一种基于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比例检测的方式，测试过程不需要对作为激励线圈时线圈的激励电流精确定标，也不需要对作为检流线圈时线圈的检测精度提出要求，相关计算简单可靠便于实现。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于比例检测的电力线铁塔接地电阻在线测试仪，用于实现在不断开接地引下线条件下在线测试电力铁塔接地电阻，从而使电力铁塔接地电阻的数据可以通过物联网的方式实现网络监控；并且，该测试仪采用比例检测方案，不需要电流的绝对精确检测，便于实现，更为重要的是，在实现在线检测功能的同时，仅需要一根辅助电极，相比三线法测试而言，大大降低了施工的成本及难度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于比例检测的电力线铁塔接地电阻在线测试仪，包括若干个检测头、取样夹头、辅助电极及信号处理模块，其特征在于，各检测头参数相同，每个检测头由独立且参数相同的上线圈和下线圈构成，所述上线圈和下线圈环套接地引下线且非接触，每根接地引下线对应装置一个检测头；所述取样夹头固定于任一接地引下线上、且位于检测头的上线圈与下线圈中间，取样夹头与接地引下线保持导通；所述辅助电极插入地中；所述信号处理模块连接各检测头的上线圈与下线圈、以及辅助电极，用于控制及数据处理。

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，接通设置有取样夹头的接地引下线上对应的检测头，使其上线圈与下线圈作为检流线圈工作；同时，接通辅助电极，接通取样夹头、并使取样夹头接阻值为rs的取样电阻后到信号处理模块的公共地，且保持其余检测头均断开；信号处理模块通过辅助电极向大地发送预设频率的正弦波电流，将上、下线圈输出电压信号vu、vd模拟相加后送入信号处理模块，将取样电阻上的取样电压vs送入信号处理模块，计算得到该频率下检流线圈的电压电流比参数ρ＝rs·[(vu+vd)/vs]；

步骤2、通过信号处理模块控制，接通所有检测头、以及辅助电极和取样夹头，使所有检测头中上线圈作为激励线圈、下线圈作为检流线圈，取样夹头与信号处理模块的公共地相连；信号处理模块以与步骤1中相同频率频的正弦波同时驱动激励线圈，将检流线圈的输出电压信号模拟相加得到vt送入信号处理模块，将辅助电极的电压信号vp送入信号处理模块，计算得到电压比值δ＝vp/vt；

步骤3、计算得利电力线铁塔接地电阻测量值：rg＝δ·ρ。

更进一步的，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。

本发明中，所述辅助电极按照传统三线法测试中p极距离标准和c级深度标准插入地中。所有线圈参数要求一致，均由铁芯及外面缠绕的多圈漆包线共同构成；为安装上的方便，每个检测头在结构上均是由两个独立且相同的半圆柱部件(上、下线圈)构成，在安装到接地引下线上后紧固成一个完整的的组件，起到一个完整检测组件同样的功能。

本发明的工作原理为：安装在接地引下线上的检测头中的所有线圈参数相同，按照测试的需要选择通断及决定线圈的功能是激励线圈还是检流线圈，在每个频率正弦波的测试中，第一步，通过信号处理模块选择带夹头(取样夹头)检测头中的上、下线圈及取样夹头有效，且取样夹头连接一个接地电阻rs到信号处理板的公共地，在由辅助电极发送电流时，带夹头检测头对应接地引下线上取样夹头处上、下行电流iu、id的和为取样电阻上的电流is，而上、下检流线圈输出的电压为vu、vd，取样电阻对应的取样电压为vs，考虑到检流线圈输出幅度可能会比较小，可以为它设计一级β倍放大，信号处理器所处理的信号是β·(vu+vd)，依此得到电压电流比参数ρ＝vu/iu＝vd/id＝(vu+vd)/is，ρ·β＝β·(vu+vd)/is；由vs＝rs·is，有ρ·β＝rs·[β·(vu+vd)/vs]；第二步，通过继电器选择所有线圈全部接通，并使所有上线圈作为激励线圈，所有下线圈为检流线圈，取样夹头接信号处理板的公共地，由信号处理板上的同一驱动源同时以正弦波电流驱动激励线圈，由于各线圈参数相同，因此各激励线圈上部电位差异可以忽略，各激励线圈下部电位差异也可以忽略，取样夹头处与引下线连接地网处可以看作是等电位，所有检流线圈的电压输出模拟相加得到vt，对应的是所有引下线上电流的总和it，而辅助电极上的电压vp则是接地电阻rg上的压降，令电压比δ＝vp/vt，同样将vt放大β倍，有δ/β＝vp/(β·vt)；第三步，由rg＝vp/it，vt＝ρ·it，有rg＝δ·ρ，由于放大倍数β的存在，由第一步两路信号处理得到的是β·ρ，由第二步两路信号处理得到的是δ/β，因此利用关系式rg＝(β·ρ)·(δ/β)来处理能够方便地计算得到rg，注意到放大倍β是在中间过程中便已对消，不对测试产生任何作用，仅用于避免输入信号过小引起测试精度降低；不同时段以不同频率正弦波重复上述过程，得到一系列的计算结果构成一个阻值集合，最后通过统计分析处理给出一个最终的接地电阻输出值。

本发明的有益效果在于：

本发明提供基于比例检测的电力线铁塔接地电阻在线测试仪，由于所有的线圈均采用相同的参数，并根据需要决定它是激励线圈还是检流线圈，测试过程不需要对作为激励线圈时的激励电流精确定标，也不需要对作为检流线圈时的检测精度提出要求，相关计算简单可靠便于实现，原理上保证了不再需要将接地引下线与铁塔断开才能测量，达成了直接在线测试接地网络地阻值大小的目的，而且，它只需要一根辅助电极，在施工上也比较方便，尤其对一些特殊地形而言更是如此。同时，测试过程中信号处理采用傅里叶变换算法，并结合了多个完全随机的频率正弦波下测试的结果综合处理，使该地阻测试仪具有较强的抗干扰和抗互扰性能，即使有多个铁塔在同时测量，也能得到相对准确的值。在线测量功能使电力铁塔接地电阻的数据可以通过物联网的方式直接上传，有效替代电力铁塔的人工巡检方式，极大地提高检测的效率、频度和灵活度，使电力线铁塔的接地电阻监测更加便利可靠。

附图说明

图1为本发明基于比例检测的电力线铁塔接地电阻在线测试仪原理示意图，其中，1为带取样夹头检测头，2为无取样夹头检测头，3为辅助电极，4为信号处理模块，5为上线圈，6为取样夹头，7为下线圈，8为上线圈，9为下线圈。

图2为本发明中线圈检流电压电流比参数测试的信号流程示意图。

图3为本发明中电压比参数测试的信号流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，为本实施例提供的一种双接地引下线电力线铁塔接地电阻在线测试仪测试原理示意图；两根接地引下线上分别安装带夹头检测头1和无夹头检测头2，注意安装方向不可倒置，另外，辅助电极3按照传统三线法测试中p极距离标准和c极深度标准插入地中，带夹头检测头1、无夹头检测头2及辅助电极3都有引线通过接插件与测试仪主机(信号处理模块)相连接；各个线圈的参数相同。

带夹头检测头1和无夹头检测头2都是独立的部件，除关键的上、下线圈、取样夹头6及引出线外，还应当包括紧固、防水等附属的部分，以确保能够在野外长期使用。

如图2所示，为线圈检流特性参数测试的信号流程示意图：

对应测试步骤1，以fpga作信号处理芯片为例，fpga控制继电器使带夹头检测头的上线圈5、下线圈7并工作于检流线圈模式，接通取样夹头6且使取样夹头到信号处理板10的公共地有一个取样电阻rs，辅助电极3接通；接通稳定后，fpga产生一个正弦波数据序列，通过d/a转换电路11输出正弦波，该正弦波的频率具有随机性，但处于带通滤波器增益平坦区内；正弦波再经过驱动电路12提供足够大的电流和近乎标准的正弦波波形，从辅助电极3向大地注入；带夹头检测头1的两个线圈输出的电压通过模拟加法器13先进行模拟相加，再经过a路带通滤波14、放大15及a/d转换16，送入fpga中，而取样电阻rs上的取样电压经b路带通滤波17及a/d转换16后也送入fpga中，fpga采用傅里叶变换算法提取两路信号的有效值，再采用除法算法求得两路信号的比值，对应地得到β·ρ。

如图3所示，为电压比参数测试的信号流程示意图：

对应测试步骤2，fpga控制继电器使所有线圈连通，且使所有上线圈5、8工作于激励线圈模式，而所有下线7、9工作于检流线圈模式，取样夹头6与信号处理板的公共地连通，辅助电极3接通作为地电压取样点；接通稳定后，fpga产生正弦波数据序列，通过d/a转换电路11输出正弦波，频率与步骤1的相同，正弦波经过驱动电路12后同时提供给所有激励线圈即上线圈；将所有检流线圈(下线圈)输出的电压信号先进行模拟相加，经过a路带通滤波14、放大15及a/d转换16，送入fpga中，同时将辅助电极上所取电压经b路带通滤波17及a/d转换18后也送入fpga中，fpga采用傅里叶变换算法提取两路信号的有效值，再采用除法算法求得两路信号的比值，对就地得到δ/β。

在前两步所得数据基础上，利用关系式rg＝(β·ρ)·(δ/β)来处理得到一个rg的值；fpga再根据a/d输入的信号数据随机地产生一个新的正弦波数据序列，其频率仍需限定在前述范围以内，按照前述过程再次重复得到接地网络的一个新的地阻值；如此往复可以得到一个地阻值的序列集，通过统计处理方式得到最终计算的接地网络的电阻值。

信号处理模块可以采用fpga，也可以采用单片机、dsp等芯片，无论采用哪一种芯片，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。

采用本发明制作的在线监测接地电阻测试仪，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；采用参数一致的线圈及比例检测的方式，不需要对线圈作为检流线圈时的响应参数精确定标，也不需要对线圈作为激励线圈时的驱动电流精确定标，还不受频率变化的影响，使本发明便于实现，同时，本发明只需要一根辅助电极，安装施工比较方便；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。