地中工频电压双极板测评装置与方法与流程

本发明涉及地中工频电压双极板测评装置技术领域。

背景技术：

输电杆塔接地装置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，同时由于大地具有一定电阻率，电流入地点及电流流经的地方会出现一定的电势。雷电流入地点附近的地表将会呈现一定的电位分布，若此时雷击点附近正好有人或动物，由于站立或行走于地表的不同两点，这两点之间的电位差作用在人或动物身上，可能会造成伤亡。当发生雷击或者接地短路时，可能造成严重的经济损失和社会影响。因此，找到一种能快速方便地对接地故障时地中电压分布进行检测的装置及方法，进而采取相应的防护措施已成为电力行业现有输电线路运行维护工作中亟待解决的问题。

目前，对地表的电位分布没有有效的监测方法，通常只能测得某一方向上的地中散流，通过地中散流情况推断地表电位分布，操作过程复杂，精确度低，在具体实施过程中很不方便。针对以上的问题，本发明针对地中电压分布监测提出了一种地中工频电压双极板测评装置，为输电线路杆塔周边安全的判断提供了一种新的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种地中工频电压双极板测评装置，该装置能够对工频接地故障地中电压进行测评，该装置集发生、采集、分析于一体，结构简单，操作方便且安全可靠，通过设计的测试及分析方法得到接地故障时地中电压分布，能够实现对输电线路杆塔周边安全的高效、准确判断。

本发明的技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种地中工频电压双极板测评装置，信号控制平台210与工频电压调节模块100电气连接，并与数据处理模块230和无线通信模块250数据连接；信号控制平台210向工频电压调节模块100发出控制信号，实现工频电压幅值及电压输出时间的调节；工频电压调节模块100输出端通过导线110与接地网130及铜棒电极120相连形成回路；四套电压测量单元的探头部分aa呈直线分布在接地网与接地极之间，每两套之间距离相等为l。

所述四套双极板电压采集模块由两组金属极板构成，两组极板由绝缘杆呈直角支撑，每组极板由两片方形金属极板由绝缘杆支撑相对而立；对于每组极板，有一绝缘导线焊接于每片极板上方；双极板电压采集模块置于地表之下，极板所在平面与地平面垂直，且其放置角度任意。

进一步地，所述信号控制平台通过无线通信模块与电压测量单元通信，接收电压测量单元的电压数据信息并控制其工作状态。

进一步地，所述电压测量单元包括电压感应单元和数据存储转换器，电压感应单元与双极板上的绝缘导线相连，电压感应单元通过同轴电缆与数据存储转换器连接。所述工频电压调节模块可输出幅值、通断时间可调的50hz工频电压，与所述接地网、导线、铜棒电极和大地构成回路。

所述电压测量单元包括电压感应单元和数据存储转换器，电压感应单元与双极板上的绝缘导线相连，电压感应单元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测量并计算地中工频电压的方法：

采用如上所述装置的一种地中工频电压双极板测评方法，所述接地网130与铜棒电极120的填埋深度和填埋距离根据试验需要进行调整，通过所述四套双极板电压采集模块均匀排布，测得电压数据矩阵表示为第i套装置所处的位置处电压为：ui0,ui1,ui2为每套装置上三个电极板监测得到的电压数据；

地表电位下降速率，计算公式为：k表示下降速率。

这样，四套双极板电压测量装置在地表距离均匀排布，距离为l根据实验人员要求确定；测得数据矩阵为

每套装置所处的位置处电压计算公式为：

所述装置可计算出地表电位下降速率，计算公式为：

所述的数据处理模块有通讯接口，通过通信接口与所述的信号控制模块进行数据交换。

所述的图形处理模块根据数据处理模块所计算的电压采集模块放置位置的地表电压梯度数据，可绘出地表电压梯度随时间变化的波形，根据测量的电压梯度可得到对应电压强度下人的跨步电压值，从而设置保护距离。

与现有技术相比，本发明可以在不改变输电线路接地装置结构的前提下，对接地故障时地表电压分布进行较为准确的判断；同时，能任意检测一个待测点的电压梯度而不需要锁定电位零点测量电位，突破了原有地电位测试的方法，现场测试工作量大幅减少。因此本发明能在大幅减少现场测试工作量的前提下，有效地、准确地检测出输电线路杆塔附近电压分布，从而可及时采取有效措施，提高输电线路的运行可靠性。

附图说明

附图1为本发明一种地中工频电压双极板测评装置原理图；

附图2为本发明中双极板电压采集装置结构示意图

附图3为本发明中电压测量单元原理示意图

附图4为本发明中电压采集装置布置图

附图标记说明：

100、工频电压调节模块，110、导线，120、铜棒电极，130、接地网，200、双极板电压采集模块，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、数据处理模块，230、同轴电缆，240、图形处理模块，250、无线通信模块，260、电压测量单元。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种地中工频电压双极板测评装置，该装置集发生、采集、分析于一体，结构简单，操作方便且安全可靠。同时本发明中提供一种应用上述装置测量并计算地中工频电压的方法。

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和图2，图1为本发明一种具体实施方式所提供的基地中工频电压双极板测评装置连接图；图2为图1中双极板电压采集装置。

在具体实施中，工频220v电源接入工频电压调节模块100，工频电压调节模块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，实现工频电压幅值及电压输出时间的调节；工频电压调节模块100输出端通过导线110与接地网130及铜棒电极120相连形成回路。其中，接地网130与铜棒电极120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有通讯接口，通过同轴电缆与工频电压调节模块110和数据处理模块220相连，从人身安全角度考虑，使用无线通讯模块250让信号控制平台210与电压测量单元260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压测量单元260工作状态,在信号控制平台210可以通过无线通讯模块250向电压测量单元260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。

所述数据处理模块220包括数据存储电路和计算电路；信号控制平台210接收到由电压测量单元测得的随时间变化的各路数据，后通过数据线传输到数据处理模块220中的存储器，由计算电路读取存储器中各路采集的电压数据，并向计算电路中写入计算公式通过公式处理得到的数据传输到图形处理模块240；图形处理模块240接收到数据进行绘图，得到双极板电压采集模块200地中工频电压随时间变化图；为了计算电压衰减速率，向计算电路中写入衰减速率计算公式

具体地，请参考图3，图3为所述电压测量单元结构示意图，其工作流程是两路输入通道通过电压感应单元所感应到的电压作为输入，此时输入是模拟量，通过a/d转换器将电压模拟量转化成电压数字量控制存储存储器中。数据测量模块260包括电压感应单元和数据存储转换器，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。

具体的，请参考图2，图2为本发明一种具体实施方式中双极板电压采集模块，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；四片金属极板201分成两组，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的相互平行的一组集压板，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；另两片金属极板201使用同样方式形成另一组集压板；两组集压板通过直角端部带螺纹环氧树脂支架205连接，形成一个牢固整体；将此双极板电压采集模块200布置在地表待测位置，金属极板201垂直于地表面，角度任意。

具体的，请参考附图4，电压测量单元布置图，四套电压测量单元分布在接地网与接地极之间，每两套之间距离相等为l；四套装置必须位于一条直线上，其所在直线与接地网的相对位置根据实验人员的要求可做调整。