一种基于全球卫星导航系统的变电站接地网测试电极定位仪的制作方法

本发明涉及通信领域，是一种基于全球卫星导航系统的变电站接地网测试电极定位仪，能够通过全球卫星导航系统确定变电站接地网电阻测试中电位极和电流极打桩位置。

背景技术：

本发明涉及的电极定位是指确定变电站接地网电阻测量时电位极和电流极的位置，即电压桩和电流桩的打桩位置，桩点位置选取见图1。

计算变电站接地网电阻时需要测量电位极到接地装置的直线距离dpg和电流极到接地装置的直线距离dcg以及两条直线间的夹角θ等数据，再结合地网电阻测试仪上显示的电压值和电流值，利用接地阻抗公式(1)和(2)进行计算，测量接线图见图2，接地阻抗公式：

式中：

z′—接地阻抗；

u—电位桩到接地装置之间的电压；

ig—流过电流测试引线的电流；

θ—电流线和电位线的夹角；

z—接地阻抗的修正值；

d—接地网对角线长度。

通常电流桩c与被试接地装置边缘的距离dcg应为地网对角线长度d的4～5倍，当远距离放线有困难时，在土壤电阻率均匀地区dcg可取2d，在土壤电阻率不均匀地区可取3d；电位桩p与被试接地装置边缘的距离dpg为(50％～60％)dcg。在放线时，应使电流引线和电压引线保持尽量远的距离，以减小电磁耦合对测试结果的影响。现场测量时，电位极和电流极到接地装置的直线距离以及两条直线间的夹角主要通过两种方式测量，一是根据现场参照物估测，二是通过经纬仪精测，但无论哪一种方式都存在着技术缺陷：

(1)根据现场参照物进行距离和角度估测的方式较为普遍，多用于现役变电站地网电阻的定检。按照《dl/t475-2017接地装置特性参数测量导则》要求，电流桩与被试接地装置边缘的距离为地网对角线长度d的4～5倍，即使是土壤电阻率均匀地区该距离也至少应在2d～3d，对于220kv变电站，该距离为1000～2000米，甚至更远，电压桩与被试接地装置边缘的距离也接近千米，估测数值偏差较大。此外，两条直线间的夹角θ接近30⁰时测量结果最接近于真实值，但通过目测来确定30⁰的线间夹角偏差也会很大。因此，多项参数的估测代入公式进行计算将大大降低测量结果的准确度，不能对地网接地状况做出准确判断。

(2)采用经纬仪精确测量是通过经纬仪和塔尺配合使用，可以精确测量电位桩和电流桩到接地装置的直线距离以及两条直线间的夹角θ等数据，计算结果精度高。但由于现役变电站设备间隔多，通视性差，且安全距离要求严格，不利于架设塔尺，因此，此方法只适用于通视性良好且处于基础建设阶段的新建变电站。

(3)最新发布修订版《dl/t475-2017接地装置特性参数测量导则》要求，大型接地装置接地阻抗测试在交接试验完成后，宜5～6年测试一次接地阻抗，现有技术无法满足变电站地网电阻测量工作的准确性和同一变电站历次测量位置的重复性。

基于变电站地网电阻测量的上述状况，采用全球卫星导航系统定位可以显著提高测量过程中电位极和电流极到接地装置的直线距离以及两条直线间的夹角的计算精度，保证布线符合测试标准要求，且布线人员便于准确选择电流极和电位极位置。本发明将显著提高变电运检工作者在测量地网电阻时操作过程的安全性和测量结果的精确性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点，针对大地网接地阻抗测试要求,提供一种基于全球卫星导航系统的变电站接地网测试电极定位仪，用来确定电位极和电流极打桩位置距试验参考点的直线距离以及两条直线的夹角，保证布线符合测试标准要求。

本发明解决技术问题的技术方案是：一种基于全球卫星导航系统的变电站接地网测试电极定位仪，其特征是：它包括壳体、控制面板、单片机模块、显示模块、全球卫星导航系统定位模块、无线通信模块和电源模块，所述壳体的正面设置控制面板，在壳体内设置所述单片机模块、所述显示模块、所述全球卫星导航系统定位模块、所述无线通信模块和所述电源模块，显示模块的显示屏置于控制面板的上方，电源模块同时为控制面板、显示模块、全球卫星导航系统定位模块、单片机模块和无线通信模块程供电。

所述电源模块包括第一供电模块和第二供电模块，所述第一供电模块为控制面板、显示模块、全球卫星导航系统定位模块和单片机模块供电，所述第二供电模块为无线通信模块供电。

所述单片机模块、控制面板、显示模块、全球卫星导航系统定位模块和无线通信模块的连接关系是：单片机模块与控制面板单向信号连接以接收信号、与显示模块单向信号连接以输出信号，单片机模块同时与全球卫星导航系统定位模块和无线通信模块双向信号连接。

所述单片机为stm32f407vet6型单片机。

所述全球卫星导航系统定位模块为neo-7m-----ubloxgps芯片。

所述无线通信模块为sx1278-----ubloxgps芯片。

所述电源模块为lm1117-3.3-----3.3v稳压芯片。

本发明的工作过程是：

1初次确定变电站接地网电阻测试中电位极和电流极打桩位置：

1)本发明的定位仪先在初步预定的大地网的接地装置参考点处接收全球卫星导航系统的经纬度信息，进行本发明定位仪的第一次定位，得到大地网的接地装置参考点的经纬度信息；

2)将本发明定位仪移动至初步预定的电位桩或/和电流桩位置，再次接收全球卫星导航系统的经纬度信息，进行本发明定位仪的第二次定位，得到电位桩位置的经纬度信息和电流桩位置的经纬度信息；

3)然后计算大地网的接地装置参考点到电位桩位置与大地网的接地装置参考点到电流桩位置的夹角θ；

4)根据计算结果，调整初步预定的大地网的接地装置参考点、初步预定的电位桩位置和电流桩位置，直至得到符合要求的夹角θ；

5)分别提取步骤4)获得的初步预定的大地网的接地装置参考点、初步预定的电位桩位置和电流桩位置的经纬度信息，作为确定的大地网的接地装置、电位桩位置和电流桩位置的经纬度信息，并将获得的结果用于公式(1)和公式(2)，计算得出变电站接地网的接地阻抗；

6)将步骤5)获得的大地网的接地装置的经纬度信息、电位桩的经纬度信息和电流桩的经纬度信息以及夹角θ和计算得出的变电站接地网的接地阻抗值储存；

2重复测量变电站接地网的接地阻抗时，确定变电站接地网电阻测试中电位极和电流极打桩位置：

1)重复测量变电站接地网的接地阻抗时，先调出本发明定位仪储存的初次大地网的接地装置的经纬度信息、初次电位桩的经纬度信息和电流桩的经纬度信息以及夹角θ信息；

2)移动本发明定位仪，根据步骤1)提供的经纬度信息、同时接收全球卫星导航系统的经纬度信息，当步骤1)提供的经纬度信息与接收的全球卫星导航系统的经纬度信息匹配时，即可确定大地网的接地装置位置，进行第一次定位；

3)根据步骤1)提供的经纬度信息、同时接收全球卫星导航系统的经纬度信息，当步骤1)提供的经纬度信息与接收的全球卫星导航系统的经纬度信息匹配时，即可分别确定电位桩位置和电流桩位置，进行再次定位；

4)然后按照步骤1的3)～5)操作，进行变电站接地网的接地阻抗测量；

5)将步骤4)获得的变电站接地网的接地阻抗值储存与步骤1的初次变电站接地网的接地阻抗值比对，评价变电站接地网的状态；

6)将步骤4)获得的电位桩的经纬度信息和电流桩的经纬度信息以及夹角θ和计算得出的变电站接地网的接地阻抗值储存；

7)第二次及以后重复测量变电站接地网的接地阻抗时，先调出本发明定位仪的储存的电位桩的经纬度信息和电流桩的经纬度信息以及夹角θ信息，然后按照步骤1)～步骤6)进行操作即可；

3同时采用两台本发明的定位仪确定变电站接地网电阻测试中电位极和电流极打桩位置：

1)初次确定变电站接地网电阻测试中电位极和电流极打桩位置时，两台本发明的定位仪分别在初步预定的大地网的接地装置参考点处接收全球卫星导航系统的经纬度信息，进行第一次定位,得到大地网的接地装置参考点的经纬度信息；

2)一台本发明的定位仪移动到至初步预定的电位桩位置，再次接收全球卫星导航系统的经纬度信息，进行本发明定位仪的第二次定位，得到电位桩位置的经纬度信息；另一台本发明的定位仪移动到至初步预定的电流桩位置,再次接收全球卫星导航系统的经纬度信息，进行本发明定位仪的第二次定位，得到电流桩位置的经纬度信息；

3)然后按照步骤1的3)～5)操作，进行变电站接地网的接地阻抗测量，在操作的过程中，通过本发明定位仪的无线通信模块，两台本发明定位仪能够进行信息交换，同时调整位置，从而快速确定电位桩位置和电流桩位置；

4)将步骤3)获得的大地网的接地装置的经纬度信息、电位桩的经纬度信息和电流桩的经纬度信息以及夹角θ和计算得出的变电站接地网的接地阻抗值储存；

5)重复测量变电站接地网的接地阻抗时，按照步骤2进行操作，对两台本发明的定位仪同时进行第一次定位和第二次定位，即可进行变电站接地网的接地阻抗测量。

本发明的有益效果是：

1本发明的定位仪能够使地网接地电阻的检测效率和测试精度得到显著提高，在现场使用中，两台本发明的定位仪之间可无线通讯，能随时获取另一台定位仪的经纬度信息，精确确定电位极和电流极打桩位置距试验参考点的直线距离、电流极与电压极的夹角，保证布线符合测试标准要求；

2其具备快速精确的数据处理能力，实时动态显示距离信息；数据的智能记忆功能使得关机后开机可查看大地网的接地装置、电位桩的位置和电流桩的位置以及夹角θ和计算得出的变电站接地网的接地阻抗值的历史记录，既能够准确复现大地网的接地装置、电位桩的位置和电流桩的位置，又能够根据测量结果和历史记录正确评价变电站接地网的状态，现场检测效率高、精度高、测量结果显示直观；

3其克服了根据现场参照物估测存在的测量结果误差大、无法准确判断地网接地状况的缺陷，克服了经纬仪精测存在的现役变电站设备间隔多，通视性差，且安全距离要求严格，不利于架设塔尺的缺点，不需要网络的辅助定位，能适用于高山、峡谷等各种复杂的地理环境定位精确，定位精度可达5米，适用范围广，定位准确。

具有结构简单、功能强大、小巧灵活、使用方便、定位准确、适用范围广、显示直观精度准、省时省力效率高的优点。

附图说明

图1为变电站接地网电阻测量时电位极和电流极的打桩位置示意图；

图2为变电站接地网电阻测试接线图；

图3本发明的单片机模块原理图；

图4为本发明的全球卫星导航系统定位模块原理图；

图5为本发明的无线通讯模块原理图；

图6为本发明的电源模块原理图；

图7为本发明的工作流程图；

图8为本发明的定位仪实物结构图

图9为图8的左视示意图。

图中：1接地网，2壳体，3显示屏，4控制面板，g地网接地装置位置，p电位桩位置，c电流桩位置。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图3-8，实施例1，本实施例一种基于全球卫星导航系统的变电站变电站接地网测试电极定位仪，采用gps全球卫星导航系统，用于初次确定变电站接地网1电阻测试中电位极和电流极打桩位置，其结构是：它包括壳体2、控制面板4、单片机模块、显示模块、全球卫星导航系统定位模块、无线通信模块和电源模块，所述壳体2的正面设置控制面板4，在壳体2内设置所述单片机模块、所述显示模块、所述全球卫星导航系统定位模块、所述无线通信模块和所述电源模块，显示模块的显示屏3置于控制面板4的上方，电源模块同时为控制面板4、显示模块、全球卫星导航系统定位模块、单片机模块和无线通信模块程供电。

所述电源模块包括第一供电模块和第二供电模块，所述第一供电模块的电压为3.3v，第一供电模块为控制面板4、显示模块、全球卫星导航系统定位模块和单片机模块供电，所述第二供电模块的电压为5v，第二供电模块为无线通信模块供电。

所述单片机模块、控制面板4、显示模块、全球卫星导航系统定位模块和无线通信模块的连接关系是：单片机模块与控制面板4单向信号连接以接收信号、与显示模块单向信号连接以输出信号，单片机模块同时与全球卫星导航系统定位模块和无线通信模块双向信号连接。

所述单片机为stm32f407vet6型单片机。

所述全球卫星导航系统定位模块为neo-7m-----ubloxgps芯片。

所述无线通信模块为sx1278-----ubloxgps芯片。

所述电源模块为lm1117-3.3-----3.3v稳压芯片。

本实施例的工作过程是：

1)本实施例的定位仪先在初步预定的变电站接地网1的接地装置参考点处接收全球卫星导航系统的经纬度信息，进行本实施例定位仪的第一次定位，得到变电站接地网1的接地装置参考点的经纬度信息；

2)将本实施例定位仪移动至初步预定的电位桩位置p，再次接收全球卫星导航系统的经纬度信息，进行本实施例定位仪的再次定位，得到电位桩位置p的经纬度信息；再将本实施例定位仪移动至初步预定的电流桩位置c，再次接收全球卫星导航系统的经纬度信息，进行本实施例定位仪的再次定位，得到电流桩位置c的经纬度信息；

3)然后计算变电站接地网1的接地装置参考点到电位桩位置p与变电站接地网1的接地装置参考点到电流桩位置c的夹角θ；

4)根据计算结果，调整初步预定的变电站接地网1的接地装置参考点、初步预定的电位桩位置p和电流桩位置c，直至得到符合要求的夹角θ；

5)分别提取步骤4)获得的初步预定的变电站接地网1的接地装置参考点、初步预定的电位桩位置p和电流桩位置c的经纬度信息，作为确定的变电站接地网1的接地装置位置g、电位桩位置p和电流桩位置c的经纬度信息，并将获得的结果用于公式(1)和公式(2)，计算得出变电站接地网1的接地阻抗；

6)将步骤5)获得的变电站接地网1的接地装置位置g的经纬度信息、电位桩位置p的经纬度信息和电流桩位置c的经纬度信息以及夹角θ和计算得出的变电站接地网1的接地阻抗值储存。

实施例2，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例用于第二次测量变电站接地网1的接地阻抗时，确定变电站接地网1电阻测试中电位极和电流极打桩位置，以评定变电站接地网1的状态，其工作过程是：

1)先调出本实施例定位仪储存的初次确定的变电站接地网1的接地装置位置g的经纬度信息、电位桩位置p的经纬度信息和电流桩位置c的经纬度信息以及夹角θ；

2)根据步骤1)提供的经纬度信息、同时接收全球卫星导航系统的经纬度信息，当步骤1)提供的经纬度信息与本实施例定位仪接收的全球卫星导航系统的经纬度信息匹配时，即可确定变电站接地网1的接地装置位置g，进行第一次定位；

3)移动本实施例的定位仪，根据步骤1)提供的经纬度信息、同时接收全球卫星导航系统的经纬度信息，当步骤1)提供的经纬度信息与本实施例定位仪接收的全球卫星导航系统的经纬度信息匹配时，即可分别确定电位桩位置p和电流桩位置c，进行再次定位；

4)然后计算变电站接地网1的接地装置位置g到电位桩位置p与变电站接地网1的接地装置位置g到电流桩位置c的夹角θ；分别提取获得的变电站接地网1的接地装置位置g、电位桩位置p和电流桩位置c的经纬度信息，作为本次确定的变电站接地网1的接地装置g、电位桩位置p和电流桩位置c的经纬度信息，并将获得的结果用于公式(1)和公式(2)，计算得出变电站接地网1的接地阻抗；

5)将步骤4)获得的变电站接地网1的接地阻抗值与步骤1)储存的初次变电站接地网1的接地阻抗值比对，评价变电站接地网1的状态；

6)将步骤4)获得的变电站接地网1的接地装置位置g、电位桩位置p的经纬度信息和电流桩位置c的经纬度信息以及夹角θ和计算得出的变电站接地网1的接地阻抗值储存。

实施例3，本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于，本实施例用于第三次重复测量变电站接地网1的接地阻抗，先调出本实施例定位仪的变电站接地网1的接地装置位置g、电位桩位置p的经纬度信息和电流桩位置c的经纬度信息以及夹角θ，再按照实施例2的步骤1)～步骤5)进行操作，然后将获得的变电站接地网1的接地阻抗值与本实施例定位仪储存的历次变电站接地网1的接地阻抗值比对，评价变电站接地网1的状态，并将获得的变电站接地网1的接地装置位置g、电位桩位置p的经纬度信息和电流桩位置c的经纬度信息以及夹角θ和计算得出的变电站接地网1的接地阻抗值储存即可。

实施例4，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例用于同时采用两台本实施例的定位仪初次确定变电站接地网1电阻测试中电位极和电流极打桩位置，其工作过程是：

1)初次确定变电站接地网1电阻测试中电位极和电流极打桩位置时，两台本实施例的定位仪分别在初步预定的变电站接地网1的接地装置参考点处接收全球卫星导航系统的经纬度信息，进行第一次定位,得到变电站接地网1的接地装置参考点的经纬度信息；

2)一台本实施例的定位仪移动到至初步预定的电位桩位置p，再次接收全球卫星导航系统的经纬度信息，进行本实施例定位仪的第二次定位，得到电位桩位置p的经纬度信息；另一台本实施例的定位仪移动到至初步预定的电流桩位置c,再次接收全球卫星导航系统的经纬度信息，进行本实施例定位仪的第二次定位，得到电流桩位置c的经纬度信息；

3)然后计算变电站接地网1的接地装置参考点到电位桩位置pp与变电站接地网1的接地装置参考点到电流桩位置c的夹角θ；根据计算结果，调整初步预定的变电站接地网1的接地装置参考点、初步预定的电位桩位置p和电流桩位置c，直至得到符合要求的夹角θ；分别提取获得的变电站接地网1的接地装置位置g、电位桩位置p和电流桩位置c的经纬度信息，作为本次确定的变电站接地网1的接地装置g、电位桩位置p和电流桩位置c的经纬度信息，并将获得的结果用于公式(1)和公式(2)，计算得出变电站接地网1的接地阻抗；在操作的过程中，通过本实施例定位仪的无线通信模块，两台本实施例定位仪能够进行信息交换，同时或分别调整位置，从而快速确定电位桩位置p和电流桩位置c；

4)将步骤3)获得的变电站接地网1的接地装置位置g的经纬度信息、电位桩位置p的经纬度信息和电流桩位置c的经纬度信息以及夹角θ和计算得出的变电站接地网1的接地阻抗值储存。

实施例5，本实施例与实施例4基本相同，不同之处在于，本实施例用于同时采用两台本实施例的定位仪第二次测量确定变电站接地网1电阻测试中电位极和电流极打桩位置，以评定变电站接地网1的状态，其工作过程是：

1)先调出本实施例定位仪储存的初次确定的变电站接地网1的接地装置位置g的经纬度信息、电位桩位置p的经纬度信息和电流桩位置c的经纬度信息以及夹角θ信息；

2)根据步骤1)提供的经纬度信息、同时接收全球卫星导航系统的经纬度信息，步骤1)提供的经纬度信息与两台本实施例的定位仪接收的全球卫星导航系统的经纬度信息匹配时，即可确定变电站接地网1的接地装置位置g，进行第一次定位；

3)移动本实施例的定位仪，根据步骤1)提供的经纬度信息、同时接收全球卫星导航系统的经纬度信息，当步骤1)提供的经纬度信息与一台本实施例定位仪接收的全球卫星导航系统的经纬度信息匹配时，即可确定电位桩位置p，进行再次定位；当步骤1)提供的经纬度信息与另一台本实施例定位仪接收的全球卫星导航系统的经纬度信息匹配时，即可确定电流桩位置c，进行再次定位；

4)然后计算变电站接地网1的接地装置位置g到电位桩位置p与变电站接地网1的接地装置位置g到电流桩位置c的夹角θ；分别提取获得的变电站接地网1的接地装置位置g、电位桩位置p和电流桩位置c的经纬度信息，作为本次确定的变电站接地网1的接地装置g、电位桩位置p和电流桩位置c的经纬度信息，并将获得的结果用于公式(1)和公式(2)，计算得出变电站接地网1的接地阻抗；在操作的过程中，通过本实施例定位仪的无线通信模块，两台本实施例定位仪能够进行信息交换，同时调整位置，从而快速确定电位桩位置p和电流桩位置c；

5)将步骤4)获得的变电站接地网1的接地阻抗值与步骤1)储存的初次变电站接地网1的接地阻抗值比对，评价变电站接地网1的状态；

6)将步骤4)获得的变电站接地网1的接地装置位置g的经纬度信息、电位桩的经纬度信息和电流桩的经纬度信息以及夹角θ和计算得出的变电站接地网1的接地阻抗值储存。

实施例6，本实施例与实施例5基本相同，不同之处在于，本实施例用于第三次重复测量变电站接地网1的接地阻抗，先调出本实施例定位仪的变电站接地网1的接地装置位置g、电位桩位置p的经纬度信息和电流桩位置c的经纬度信息以及夹角θ，再按照实施例5的步骤1)～步骤4)进行操作，然后将获得的变电站接地网1的接地阻抗值与本实施例定位仪储存的历次变电站接地网1的接地阻抗值比对，评价变电站接地网1的状态，并将获得的变电站接地网1的接地装置位置g、电位桩位置p的经纬度信息和电流桩位置c的经纬度信息以及夹角θ和计算得出的变电站接地网1的接地阻抗值储存即可。

将上述实施例应用在2018年吉林地区变电站地网接地电阻测量的试验中，测量数据与交接测量值、历史测量值相比较，更精准，且检测时间缩短了至少50分钟。