工作人员查阅，而且还将数据存储及通过通讯模块14上传至终端监控中心。

如图4所示，本发明一种接地网的接地状态监测装置中主控单元模块10的工作流程为：当系统上电之后，首先进行“开机初始化”，主要进行系统配置、空间分配和对IO口状态设定等。然后判断是否满足测量条件即检查外围接口是否连接好并给出检测结果，并通过液晶显示器13提示用户外围设备接口是否良好。确定系统外围设备检测无故障后，进入系统参数设置，系统进入参数采集程序，主要是采集未加载激励信号时的接地电阻测量装置2及各个传感器的初始状态参数，包括土壤电阻和电极自然腐蚀电位土壤酸碱度、土壤温湿度等参数，并存入数据存储器，然后等待用户操作是否开始测量。按下开始测量按钮后，加载激励信号，采集状态传感器信号并进行信号处理和数值运算，然后程序判断是否达到预设的测量次数，如果未达到则再次加载激励信号进行测试，如果达到测量次数，则加载关系数据库，判断接地状态情况，同时将数据和判断的情况通过通讯单元上传给终端监控中心，不仅在液晶显示器13上显示具体参数，供工作人员查阅，而且还将数据存储及通过通讯模块14上传至终端监控中心；如果接地网状态出现问题，将进行预警，同时指示灯12闪提示工作人员注意，并将出现问题的接地网状态及参数存储及通过通讯模块14上传至终端监控中心。