风力发电机接地网在线监测预警装置的制作方法

本实用新型涉及风力发电机接地网监测技术领域，具体是一种风力发电机接地网在线监测预警装置。

背景技术：

在风力发电机接地系统中，不仅需要及时了解风机的接地电阻，还需考虑土壤环境对接地网的影响，因此除对风机接地电阻测试外，还应评估土壤电阻率及土壤温湿度等对接地电阻的影响。

在现有的解决方案中，大都采用土壤传感器直接测量，测量手段单一，且对测量结果数据的传输和处理简单，效率低下且效果不佳，整个测试过程不能进行智能管理。在现有接地测试系统中，大多从单一方面进行测试，比如单纯测试接地电阻或单纯测试土壤电阻率，而没有对影响接地的因素进行全面测试。

公开号为：CN204256047U的实用新型公开了一种新型复合功能土壤电阻率测试仪，其包括功能电路模块，功能电路模块包括土壤电阻率测试部分、GPS部分、时钟部分及数据存储部分，土壤电阻率测试部分包括依次连接在电源与微处理器之间的DC/AC转换功能模块、交流放大功能模块、滤波功能模块、模拟采集模块和基准值采样模块；所述的GPS部分包括GPS地点定位模块和GPS电源管理模块；所述的时钟部分包括时钟记录模块和时钟备用电池供电模块。该实用新型将GPS(地点定位)、时钟(时间记录)功能和土壤电阻率测试仪巧妙集成为一体，使得对同一地点和区域的土壤电阻率的监测和记录更加方便和快捷，也不会有人为记录出错的可能。但是，该实用新型使用GPS定位来进行土壤监测点的位置确定，防止记录出错的技术方案，设计复杂，没有将数据进行远程传输到后台，并从后期处理中提取更多信息。

公开号为：CN202974924U的实用新型公开了一种土壤电阻率在线监测系统，包括工业计算机、电阻率采集模块、环境数据测量模块、数据传输模块、远程控制计算机；电阻率采集模块包括依次相连的方波信号源、多通道选择开关、电极；方波信号源、多通道选择开关、环境数据测量模块分别与工业计算机相连；数据传输模块分别与工业计算机、远程控制计算机相连。该实用新型用于对电力系统变电站或输电线路所处位置土壤电阻率数值随季节变化规律的实时在线监测，其集成度高，自动化程度高，配置灵活，系统可靠性高，实现了多类数据的同步采集和远程传输，实用性强。该实用新型实现了远程在线监控，可以长期对土壤电阻率进行监测，但是由于采用了工业计算机，增加了设计成本。

公开号为：CN202693684U的实用新型公开了一种接地电阻监测系统，具体涉及一种多层土壤电阻率监测系统，包括数据处理中心、至少一台监测仪、一根电流接地极、一根电压接地极和至少两根被测接地电极，所述被测接地电极安装在土壤下需要监测的点，所述数据处理中心与监测仪相连接，所述监测仪分别与电流接地极、电压接地极和被测接地电极相连接，所述监测仪内置储存器。该实用新型的作用是：实现了对同一地点多层土壤电阻率的人工即时测量和无人自动定时测量；实现了基于数据中心的分布式多地点多层土壤电阻率的长期有线组网监测或无线组网监测；实现了对监测数据的传送、发布、保存、显示、查询、统计、分析、打印等操作。该实用新型集成人工测量与自动测量，但是其数据传输方式单一，对于不合理数据缺乏预警处理。

在风力发电机接地网监测系统解决方案中，现有的监测装置设计复杂、数据传输单一、智能程度低下且成本较高，同时不能对影响接地因素等进行完整系统性的测试。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风力发电机接地网在线监测预警装置，以至少达到长期定点对接地电阻、土壤电阻率、土壤温湿度的监测和将数据远程传输到后台终端的效果。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种风力发电机接地网在线监测预警装置，它包括主控制器、变频恒流源、切换电路、土壤温湿度传感器、通信模块和外设部件；所述通信模块的输入输出端、外设部件的输入输出端分别与主控制器的输入输出端连接；所述土壤温湿度传感器的输入输出端与主控制器的输入输出端连接；所述的变频恒流源通过串口与主控制器通讯；所述切换电路包括至少四个单刀多掷开关和至少八个支路接口；

所述的变频恒流源包括真有效值计算单元、电流互感器、电压互感器、恒流调节器、E极接口、ES极接口、P极接口、C极接口和正弦波合成器；所述电流互感器的电流信号输出端与真有效值计算单元的电流输入端连接；所述电压互感器的电压信号输出端与真有效值计算单元的电压输入端连接；所述真有效值计算单元的调节信号输入输出端与恒流调节器的调节信号输入输出端连接；所述恒流调节器的控制信号输出端与正弦波合成器的控制信号输入端连接；

所述变频恒流源通过E极接口与第一单刀多掷开关的动端连接，通过ES极接口与第二单刀多掷开关的动端连接，通过P极接口与第三单刀多掷开关的动端连接，通过C极接口与第四单刀多掷开关的动端连接；所述的至少八个支路接口包括E1极接口、ES1极接口、P1极接口、C1极接口、E2极接口、ES2极接口、P2极接口和C2极接口；

所述第一单刀多掷开关的其中两个不动端分别连接E1极接口和E2极接口，所述第二单刀多掷开关的其中两个不动端分别连接ES1极接口和ES2极接口，所述第三单刀多掷开关的其中两个不动端分别连接P1极接口和P2极接口，所述第四单刀多掷开关的其中两个不动端分别连接C1极接口和C2极接口，所述的E1极接口、ES1极接口、P1极接口、C1极接口、P2极接口和C2极接口的另一端与被测地网连接，所述的E2极接口和ES2极接口的另一端分别与接地体连接。

所述的通信模块为光纤模块，所述光纤模块的接口与主控制器的通信接口相连。

所述的土壤温湿度传感器为全灌封土壤温湿度传感器；所述的全灌封土壤温湿度传感器采用RS485总线通信模式与主控制器通讯。

所述的外设部件包括信息存储器、操作键盘、液晶模块和实时时钟；所述信息存储器、操作键盘、液晶模块和实时时钟的输入输出端分别与主控制器的输入输出端相连。

所述串口为UART串口或SPI接口。

所述的单刀多掷开关为单刀双掷开关。

本实用新型的有益效果是：本实用新型适用于长期定点对接地电阻、土壤电阻率、土壤温湿度的监测。可以根据用户的不同需求而设置不同的采样间隔，采样后的数据通过光纤网络传输至客户端，可以实现多机集中监测，同时监测仪可设定报警门限值，以提示用户被监测地网是否在合理范围内。本实用新型还具有设计简单、测试效率高的特点。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

一种风力发电机接地网在线监测预警装置，它包括主控制器、变频恒流源、切换电路、土壤温湿度传感器、通信模块和外设部件；所述通信模块的输入输出端、外设部件的输入输出端分别与主控制器的输入输出端连接；所述土壤温湿度传感器的输入输出端与主控制器的输入输出端连接；所述的变频恒流源通过串口与主控制器通讯；所述切换电路包括至少四个单刀多掷开关和至少八个支路接口；

所述的变频恒流源包括真有效值计算单元、电流互感器、电压互感器、恒流调节器、E极接口、ES极接口、P极接口、C极接口和正弦波合成器；所述电流互感器的电流信号输出端与真有效值计算单元的电流输入端连接；所述电压互感器的电压信号输出端与真有效值计算单元的电压输入端连接；所述真有效值计算单元的调节信号输入输出端与恒流调节器的调节信号输入输出端连接；所述恒流调节器的控制信号输出端与正弦波合成器的控制信号输入端连接；

所述变频恒流源通过E极接口与第一单刀多掷开关的动端连接，通过ES极接口与第二单刀多掷开关的动端连接，通过P极接口与第三单刀多掷开关的动端连接，通过C极接口与第四单刀多掷开关的动端连接；所述的至少八个支路接口包括E1极接口、ES1极接口、P1极接口、C1极接口、E2极接口、ES2极接口、P2极接口和C2极接口；

所述第一单刀多掷开关的其中两个不动端分别连接E1极接口和E2极接口，所述第二单刀多掷开关的其中两个不动端分别连接ES1极接口和ES2极接口，所述第三单刀多掷开关的其中两个不动端分别连接P1极接口和P2极接口，所述第四单刀多掷开关的其中两个不动端分别连接C1极接口和C2极接口，所述的E1极接口、ES1极接口、P1极接口、C1极接口、P2极接口和C2极接口的另一端与被测地网连接，所述的E2极接口和ES2极接口的另一端分别与接地体连接。

所述的通信模块为光纤模块，所述光纤模块的接口与主控制器的通信接口相连。

所述的土壤温湿度传感器为全灌封土壤温湿度传感器；所述的全灌封土壤温湿度传感器采用RS485总线通信模式与主控制器通讯。

所述的外设部件包括信息存储器、操作键盘、液晶模块和实时时钟；所述信息存储器、操作键盘、液晶模块和实时时钟的输入输出端分别与主控制器的输入输出端相连。

所述串口为UART串口或SPI接口。

所述的单刀多掷开关为单刀双掷开关。

如图1所示，主控制器通常为一款微控制(MCU)芯片，内部包含CPU、RAM、ROM、定时计数器、多种I/O和各种驱动外设接口。主控制器作为核心，分配和调度其它部分有序的工作。由于它功能的强大通常扮演“大脑”的角色，负责与外部设备的数据通讯、人机设备(这里指按键和来LCD液晶模块)的互动以及指挥变频恒流源有效的测量。变频恒流源作为一个完整的模块，通过UART串口或SPI接口与主控制器之间进行通讯，来接收命令或返回测试数据。

测量接地电阻过程如下：变频恒流源通过串口接收主控制器指令后，正弦波合成器将生成正弦波由C极流出，经过被测地网回到E极，形成一个电流回路，此时电流会经过第一电流互感器然后将信号送至真有效值(RMS)计算单元来计算注入接地网电流的大小，如果偏离设定值则驱动第一恒流调节器来达到恒流的目的。与此同时，ES极和P极在电流回路中通过电压互感器采样到一定的电压，该电压同样经过真有效值(RMS)计算单元计算出真实电压，最后根据欧姆定律计算出接地电阻阻值。

信息存储器将用于存储客户设置的关键信息比如报警门限值、采样时间间隔等关键信息、同时也为系统提供额外存储媒介。操作键盘和液晶模块为人机交互的必备部件。实时时钟为监测提供年月日以及北京时间等重要信息，间隔采样必须依赖于此。

当在线监测预警装置采样到数据后，通过通讯模块将数据上传到服务器端，服务器对数据进行存储、处理；客户端(PC机)通过网络端口对服务器所接收的数据进行调用、查询、统计。通过这样的方式，客户端端(PC机)可以实现多个接地电阻的数据查询、统计及远程实时监测。

全灌封土壤温湿度传感器可以长期工作于被埋土壤中，由于测试环境多变，主机和传感器距离不定，故采用485总线模式。485总线采样差分方式传输信号，此方式抗干扰能力强，通讯距离远，满足系统要求。

通过切换电路，实现对接地体的接地电阻测试。然后，通过接地体的接地电阻计算公式来反推出土壤电阻率。

反推出土壤电阻率公式为：

其中，

ρ——土壤电阻率，单位Ω·m；

L₁——接地体长度，单位m；

R_d——接地体工频接地电阻，单位Ω；

d——接地体直径(或角钢等效边宽)，单位m。

以上内容描述了本实用新型的基本原理和主要特点。本行业的技术人员应该了解到，在不脱离本实用新型所附权利要求书所限定的精神和范围内，从形式上和细节上对本实用新型做出的变化，均为本实用新型的保护范围。