接地网阻抗短距在线监测装置的制作方法

本实用新型涉及电工技术领域，尤其是接地网阻抗短距在线监测装置。

背景技术：

接地网的性能参数测试是一项繁杂的工作，特别是对于大型水电站地网，由于地网规模较大，地形条件恶劣，试验放线工作难度极大，给测试工作带来很大的困难，目前大多采用输电线路代替现场放线方式进行测量，即便这样也存在线路停电难以协调、干扰严重等弊端，使得大型水电站地网的常规测试工作都难以如期开展，在线监测工作方面国内外皆是一片空白。

本实用新型针对大型水电站接地系统测试难度大的现状，根据电路的线性原理，采用短距定标测量方式实现对大型地网的接地电阻值的在线监测，所开发的在线系统在数据采集、传输、处理以及输出过程全部采用数字化模式，各分系统间以IEC61850通信规范基础进行构建，符合数字化变电站的网络化二次设备分层结构，方便后期植入数字化变电站的扩展工作。普通的接地网参数测量方式的诸多弊端，市场急需一种测试过程简单便捷的方法来让解放广大的试验人员。

有鉴于此，本实用新型提供接地网阻抗短距在线监测装置。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提供一种能够短距测量的实时监测接地网特性参数的接地网阻抗短距在线监测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案来实现：

本实用新型提供的接地网阻抗短距在线监测装置，其特征在于：包括可编程电源单元、数据采集单元、滤波组件、后台数据处理模块、短距测量用户控制软件、通讯单元与外部系统；可编程电源单元与测试电源连接，测试电源与数据采集单元连接，数据采集单元与滤波组件连接，滤波组件与后台数据处理模块连接，短距测量用户控制软件分别与包括可编程电源单元、数据采集单元、滤波组件、后台数据处理模块连接，短距测量用户控制软件通过通讯单元与外部系统连接；所述的可编程电源单元为变频功率单元，变频信号源输出频率为f的稳定的功率信号，f与电网工频f0 偏移量为△f；功率5kW，采用脉波宽度调变技术，利用高功率 IGBT 模块设计，波形畸变率≤1%，频率稳定度≤±0.01%，可串口通信也可以使用USB通信；可以通过USB进行编程控制，远程实现自启动/自停止，实现远程的变频调压。

所述的接地网阻抗短距在线监测装置，其中：所述的数据采集单元为模拟数据采集器，采用的是基于FPGA技术设计的16路模拟电压量采集器，8电流数据采集器，24位分辨率，采集频率50kHz。

所述的接地网阻抗短距在线监测装置，其中：所述的滤波组件为数字低通滤波器，采用电子对抗数字化分析滤波技术，可实现高精度选频 + 自动换挡技术。

所述的接地网阻抗短距在线监测装置，其中：所述的短距测量用户控制软件包括用户交互层、业务外观层、业务逻辑层、数据访问层以及数据库。

所述的接地网阻抗短距在线监测装置，其中：所述的短距测量用户控制软件的编写使用的是开放以C#为主要开发语言，其中包含有滤波组件选频即虚拟选频技术的滤波技术以及后台处理算法。

所述的接地网阻抗短距在线监测装置，其中：通讯单元选光纤或无线通讯方式，根据选择配置光电转换器及单模光纤或无线WIFI发射装置；装置部件之间的通信采用USB和串口通信。

所述的接地网阻抗短距在线监测装置，其中：采用纯正弦波大功率信号源做为测试电源，多频点采集数据。

所述的接地网阻抗短距在线监测装置，其中：用户交互层主要负责：管理用户的请求,做出相应的响应；提供一个Controller ,委派调用业务逻辑和其它上层处理；处理异常，抛给Struts Action ；为显示提供一个模型；UI验证。

所述的接地网阻抗短距在线监测装置，其中：业务外观层主要负责：处理应用程序的业务逻辑和业务校验；管理事务；提供与其他层相互作用的接口；管理业务层级别的对象的依赖；在表示层和数据访问层之间增加了一个灵活的机制，使得他们不直接联系在一起；通过揭示从表示层到业务层之间的上下文（Context）来得到业务逻辑（business services）。

所述的接地网阻抗短距在线监测装置，其中：数据库选用性价比优良的SQL SERVER 2005，其中涉及：

（1）合理、清晰的数据库表结构设计；

（2）关联数据表关键字段的合理设计；

（3）标识字段的合理定义；

（4）在表设计中，对于采集参数、计算指标的表结构设计考虑行变列的方式。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）通过高精度选频 + 自动换挡技术，根据接地电阻的变化全自动切换量程，保证了在高低量程范围的测量精度。

（2）本系统采用短距测量技术，通过试探法找到电流极与被测地网之间的零电位点并将电压极敷设在该处，对于由被测地网、电流极、大地组成的线性电路而言，在电流极位置固定的情况下，该零电位位置并不会随测试电流的改变而改变，因此能保证所测阻值即为被测地网的接地阻抗值，从而实现在线监测功能。

（3）本实用新型结构简单，监测成本低，具有很高的市场推广价值。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为长距法测试接地电阻图。

图3为短距定标法监测接地电阻。

图4为系统原理示意图。

图5为图4的局部放大图。

图6为系统结构示意图。

图7为软件架构模型。

图中标记：1、可编程电源单元；2、数据采集单元；3、滤波组件；4、后台数据处理模块；5、短距测量用户控制软件；6、通讯单元；7、外部系统。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的接地网阻抗短距在线监测装置的具体实施方式、结构、特征及其效果，详细说明如后。

参见附图1-7，本实用新型提供采用了以下技术方案：

接地网阻抗短距在线监测装置，包括可编程电源单元1、数据采集单元2、滤波组件3、后台数据处理模块4、短距测量用户控制软件5、通讯单元6与外部系统7；可编程电源单元1与测试电源连接，测试电源与数据采集单元2连接，数据采集单元2与滤波组件3连接，滤波组件3与后台数据处理模块4连接，短距测量用户控制软件5分别与包括可编程电源单元1、数据采集单元2、滤波组件3、后台数据处理模块4连接，短距测量用户控制软件5通过通讯单元6与外部系统7连接；所述的可编程电源单元1为变频功率单元，变频信号源输出频率为f的稳定的功率信号，f与电网工频f0 偏移量为△f；功率5kW，采用脉波宽度调变技术，利用高功率 IGBT 模块设计，波形畸变率≤1%，频率稳定度≤±0.01%，可串口通信也可以使用USB通信；可以通过USB进行编程控制，远程实现自启动/自停止，实现远程的变频调压；所述的数据采集单元2为模拟数据采集器，采用的是基于FPGA技术设计的16路模拟电压量采集器，8电流数据采集器，24位分辨率，采集频率50kHz；所述的滤波组件3为数字低通滤波器，采用电子对抗数字化分析滤波技术，可实现高精度选频 + 自动换挡技术；所述的短距测量用户控制软件5包括用户交互层、业务外观层、业务逻辑层、数据访问层以及数据库；所述的短距测量用户控制软件5的编写使用的是开放以C#为主要开发语言，其中包含有滤波组件3选频即虚拟选频技术的滤波技术以及后台处理算法；通讯单元6选光纤或无线通讯方式，根据选择配置光电转换器及单模光纤或无线WIFI发射装置；装置部件之间的通信采用USB和串口通信；采用纯正弦波大功率信号源做为测试电源，多频点采集数据；调用业务外观层接口为最终操作用户提供良好的交互界面，用作实现的一部分。Struts继承了MVC的各项特性，并根据J2EE的特点，做了相应的变化与扩展，Struts主要负责：管理用户的请求,做出相应的响应；提供一个Controller ,委派调用业务逻辑和其它上层处理；处理异常，抛给Struts Action ；为显示提供一个模型；UI验证；业务外观层中的Spring是一个轻量级容器（micro container），它很好地把对象搭配起来。通过业务逻辑层和数据访问层提供的服务，为用户交互层提供一致的功能调用接口，Spring把程序中所涉及到的包含业务逻辑和数据存取对象（DataAccess Object）的Objects——transaction management handler（事务管理控制）、Object Factories（对象工厂）、service objects（服务组件）都通过XML配置联系起来。它主要负责：处理应用程序的业务逻辑和业务校验；管理事务；提供与其他层相互作用的接口；管理业务层级别的对象的依赖；在表示层和数据访问层之间增加了一个灵活的机制，使得他们不直接联系在一起；通过揭示从表示层到业务层之间的上下文（Context）来得到业务逻辑（business services）；数据库选用性价比优良的SQL SERVER 2005，其中涉及：

（1）合理、清晰的数据库表结构设计，使数据更易于管理、统计和分析计算。

（2）关联数据表关键字段的合理设计，加强了通用数据的重复利用，节省了数据存储空间和存取时间。

（3）标识字段的合理定义，保证数据的唯一性。

（4）在表设计中，对于采集参数、计算指标的表结构设计考虑行变列的方式，加强了数据库表的通用性和扩展性。如果系统加入新的采集参数，不需要重新修改表结构或者修改程序，直接在系统中进行相关注册就可以了。此数据库是真正的客户机/服务器体系结构，图形化用户界面，使系统管理和数据库管理更加直观、简单，丰富的编程接口工具，为用户进行程序设计提供了更大的选择余地，SQL Server与Windows server 2003完全集成，利用了Windows的许多功能，如发送和接受消息，管理登录安全性等。

本软件很好地满足了接地电阻在线状态监测的需要，实现了数据分析、数据显示、实时监测、报表、参数设置等功能。系统提供了友好的用户界面，操作简单，维护方便，具体特点如下：

（1）多通道同步监测，提供了全面的测量内容；

（2）本系统标配采用16通道同步数据采集，根据需要可扩展至64通道，监测点数量可满足绝大多数变电站需求；

（3）采用准确、可靠频谱分析及数字滤波技术；

（4）采用军用电子对抗数字化分析滤波技术，抗干扰能力极强，选频特性尖锐，通过高精度选频 + 自动换挡技术，全自动切换量程，保证了在高低量程范围的测量精度；

（5）系统运行安全可靠，采用了基于权限的用户管理，使系统具有很强的鲁棒性，同时使系统用户管理更富有人性化；

（6）强大的平台支撑，软件运行于目前流行的微软.NET平台，安全、稳定，具有较强的可扩展性；

（7）数据显示生动形象，报表实用、美观用户界面友好，操作方便。

系统工作时，采用大功率异频设备在被测地网与电流极间激起回路电流，使用多路电压采集器同步采集各被测设备与电压极之间的电压波形，通过滤波分析计算各设备与零电位之间的异频电压差，从而计算各设备的接地电阻。

该系统输出频率采用军用采用电子对抗数字化分析滤波技术，可实现高精度选频 + 自动换挡技术，抗干扰能力极强，选频特性尖锐，通过高精度选频 + 自动换挡技术，根据接地电阻的变化全自动切换量程，保证了在高低量程范围的测量精度。变频信号源输出频率为f的稳定的功率信号，f与电网工频f0 偏移量为△f。大功率信号进入变压器，耦合将设备与设备隔离，匹配回路阻抗，输出较大的信号。原理上通过测量流经地网的电流I，以及在地网上产生压降U，则接地阻抗为Z=U/I。即测量变频电压信号、电流信号得到相应的参数。

应用系统以C#为主要开发语言，构建的系统具有良好的可移植性和平台无关性，可以使系统不用更改任何源代码即可移植到新的平台上，有效地保护用户的前期投入。应用系统必须满足下述要求：

（1）平台独立性，与硬件、操作系统、数据库无关；

（2）新型的面向对象的程序语言，代码可重用、可扩展；

（3）强大的安全结构和策略，可防止恶意程序或病毒的入侵；

（4）通过多线程运行机制来支持多任务和并行处理。

本系统对配置要求：

（1）硬件运行环境：

CPU：奔腾1000MHz以上（推荐奔腾2000MHz或更高）；

内存：512M以上（推荐1G以上）；

显示卡：标准VGA 256色显示模式以上（推荐SVGA 16位色以上显示模式）；

显示器：支持分辨率1024 X 768及其以上；

网卡：支持TCP/IP协议的网络接口卡（网卡）。

（2）软件运行环境：

Windows 2000/XP/Win7等操作系统平台、DirectX9.0、Microsoft SQL Server2000（SP4）企业版数据库、Microsoft .Net Framework3.5。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。