接地网腐蚀状态检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统安全诊断装置，尤其涉及一种变电站接地网的腐蚀故障 点智能诊断装置。
【背景技术】
[0002] 变电站接地装置是电力系统安全运行的重要组成部分。它不仅为变电站内各种电 气设备提供一个公共的电位参考地，而且在系统发生故障时还能迅速排泄故障电流并降低 变电站的地电位升。接地网接地性能的优劣直接关系到变电站内工作人员的人身安全和各 种电气设备的安全及正常运行。我国接地网一般采用扁钢、圆钢等钢质材料。在南方和东 部沿海多雨天气的地方，随着年限的增加，接地网易发生腐蚀甚至断裂给电力系统的正常 运行带来了严重的危害。
[0003] 在实际工程中，对于接地网故障点的测量手段比较原始，常根据地区的土壤腐蚀 率，经验地估计接地网导体腐蚀程度，然后抽样挖开检查。这种方法带有盲目性、工作量大、 速度慢，并且还受到现场运行条件的限制，不能准确地判断腐蚀程度和断点。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的之一是在于提供一种接地网腐蚀状态检测装置，
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案，一种接地网腐蚀状态检测装置，包括 微控制器模块、数据采集装置、激励电流源和数据通信装置，所述激励电流源向接地网的可 及节点注入电流；所述数据采集装置对可及节点的电位进行采集；所述微控制器模块完成 对激励电流源模块和数据采集装置的控制以及微控制器模块对采集到的数据进行处理，将 处理后的数据通过数据通信装置上传到上位机。
[0006] 优选的，所述激励电流源包括恒流源模块和电流切换模块，所述恒流源模块和电 流切换模块分别与微控制器模块连接，所述恒流源模块与电流切换模块连接，所述恒流源 模块通过电流切换模块向可及节点注入电流。
[0007] 优选的，还包括液晶显示模块、数据存储模块和独立按键模块，所述液晶显示模块 和独立按键模块实现整个系统的良好的人机交互，所述数据存储模块实现采集数据的海量 存储和备份。
[0008] 优选的，所述恒流源模块包括电流源、与微控制器模块连接的低通滤波模块、与低 通滤波模块连接的减法电路、与减法电路连接的正反馈电路和用于检测正反馈电路输出电 流的电流检测模块，所述电流检测模块将检测到的输出电流反馈至微控制器模块，所述电 流源的输出端分别与减法电路和正反馈电路连接。
[0009] 本发明的目的之二是提供一种接地网腐蚀状态检测方法，包括以下步骤：SI.向 接地网可及节点z注入电流；S2.以电流流出节点为了参选考节点测量全部可及节点的电 位；S3.通过迭代算法求出实际中接地网导体中各支路的电阻值或变化量，根据求出的支 路电阻值与设计时各支路电阻值比较的变化情况判断导体腐蚀和断裂情况。
[0010] 优选的，在步骤S2中，采用循环测量的方法测量可及节点的电位，具体包括以下 步骤：S21.配置电流源大小I和采集通道个数N，其中变量i = 1，j = I ;S22.判断i，j是 否相等，若相等则采集的电压为〇,转入步骤S26,若不相等，转入步骤S23 ;S23.电流流出通 道i导通，电流注入通道j导通，电流源导通；S24.以电流流出节点i为电压参考点，测量 其他可及节点的电位；S25.电流源关断；S26.变量j加I ;S27.判断变量j是否大于N，若 大于则变量i加1，变量j加1 ;否则转入步骤S22 ;S28.判断变量i是否大于N，若大于则 测量结束，否则转入步骤S22。
[0011] 优选的，各支路电阻值按以下方法求得：假设接地网具有N个节点和B条支路，则 由电网络理论列方程有：
[0012] YnUn=IJl)
[0013] Yn= AY bAT (2)
[0014] Ub= A X (3)
[0015] Ib= YbUb (4)
[0016]
【主权项】
1. 一种接地网腐蚀状态检测装置，其特征在于：包括微控制器模块、数据采集装置、激 励电流源和数据通信装置， 所述激励电流源向接地网的可及节点注入电流； 所述数据采集装置对可及节点的电位进行采集； 所述微控制器模块完成对激励电流源模块和数据采集装置的控制以及微控制器模块 对采集到的数据进行处理，将处理后的数据通过数据通信装置上传到上位机。
2. 根据权利要求1所述的接地网腐蚀状态检测装置，其特征在于：所述激励电流源包 括恒流源模块和电流切换模块，所述恒流源模块和电流切换模块分别与微控制器模块连 接，所述恒流源模块与电流切换模块连接，所述恒流源模块通过电流切换模块向可及节点 注入电流。
3. 根据权利要求1所述的接地网腐蚀状态检测装置，其特征在于：还包括分别与微控 制器模块连接的液晶显示模块、数据存储模块和独立按键模块，所述液晶显示模块和独立 按键模块实现整个系统的良好的人机交互，所述数据存储模块实现采集数据的海量存储和 备份。
4. 根据权利要求2所述的接地网腐蚀状态检测装置，其特征在于：所述恒流源模块包 括电流源、与微控制器模块连接的低通滤波模块、与低通滤波模块连接的减法电路、与减法 电路连接的正反馈电路和用于检测正反馈电路输出电流的电流检测模块，所述电流检测模 块将检测到的输出电流反馈至微控制器模块，所述电流源的输出端分别与减法电路和正反 馈电路连接。
5. 根据权利要求4所述的接地网腐蚀状态检测装置，其特征在于：所述减法电路包括 电阻R107、电阻R125、电阻133、电阻R134和运算放大器U112A，所述正反馈电路包括电 阻R166、电阻R167、运算放大器U112B、三极管Tl和三极管T2 ;所述电阻R107的一端接电 流源，另一端与运算放大器U112A的正输入端连接；所述电阻R125的一端与运算放大器 U112A的正输入端连接，另一端接地；所述电阻R134的一端与运算放大器的负输入端连接， 另一端与低通滤波器的输出端连接；所述电阻R133并联于运算放大器U112A的负输入端与 输出端之间；所述运算放大器U112A的输出端与运算放大器U112B的负输入端连接，运算放 大器U112B的正输入端与三极管Tl的集电极连接，电阻R166的一端与电流源连接，另一端 与三极管Tl的集电极连接，三极管Tl的基极与运算放大器U112B的输出端连接，三极管Tl 的集电极与三极管T2的集电极连接，三极管Tl的发射极与三极管T2的基极连接，三极管 T2的基极经电阻R167接地，电阻R167并联于电流检测模块的两个输入端间。
6. 根据权利要求2所述的接地网腐蚀状态检测装置，其特征在于：所述电流切换模块 包括多路模拟选择开关、三极管Ql和继电器RL1，所述三极管Ql的基极与多路模拟选择开 关的其中一个控制端连接，三极管Ql的基极经电阻Rll接地，三极管Ql的发射极接地，三 极管Ql的集电极经继电器RLl的控制端接电流源，二极管Dl的阳极与三极管Ql的集电极 连接，二极管Ql的阴极接电流源，电阻R12与发光二极管LED串联后并联于二极管Dl的两 端且二极管Dl的阳极与发光二极管LED的阴极连接。
7. 根据权利要求1所述的接地网腐蚀状态检测装置，其特征在于：所述数据采集装置 包括依次连接的模拟选择开关、电压隔离模块、低通滤波模块和A/D转换器，所述A/D转换 器与微处理器模块连接。
8. 接地网腐蚀状态检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
51. 向接地网可及节点z注入电流；
52. 以电流流出节点为了参选考节点测量全部可及节点的电位；
53. 通过迭代算法求出实际中接地网导体中各支路的电阻值或变化量，根据求出的支 路电阻值与设计时各支路电阻值比较的变化情况判断导体腐蚀和断裂情况。
9. 根据权利要求8所述的接地网腐蚀状态检测方法，其特征在于：在步骤S2中，采用 循环测量的方法测量可及节点的电位，具体包括以下步骤：
521. 配置电流源大小I和采集通道个数N，其中变量i = 1，j = 1 ;
522. 判断i，j是否相等，若相等则采集的电压为0,转入步骤S26,若不相等，转入步骤 S23 ；
523. 电流流出通道i导通，电流注入通道j导通，电流源导通；
524. 以电流流出节点i为电压参考点，测量其他可及节点的电位；
525. 电流源关断；
526. 变量j加1 ;
527. 判断变量j是否大于N，若大于则变量i加1，变量j加1 ;否则转入步骤S22 ;
528. 判断变量i是否大于N，若大于则测量结束，否则转入步骤S22。
10. 根据权利要求8所述的接地网腐蚀状态检测方法，其特征在于：各支路电阻值按以 下方法求得： 假设接地网具有N个节点和B条支路，则由电网络理论列方程有：
式中A为网络的关联矩阵；Yb为支路导纳矩阵；Yn为节点导纳矩阵；Ub为支路电压向 量；Un为节点电压向量；In为节点电流向量；Ib为支路电流向量，HR 3..........Rb分别 表示各支路的电阻值；Untl为节点电压的测量值，U n(R)为节点电压计算值，通过最小化f (R) 可以求得符合测量值的支路电阻，
通过求解（6)式就可得出各支路电阻的最优解，然后与各支路的电阻标称值对比，对 各支路导体的腐蚀和断裂情况进行判断。
【专利摘要】本发明公开了一种接地网腐蚀状态检测装置，包括微控制器模块、数据采集装置、激励电流源和数据通信装置，所述激励电流源向接地网的可及节点注入电流；所述数据采集装置对可及节点的电位进行采集；所述微控制器模块完成对激励电流源模块和数据采集装置的控制以及微控制器模块对采集到的数据进行处理，将处理后的数据通过数据通信装置上传到上位机。本发明不需要大面积对接地网开挖，避免了大量的人力、物力、财力的浪费，同时还不受现场运行条件的限制，保证电力系统正常运行，具有广泛的应用前景和市场价值。
【IPC分类】G01R31-08
【公开号】CN104678261
【申请号】CN201510136094
【发明人】程体阳, 杨帆, 左磊, 韩升, 罗蓉, 赵伟
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月26日