接地网腐蚀状态检测装置的制造方法

接地网腐蚀状态检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型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。 【实用新型内容】
[0004] 有鉴于此，本实用新型的目的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，本实用新型提供如下技术方案，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。
[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、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] 本实用新型的有益效果在于：
[0010] 接地网的故障已是电力系统安全运行的重要隐患，为此应建立一套对接地网进行 诊断的方法。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，因此对接地网检测无论是对制造商还是用户都有积极的意义。本 实用新型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。
【附图说明】
[0011] 为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下 附图进行说明：
[0012] 图1为本实用新型结构框图；
[0013] 图2为激励电流源结构框图；
[0014] 图3为电流切换模块框图；
[0015] 图4为电流源的电路图；
[0016] 图5为电流切换模块电路图；
[0017] 图6为16路模拟开关电路图；
[0018] 图7为电压切换模块图；
[0019] 图8为通信装置框图；
[0020] 图9为接地故障诊断示意图；
[0021] 图10为循环测量流程图。
【具体实施方式】
[0022] 下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。
[0023] 如图1所示，接地网腐蚀状态检测装置采用'一点对多点'的射线型结构，该检 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。微控制器采用具有ARM Cortex-M3内核的32位处理器STM32F103ZE，具有丰富的外设接口，方便与其他模块通信。 数据采集装置采用24位可调增益模数转换器ADS1241，具有1-128倍的可调增益和21位有 效采样结果。激励电流源设计成0-3A恒流源，产生的电流注入接地网的可及节点，待电流 源稳定后，通过数据采集装置对可及节点的电位进行采样。采集的数据通过数据通信装置 上传给上位机，在上位机上对数据进行处理。
[0024] 整个检测装置还包含数据存储模块、液晶显示模块和独立按键模块等四个辅助模 块。液晶显示模块和独立按键模块可以实现整个系统的良好的人机交互，便于操作。数据 存储模块实现采集数据的海量存储和备份。
[0025] 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。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。
[0026] 所述数据采集装置包括电压切换模块和信号处理模块，所述电压切换模块和信号 处理模块分别与微控制器模块连接，所述电压切换模块与信号处理模块连接。
[0027] 如图2、4所示，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。
[0028] 电流源利用一个高输入阻抗、高放大增益的运算放大器构成一个正反馈电路，将 微控制器上的D/A转换器输出的可控电压间接的加载在功率电阻上。电路中MCP6402是一 款单端供电的运算放大器，静态电流45uA，增益宽带1MHz，输入阻抗1013欧姆。ΤΙ、T2是 一款NPN型的达林顿晶闸管，能承受最大关断电压80V，最大连续电流5A，最大功率65W。
[0029] 由于恒流源产生的电流比较大，在数据采集过程中恒流源的供电电源会出现波 动，会对恒流源电流大小产生影响。在恒流源前端添加一个减法电路，巧妙的消除了电流源 的供电电源对输出电流的影响。具体的原理为：
[0030] 设图7中电流源输出电压为Vtl，输入的电压信号为V1。如果减法电路中的电阻 R107、R125、R134、R133阻值相等，则减法电路输出的电压V3:
[0031] V3= V0-V1............................................................. ............................(9)
[0032] 在后端的正反馈电路中，根据运算放大器的"虚短"和"虚断"的特性，运算放大器 的两个输入端电压相等，大小为V 3。功率电阻R166两端的电压V2:
[0033] V2= V0-V3............................................................. ............................(10)
[0034] 则根据（1)式得：
[0035] V2= V0-(V0-V1) = V1.................................................... .....................(11)
[0036] 则电阻R166两端电压V2与电源电压Vtl无关。若电阻R166的阻值SR 1，则流过 电阻R166的电流I :
[0037] I = Y2ZR1............................................................. ............................(12)
[0038] 将公式（4)中的功率电阻R166阻值设计为1欧姆，前端的减法电路放大倍数设计 为1倍，则恒流源输出的电流值I大小与输入电压值V 2大小数值上相等。D/A转换器输出 的电压范围为〇~2. 5V，则恒流源输出的最大电流值为2. 5A。
[0039] 为了方便满足整个检测装置多通道故障测量的要求，在电流源后端添加一个电流 切换模块。电流切换模块负责配置电流源电流注入与流出节点的位置，此模块由多路模拟 选择开关、三极管和继电器组合作为电流切换开关。电流切换模块原理如图3所示，左右两 侧的电流注入通道切换开关和电流流出通道切换开关是对称连接的，它们都是由16通道 模拟开关输出端分别连接到16个三极管的基极，三极管的集电极再分别连接到16个继电 器的控制端，而组成的切换开关。左侧16路继电器的输入端与激励源的电流注入端相连， 而继电器的输出端分别连接到16通道接线座；同样，右侧16路继电器的输入端分别连接到 16通道接线座，而继电器的输出端与激励源的电流流出端相连。最终只需分别向模拟开关 的地址线写入不同的信号值就能控制电流的注入和流出通道，方便了数字控制的实现。
[0040] 具体地，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