三维测量工频接地故障地中电流测评装置与方法与流程

本发明涉及一种基于三维测量方法的工频接地故障地中电流测评装置。本发明还涉及一种应用上述装置评估地中故障电流下降速的方法。

背景技术：

围绕着我国的“西电东输”战略工程，为了满足未来持续增长的电力需求，国家电网公司提出了加快建设由百万伏级交流和正负800千伏级直流系统构成的特高压电网的发展目标，也进一步加快了建设高电压等级、远距离、大容量的输电线路工程。杆塔是输电线路中必不可少的环节，杆塔接地网对于输电系统的安全运行具有重要意义。在电力系统运行维护过程中，大多数输变电线路事故都是由于雷击输电线路或杆塔而引起的跳闸现象所导致的的。杆塔接地网起着快速排泄故障电流、雷电流，降低杆塔电位，保证附近设备和人身安全的作用，是电力系统可靠运行的一个重要保证。

对于杆塔接地系统的设计要满足国标规定的要求，即杆塔接地电阻需要小于国标的规定值。在保证接地系统良好的情况下，人们往往会忽视电流在地中的流动情况，不能及时测算地中工频电流往往会导致严重的后果，交流输电线路单相接地故障时，短路电流一部分经地线回流，一部分经杆塔接地装置入地，这部分电流会影响地下的金属管道，产生感应电动势加快腐蚀等，甚至会通过变压器等接地端流入变压器或其他二次设备影响设备工作，造成严重的经济损失。

目前对接地装置地中散流的研究中，通常只能测得某一方向上的地中散流，测量其他方向的电流需要改变传感器位置，操作过程复杂，测量效率低下，在具体实施过程中很不方便。因此，很有必要开发一套能对地中散流进行多方位测评的实验系统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于三维测量方法的工频接地故障地中电流测评装置，该装置能够对工频接地故障地中电流进行测评，且对装置放置方向无要求，布置方便。

本发明的技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种三维测量工频接地故障地中电流测评装置，用于检测试验输电杆塔工频接地故障地中电流的分布情况；工频电流发生模块100的输出端通过铜棒电极130和接地网120构成回路；电流传感单元通过电流测量模块240将所测电流信号传递给上位机230；信号控制平台210的通讯接口通过分别与工频电流发生模块110、电流测量模块240以及上位机模块230相连，以此，所有模块组成一个完整实验系统。所述电流传感单元为三极板电流测量模块，三极板电流测量模块由三组方形铜极板构成，三组方形铜极板由两两正交的绝缘杆支撑固定，每组方形铜极板由两片方形铜板由绝缘杆支撑相对而立，两片铜板上方连有绝缘导线206，电流测量模块240的电流感应单元2400套置在绝缘导线206外围；三极板电流测量模块放置在地中以扁铜地线围绕的圆形区域内，放置深度与放置角度任意。

进一步地，所述工频电流发生模块输出幅值、通断时间可调的50hz工频电流。

进一步地，所述信号控制平台有通讯接口，通过同轴电缆分别与工频电流发生模块、电流测量模块、上位机模块连接，实现工频电流幅值调节、通断时间调节、电流数据的接收与发送等功能；

所述电流测量模块的电流感应单元2400通过同轴电缆与数据存储转换器连接。

本发明的另一目的是提供一种应用上述装置对地中故障电流进行测评的方法。其具体内容为：

采用以上所述装置的工频接地故障地中电流三维测评方法，测评时将三套电流测量模块平行布置，测得的电流数据矩阵表示为：

其中流经电流感应单元的电流为

进一步地，在所述测评装置中，地中电流下降速率由下式获得：以完成地中电流及电流下降速率计算，并分别显示流经每套三极板电流测量模块的电流波形。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)能够准确测得工频集结地故障地中散流，且对电流测量模块的放置方向无要求，可测得各方向的入地电流，布置方便；

2)主要的操作与控制在信号控制平台完成，所测得数据通过上位机模块的计算与处理可获得地中散流波形及电流下降速率，方便对工频接地故障电流地中散流特性进行分析；

3)实验装置操作方便，安全可靠。

附图说明

附图1为本发明一种基于三维测量方法的工频接地故障地中电流测评装置原理图；

附图2为图1中电流测量模块240的电流感应单元2400放大示意图；

附图3为本发明中三极板电流采集装置结构示意图

附图标记说明：

100、工频电流发生模块，110、导线，120、接地网，130、铜棒电极，200、三极板电流测量模块，201、金属极板，202、铜质垫片，203、盘头螺丝，204、双通尼龙柱六角内螺纹隔离柱，205、环氧树脂支架，206、绝缘导线，210、信号控制平台，220、同轴电缆，230、上位机模块，240、电流测量模块，241、磁芯，242、开合装置，243、外包绝缘漆铜线。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种基于三维测量方法的工频接地故障地中电流测评装置，该发明是一个测评系统，便捷高效，可用于实验分析。同时本发明中提供了一种应用上述装置评估地中故障电流下降速的方法。

为了令使用本装置的人员能够更好的理解本发明，下面结合附图对本发明进行详细的说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

请参考图1、图2和图3，图1为本发明一种具体实施方式所提供的基于三维测量方法的工频接地故障地中电流测评装置连接图；图2为电流测量模块部分电流感应单元局部放大图；图3为图1中三极板电流采集装置。

在具体实施中，工频220v电源接入工频电流发生模块100，工频电流发生模块100中包括变压模块、调节模块和通讯接口，通讯接口与信号控制平台210通过同轴电缆相连，信号控制平台210向变压模块、调节模块分别发出控制信号，实现工频电流幅值及电流输出时间的调节；工频电流发生模块100输出端通过导线110与接地网120及铜棒电极130相连形成回路。其中，接地网120与铜棒电极130的填埋深度和填埋距离可根据试验需要进行调整。

信号控制平台210的通讯接口通过分别与工频电流发生模块110、电流测量模块240以及上位机模块230相连；信号控制平台210内部包含单片机控制电路、数据存储电路、继电器信号驱动电路，通过继电器信号驱动电路可控制电流测量模块240工作状态,在信号控制平台210可以向电流测量模块240发出信号控制其继电器驱动电路，从而控制是否进行采集数据并向信号控制平台210传输数据。由此，实验人员可通过信号控制平台210对实验直接进行控制，保证了实验的安全性及便利性。

所述上位机模块230包括数据存储电路、计算电路和图形处理模块；信号控制平台210接收到由电流测量模块测得的随时间变化的电流数据后通过同轴电缆传输到上位机模块230中的存储器，由计算电路读取存储器中采集的电流数据，并往计算电路中写入计算公式同时，计算电路可计算地中电流下降速率，计算公式为：图形处理模块利用计算所得数据进行绘图，得到流经三极板电流测量模块200接地故障电流随时间变化图，便于对工频接地故障电流地中散流特性进行分析。

具体地，电流测量模块240的电流感应单元2400参考图2，图2为电流感应单元，包括磁芯241、开合装置242、外包绝缘漆铜线243；磁芯有两个半圆形磁芯241通过开合装置242组合而成，材料相同，导磁性能一致，两半圆磁芯闭合成内直径20mm外直径30mm的环形磁芯，设计成可开合式，最大张口为10mm；绝缘导线206选用bvr14mm2规格，将磁芯打开放入绝缘导线206，闭合磁芯；绝缘导线206与数据存储转换器连接，数据存储转换器中cpu控制a/d转换芯片对输入信号进行采样，转换成数字信号存入存储芯片中。

具体地，请参考图3，图3为本发明一种具体实施方式中三极板电流测量模块，包括bvr14mm2规格绝缘导线206、5cm*5cm*0.1cm规格金属极板201，m3铜质垫片202，规格m3*8的十一字盘头螺丝203，规格m3*10双通尼龙柱六角内螺纹隔离柱204，直角端部带螺纹环氧树脂支架205；六片金属极板201分成三组，每组两片；两金属极板201之间需要保持一定绝缘间隙，通过两个平行的规格m3*10双通尼龙柱六角内螺纹隔离柱204实现绝缘隔离，端部由m3*8的十一字盘头螺丝203拧入隔离柱204，使之形成相距10mm的相互平行的一组汇流板，上端规格m3*8的十一字盘头螺丝203下面垫有m3铜质垫片202，m3铜质垫片202与bvr14mm2规格绝缘导线206相连；另四片金属极板201使用同样方式形成其余两组汇流板；三组汇流板通过两两正交的端部带螺纹环氧树脂支架205连接，形成一个牢固整体；将此三极板电流测量模块200布置在地中待测位置，金属极板201垂直于地表面，角度任意。