一种基于电流比例检测的电力线铁塔接地电阻在线测试仪的制作方法

本发明属于接地电阻测试技术领域，涉及电力线铁塔的接地电阻测试技术，具体为一种基于电流比例检测的电力线铁塔接地电阻在线测试仪。

背景技术：

为保证高压输电线路安全稳定运行,减少雷击带来的危害,高压输电铁塔都铺设有接地网络。为提高接地效果，除单个铁塔自身的接地网络外，还通过架空线将各铁塔依次连通，接地电流通过单个铁塔自身地网流入大地，也通过架空线经邻近铁搭的地网流入大地；显然，每个铁塔的接地电阻都需要控制在一定范围内。

当前，铁塔接地电阻测量方式主要有两种，一种是将铁塔的接地引下线断开，采用机械摇表式或电子式地阻仪通过三线法测量，另一种是近年出现的钳形表测量。利用现有三线法测量的问题在于必须断开接地引下线，导致必须人工参与，使检测效率低下，每个铁塔每年只能检测有限的几次；钳形表的测量假定了其它铁塔的并联电阻极小，这一假设并不符合实际情况，同时，其测量方式在铁塔有双接地引下线甚至多接地引下线时，由于引下线自身的影响，无法进行测量。目前，采用物联网来监测各个铁塔的地网阻值，替代人工巡检的工作方式，极大地提高检测效率、频度和灵活性，是一种现实的需求，但必须首先解决人工参与的问题，而不断开接地引下线就是最重要的前提。为解决不断开接地引下线就能测量铁塔接地电阻，现有技术中已提出了在三线法的基础上通过增加检流线圈测量各引下线的电流的方法，原理上讲是可行的，但该测量方法要求检流线圈在测量电流时需要极高的精度，因此，在实际应用中非常复杂。基于此，本发明提供一种基于电流比例检测的方式，通过参数相同的检流线圈同时检测上行和下行电流，通过和差方式准确测量电流比例，并选择合适的电压取样点，准确测量电压比例，通过数据处理给出接地网络电阻值，不需要检流线圈精确测量电流，更加简单可靠。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于电流比例检测的电力线铁塔接地电阻在线测试仪，用于实现不断开接地引下线的条件下测试电力线铁塔接地电阻，并且测试简便可靠，从而使电力线铁塔接地电阻的数据能够通过物联网的方式实现智能化网络监控。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于电流比例检测的电力线铁塔接地电阻在线测试仪，包括电流检测主件1、若干个电流检测辅件2、电流发送电极3、电压取样电极4及信号处理模块5，其特征在于，所述电流检测主件1由自上而下的一个上检流线圈6、一个取样夹头7和一个下检流线圈8构成，安装于电力线铁塔的任意一根接地引下线上，所述上检流线圈6和下检流线圈8环套于接地引下线且非接触，所述取样夹头7固定于接地引下线上位于上检流线圈6和下检流线圈8中间、且与接地引下线保持导通；所述若干个电流检测辅件2分别安装于电力线铁塔其余接地引下线上，没跟接地引下线安装一个，每个电流检测辅件2由一个环套于接地引下线且非接触的检流线圈9构成；所述电流发送电极3及电压取样电极4分别插入地中；所述信号处理模块5连接电流检测主件1、若干个电流检测辅件2、电流发送电极3以及电压取样电极4，用于控制及数据处理。

进一步的，所述电力线铁塔接地电阻在线测试仪中所有线圈均采用相同参数。

更进一步的，上述电力线铁塔接地电阻在线测试仪的测试方法，包括以下步骤：

步骤1、通过信号处理模块控制，接通电流检测主件中上检流线圈和下检流线圈、电流检测辅件及电流发送电极；信号处理模块通过电流发送电极向大地发送预设频率的正弦波电流，测得各电流检测辅件中检流线圈、以及电流检测主件中上检流线圈和下检流线圈的输出电压，将若干个电流检测辅件的检流线圈输出电压模拟相加得电压v_a，将电流检测主件的电流检测主件输出电压v_d与电压v_a模拟相减得到v_d-v_a，将电流检测主件的电流检测主件输出电压v_u与电压v_a模拟相加得到v_u+v_a，计算得电流比为：ρ＝(v_d-v_a)/(v_u+v_a)；

步骤2、通过信号处理模块控制，接通电流检测主件中取样夹头、电流发送电极和电压取样电极，信号处理模块通过电流发送电极向大地发送与步骤1相同频率的正弦波电流，测得电流检测主件的取样夹头处电压v_s和电压取样电极上的电压v_p，计算得电压比：δ＝v_p/v_s；

步骤3、信号处理模块计算得电力线铁塔接地电阻Rg＝Rs·(δ-1)·[(ρ+1)/ρ]。

进一步的，上述测试方法中，还包括以下步骤：重复步骤1至步骤3，得到多个随机频率下的接地电阻测量值，构成一个序列集合，通过统计处理得到接地网络电阻值作为输出结果。

本发明的工作原理为：由于电力线铁塔架空线的存在，信号处理模块通过电流发送电极向大地发送预设频率的正弦波电流后，电流信号经过两个路径；其中一个路径从被测铁塔接地网络经取样夹头回到信号处理模块，该路径的等效电阻即为被测铁塔的接地电阻Rg；另一路径经过其它铁塔及架空线回到被测铁塔再经取样夹头回到信号处理模块，该路径的等效电阻为Rt；采用电流检测主件中的上检流线圈和下检流线圈分别测出取样夹头上、下流入的电流，同时用电流检测辅件中的检流线圈检出对应引下线上的电流，根据和差关系便可以得到分别流经Rg、Rt的电流i_g、i_t之比ρ＝i_g/i_t；另外，取样夹头到信号处理模块公共地之间有一个取样电阻Rs，取样夹头处的电压v_s和电压取样电极处的电压v_p分别为v_s＝Rs·(i_g+i_t)、v_p＝v_s+i_g·Rg，结合ρ＝i_g/i_t，δ＝v_p/v_s，可知Rg＝Rs·(δ-1)·[(ρ+1)/ρ]。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种基于电流比例检测的电力线铁塔接地电阻在线测试仪，利用性能参数一致的检流线圈，通过模拟相加和模拟相减处理提取出流经Rg、Rt的电流之比，再利用电压取样电极处电压和取样电阻电压信号之间的关系，解算出被测接地网络的电阻值，保证了不断开引下线时电力线铁塔接地电阻的测试；同时，测量过程中不需要绝对精确地测量各个电流，而仅需要测量各电流之间的比例关系，因此仅要求各检流线圈参数尽量一致，还具有不受正弦波频率影响的好处，降低了生产难度及成本；另外，信号处理器控制采用多个随机频率进行测试，得到多个接地电阻测算值来进一步进行统计处理，得到最终输出结果，具有较强的抗干扰能力以及多铁塔同时测量时的抗互扰能力。

附图说明

图1为本发明基于电流比例检测的电力线铁塔接地电阻在线测试仪原理结构示意图，其中，1为电流检测主件，2为电流检测辅件，3为电流发送电极，4为电压取样电极，5为信号处理板，6为上检流线圈，7为取样夹头，8为下检流线圈，9为检流线圈。

图2为与测试环境有关的等效电阻示意图。

图3为电流比例提取的信号流程示意图。

图4为电压比例提取的信号流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为本实施例提供双引下线电力线铁塔基于电流比例检测的在线接地电阻测试仪原理结构示意图：

在铁塔的一根接地引下线上安装一套电流检测主件1，在另一根接地引下线上安装一套电流检测辅件2，注意安装方向不可倒置，并确保接线的正确性，另外按照传统三线法接地测试标准确定距离然后将电流发送电极3(对应电流极C)和电压取样电极4(对应电压极P)插入地中一定深度；电流检测主件1、电流检测辅件2、电流发送电极3和电压取样电极4都有引线通过接插件与测试仪主机5(信号处理模块)相连接，信号处理板安装在测试仪主机内；其中所有检流线圈的参数保持一致；电流检测主件和电流检测辅件都是独立部件，除关键的检流线圈、取样夹头及引出线外，还应当包括紧固、防水等附属的部分，以确保安装便利可靠并能够在野外长期使用。

如图2所示，为两个路径中的等效电阻示意图：

测试回路中包含有两个最重要的等效电阻，一个电阻是被测铁塔接地电阻Rg，另一个为其余铁塔及相关路径共同作用产生的等效电阻Rt；电流发射电极向地上注入电流，再从取样夹头回到信号源的过程中，一部分电流流过Rg，另一部分电流流过Rt，如果能够测得这两部分电流i_g、i_t之比ρ＝i_g/i_t，进一步结合其它参数的测量就可以求解Rg。

如图3所示，为电流比例检测的原理示意图：

电流发送电极发送的正弦波电流经过Rg、Rt后，经电流检测主件的取样夹头流回信号处理板，流经Rg的电流为i_g，流经Rt的电流为i_t，电流检测主件所在的引下线上，分别有上、下流入取样夹头的电流i_u、i_d，电流检测辅件所在的引下线上也会存在电流i_a，但方向却是不确定的，在下检流线圈与检流线圈安装方向一致时，有i_g＝i_d+i_a，i_t＝i_u-i_a；若检流线圈的输出响应均为v＝k·i，k为常数，则有i_g/i_t＝(v_d-v_a)/(v_u+v_a)，因此将检流线圈的输出信号进行模拟相加(13)、模拟相减(14)处理，得到v_d-v_a和v_u+v_a，各自经过一路带通滤波(15、16)和A/D(17、18)，并行送入信号处理器，即可求得ρ＝i_g/i_t，完成电流比例提取。

如图4所示，为电压比例提取的信号流程示意图：

电流件测主件的取样夹头接有一个取样电阻Rs到信号处理板的公共地，该地也是信号源的地，将由Rs得到的取样电压v_s和由电压取样电极取得的电压v_p分别经过带通滤波(15、16)和A/D(17、18)转换送入信号处理器中处理，得到δ＝v_p/v_s，完成电压比例提取。

由Rg＝Rs·(δ-1)·[(ρ+1)/ρ]，代入上述已提取的电流比例ρ和电压比例δ，即可以获得接地电阻Rg的一个计算值。

信号处理板上的带通滤波及A/D转换，参数要尽可能一致，以避免两路特性差异对测量产生大的影响。本发明中前两个步骤的测量电路是一体的，仅通过继电器控制通断来达成各自的电路功能，也可以不用切换而采用四路带通滤波和A/D转换来合成一步完成；在不测量时，各个继电器都是断开的，使电路板与所有外部连线断开，另外，在继电器后加入压敏电阻来进一步保护电路板。为提高抗干扰以及提高多个铁塔同时测量时抗互扰的能力，采用多个随机频率重复上述测量过程，得到被测铁塔地阻值的一个序列集，通过统计处理方式得到被测铁塔最终输出的电阻值。

信号处理器可以采用FPGA，也可以采用其它类型的处理器，无论采用哪一种，都要求能够完成傅里叶变换、电阻值的计算以及统计方法得到最终的电阻计算结果。

采用本发明制作的电力线铁塔接地电阻在线测试仪，能够实现电力线铁塔接地电阻的在线测试，不需要断开接地引下线，为电力线铁塔接地电阻的测试提供了便利。采用电流比例检测原理对检流线圈检测的绝对精度没有要求，也不受频率变化的影响，便于生产和调试。由于具备在线测试功能，只需要将相关数据通过物联网的方式传送到服务器，并通过软件直接在电脑上或手机上监测，而且还可以根据需要灵活设定何时检测，完全可以替代电力行业传统的人工巡检方式，并大大地提高检测效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。