一种变电站接地网三维数字化监控装置及评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及变电站接地网故障检测技术领域，尤其涉及一种变电站接地网三维数 字化监控装置及评估方法。
【背景技术】
[0002] 变电站接地网腐蚀状况直接关系到各种电气设备和设施的安全与稳定运行，接地 设备需要低阻抗途径保持与大地的电气连接。传统的接地网监测装置仅仅是通过向接地 网注入大电流，电流可以达到几十甚至上百安，但是由于接地网本身具有良好的导电性，电 阻比较小，传统的检测装置的测量精度往往不能够满足要求，对于接地网的腐蚀状况分析 存在严重的误差判定。同时由于电流比较大，对于装置的自身的容量和绝缘性能要求极为 高，造成整个设备的体积比较庞大和对供电电源容量要求较高，不利于户外的接地网检测 试验。对于操作人员而言，必须严格按照规程进行操作，稍有不慎极易发生触电事故。同时 由于接地网地表条件往往比较恶劣，传统设备难以到现场进行运行。
[0003] 在对数据进行分析处理上，传统设备只是局限于测量N组电压数据，仅仅利用电 流与电压的关系对接地电阻大小进行计算，数据信息量太少，计算结果具有很大误差，以及 没有对现有接地网进行数字化归档、因此很难做出较为准确的寿命评估。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种变电站接地网三维数字化监控装置及评估方法，对接地 网的阻抗进行计算并评估，并能够进行三维成像，还能为每个被检测的接地网建立数字化 检测档案，实现对接地网状态的长期跟踪。
[0005] 本发明采用的技术方案为：
[0006] -种变电站接地网三维数字化监控装置，包括微控制器、可调直流恒流源、电流通 道切换开关模块、多通道接线插座、电压通道切换开关模块、信号处理模块、数据存储模块、 无线通信模块和上位机，微控制器通过自身外设的D/A转换单元输出的数字信号控制可调 直流恒流源输出不同大小的电流；可调直流恒流源的电流输出端连接到电流通道切换开关 模块的电流注入通道切换开关上，电流通道切换开关模块的电流输出端连接到多通道接线 插座的电流注入接口上，多通道接线插座的电流输出端用于连接被测接地网的节点，多通 道接线插座的电流输出接口连接到电压通道切换开关模块上，电流通道切换开关模块和电 压通道切换开关模块的受控端均连接微处理器的控制端，电流通道切换开关模块和电压通 道切换开关模块的开断均受微控制器控制；电压通道切换开关模块的电压输出端连接信号 处理模块的信号输入端，信号处理模块的信号输出端连接微控制器的信号输入端，微控制 器的第一信号输出端连接数据存储模块的数据输入端，微控制器的第二信号输出端通过无 线通信模块连接上位机，通过上位机进行三维成像和接地网的状态评估。
[0007] 所述的可调直流恒流源包括对产生的恒压信号输出进行滤波的滤波电路、用于消 除电路中各芯片供电电源对输出直流恒流源干扰的减法电路、用于增加输出直流恒流源稳 定性的电压反馈电路、用于最终产生直流恒流源电流的精密电阻、运算放大器、对各芯片进 行供电的电源和用于直流恒流源校准以确保直流恒流源稳定性的检流电阻；所述减法电路 的反相输入端通过滤波电路连接微控制器的数字信号输出端，微控制器用于产生一个恒压 信号并通过反馈信号对恒压信号的输出进行调整，减法电路的同相输入端连接对各芯片供 电电源的正供电管脚，减法电路的输出端连接电压反馈电路的反相输入端；精密电阻一端 连接电压反馈电路的同相输入端，精密电阻的另一端同时连接对各芯片供电电源的正供电 管脚和检流电阻一端，检流电阻的另一端通过运算放大器与微控制器的一个输出I/O管脚 连接。
[0008] 所述的电流通道切换开关模块包括电流注入通道切换控制模块、多通道模拟开 关、多路三极管阵列和多路继电器阵列，多通道模拟开关、多路三极管阵列和多路继电器阵 列均通过电流注入通道切换控制模块连接微控制器的控制端，多通道模拟开关中的每一个 模拟开关的电流注入端均连接可调直流恒流源的电流输出端，每一个模拟开关的输出端分 别对应连接到多路三极管阵列中的对应三极管的基极，每一个三极管的集电极分别对应连 接到多路继电器阵列中的对应继电器的控制端，每一个继电器的输出端连接到多通道接线 插座的电流注入接口上。
[0009] 所述的电压通道切换开关模块的组成元器件与电流通道切换开关模块的相同，且 连接关系与电流通道切换开关模块的连接关系相对称。
[0010] 所述的信号处理模块包括电压隔离电路、低通滤波电路和A/D转换电路，电压隔 离电路的信号输入端连接到电压通道切换开关模块上，电压隔离电路的信号输出端连接电 压隔离电路的信号输出端连接低通滤波电路的信号输入端，低通滤波电路的信号输出端通 过A/D转换电路连接连接微处理器。
[0011] 所述的数据存储模块采用SD卡存储器。
[0012] 所述的微控制器采用ARM单片机，微处理器还连接显示屏和按键。
[0013] 一种基于权力要求1所述的变电站接地网三维数字化监控装置的变电站接地网 三维数字化评估方法，包括以下步骤：
[0014] 步骤A :首先，通过变电站接地网三维数字化监控装置采集被测接地网的部分节 点的电压值；
[0015] 步骤B :将测取的接地网部分节点的电压值发送给上位机，上位机利用接地网状 态评估系统求解被测接地网各支路电阻值；接地网状态评估系统采用基于逆问题的接地支 路导体阻抗计算方法对接地网各支路状态进行求解，求解过程如下步骤：
[0016] 步骤Bl :将被测接地网等效为纯电阻网络，假设接地网具有N个节点和B条支路， 则根据电网络理论列方程有：
【主权项】
1. 一种变电站接地网三维数字化监控装置，其特征在于：包括微控制器、可调直流恒 流源、电流通道切换开关模块、多通道接线插座、电压通道切换开关模块、信号处理模块、数 据存储模块、无线通信模块和上位机，微控制器通过自身外设的D/A转换单元输出的数字 信号控制可调直流恒流源输出不同大小的电流；可调直流恒流源的电流输出端连接到电流 通道切换开关模块的电流注入通道切换开关上，电流通道切换开关模块的电流输出端连接 到多通道接线插座的电流注入接口上，多通道接线插座的电流输出端用于连接被测接地网 的节点，多通道接线插座的电流输出接口连接到电压通道切换开关模块上，电流通道切换 开关模块和电压通道切换开关模块的受控端均连接微处理器的控制端，电流通道切换开关 模块和电压通道切换开关模块的开断均受微控制器控制；电压通道切换开关模块的电压输 出端