一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置的制造方法

一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置的制造方法
【专利摘要】一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，针对接地网接地电阻测量中引线长、互感大、有效信号小等特点，设计出一种接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置。电流引线缩短为2D～2.5D，电压引线连接辅助电流极和电压极，通过测量距辅助电流极3～20m处的地面电位分布，结合辅助电流极电位的解析计算公式，计算辅助电流极电位分布公式。结合回路压降及地面电位分布规律，得到接地网的地电位升和接地网的接地电阻。测量装置主要包括异频电源、主机、移动式电压测量模块、标准辅助电流极、电流引线、电压引线、组合式辅助电压极。该接地电阻测量方法及装置具有测量引线短、互感影响小、有效信号大、抗干扰能力强、测量定位准确、测量便捷快速等特点。
【专利说明】
-种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统接地技术领域，特别设及变电站接地网接地电阻短距测量方 法及测量装置。
【背景技术】
[0002] 随着特高压等级输电系统的建设和电网规模的扩大，超大规模枢纽变电站的数量 越来越多，其接地网的尺寸也远超十年前的水平。枢纽变电站在电网中起着将特高压输电 系统能量送出及保障社会供电的重要作用，其接地网性能的可靠对保障我国电力安全具有 重要意义。
[0003] 接地电阻是评估接地网性能的重要指标。接地电阻测量工作是电力系统一项重要 而长期的测量试验。目的在于对发电厂、变电站接地网接地电阻的设计指标、工程建设、运 行状况进行验收和评估，W确保电力系统的安全可靠接地。电力行业标准化/T475-2006《接 地装置特性参数测量导则》中特别强调了发变电站接地网的接地电阻测试要求，并给出了 具体的测试装置参数建议。我国现有的接地电阻测量方法主要为长线法，在测量时需要布 置接地网等效直径4~5倍长度的测量引线。由于超大型变电站、发电厂接地网规模的大幅 扩大，现有测量方法的测量难度和工作量也成倍提高。此外，考虑到电网每年需要检测的大 型接地网数量众多，工作量庞大，传统测量方法已难W适应当前的运行维护需求。因此，电 力系统急需开发新的接地电阻测量方法及测量装置。
[0004] 传统接地电阻测量方法W接地网地电位升作为测量对象，W零电位点或者补偿点 作为电位参考点，进行测量进而得到接地网的接地电阻。准确计算定位电位参考点是传统 测量方法的难点，也是测量引线始终难W缩短的原因。
[0005] 测量引线之间存在的互感电压是影响传统长距测量法准确度的重要因素。互感电 压与同向引线长度成正比，引线越长，互感电压越大。且互感电压始终难W有效消除。考虑 到接地网的接地电阻通常较小，约0.5 Q左右，因此能够测量得到的接地网的地电位升幅值 较小。因此较大的互感电压对传统正向测量方法测量准确度的影响很大。
[0006] 大型变电站设备繁多，电磁环境复杂。工频电磁场在测量引线上会产生感应电压， 变电站运行过程中的入地电流经过地网散流时就会形成地电位差。上述影响因素在靠近变 电站处影响最大，远离变电站影响较小。
[0007] 传统正向测量方法中，除了测量引线布置工作量繁重外，测量装置还需具备很强 的抗干扰能力，对测量装置的技术要求较高，成本较大。现有测量装置会受到引线互感、电 磁干扰的影响。现有的接地电阻测量装置如"一种新型智能变频大电流接地电阻测量仪"， 采用变频-选频的测量方法，对接地网注入45-5甜Z的正弦波交流大电流，然后选频测量，能 实现在高压变电站强干扰环境下测量接地网的接地电阻。现有装置W加大输出电流和提高 滤波性能来提高有效信号幅值和有效信号与变电站电磁干扰信号之间的信噪比。但现有接 地装置无法解决测量引线之间互感对测量结果的影响。
[000引针对传统正向测量方法在测量接地网接地电阻中引线长、互感及电磁干扰影响 大、有效信号小的问题，本专利公开了一种接地网接地电阻逆向短距测量方法。本逆向短距 测量方法W电流极附近地面电位分布作为测量指标。该测量方法可将电流引线长度缩短为 2D~2.加，节约工作量一半W上，可用于接地网尤其是大型接地网的接地电阻测量工作。逆 向短距测量法由于对电流极地面电位的测量不W接地网地电位升为电位参考点，不并排布 置电压、电流测量引线。因此消除了互感电压产生的条件，互感影响极小。逆向短距测量装 置用于逆向测量方法的现场测量。由于在电流极附近进行测量，避免了接地网干扰和不平 衡电流对测量电压的影响。测量对象为电流极附近地面电位，测量信号幅值压值很大，因此 抗干扰能力很强。
[0009] 由于在进行逆向短距测量时，测量装置结构也发生明显变化，对现有装置的测量 方法和结构还不能满足逆向短距测量的需要的问题。针对短距测量方法对设备的特殊要 求，本专利公开了一种逆向短距测量装置。具有测量引线短、无互感影响、抗干扰能力强、测 量定位准确、测量精度高、测量便捷快速的特点。

【发明内容】

[0010] 本发明公开了一种接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，针对接地网短距测 量时对测量装置的特殊要求，设计出一种新型接地网接地电阻短距测量的装置。该接地电 阻测量方法及装置具有测量引线短、无互感影响、抗干扰能力强、测量定位准确、测量精度 高、测量便捷快速的特点。
[0011] 1)本发明的测量方法可W有效缩短接地电阻测量引线的长度为2~2.5D，实现接 地网接地电阻的短距离测量，同时也适用于测量引线长度大于2.5D的情况；
[0012] 2)本发明消除了接地电阻测量时电压极、电流极引线长距平行导致的互感禪合， 消除了引线互感的影响；
[OOU] 3)本发明减小了变电站电磁环境对测量的干扰；
[0014] 本发明的测量方法为接地网接地电阻逆向短距测量方法，其基本原理是：在接地 网和辅助电流极之间布置电流回路，长度2D~2.5D，电压表引线连接辅助电流极和电压极。 由于接地网在电流极处产生的电位分量幅值较小，电位梯度可W忽略，因此通过测量电流 极近区的地面电位分布，可W求出电流极产生的地面电位分布的函数表达式。结合回路压 降，可W求得接地网的地电位升。根据解析公式，补偿辅助电流极对接地网电位影响，从而 获得接地网地电位升的准确数值，通过与测量电流相除得到接地网的接地电阻。
[0015] 其测量原理说明如下：
[0016] 接地网接地电阻测量电流从接地网流入，从电流极流出，形成正负两个电场。通常 接地网可采用半球接地极进行等效，等效条件为距离接地网2D左右。电流极可W等效为点 电流源，数值仿真研究表明，距电流极中屯、3~4mW外，电流极电位分布的仿真计算结果和 点电流源等效。大量实验数据和理论分析得到，在距离接地网大于1.5D时，接地网产生的电 位梯度较小，地表电位下降缓慢，在该处20m范围地表电位可W等效为恒定值C。
[0017] 现场测量可W测得辅助电流极的电位分布曲线，即选择辅助电流极为电位参考 点，测量距离其3~20m范围的电位分布。因此电压测量引线的长度将会很短仅为20m，消除 了长电压引线和电流引线并行的互感禪合条件，同时由于远离了变电站的电磁环境，避免 变电站复杂电磁环境造成的对测量的干扰。
[0018] 为了降低辅助电流极的接地电阻，往往需要采用多跟垂直接地极并联的方式进行 布置。同样仿真计算得到，在多跟接地极并联入地的情况下，采用中屯、一根，相距一米，夹角 90度外围四根接地极同样可用上述公式进行计算。
[0019] 如图1接地电阻测量时的电位分布（1为电流极存在时的电位分布;2为无电流极时 的电位分布;3为仅电流极存在时的电位分布），曲线1由曲线2、3叠加产生，由于辅助电流极 所在区域的曲线2幅值远小于曲线3,且变化平缓，因此将曲线2的末段电位等效为常值C。
[0020] 辅助电流极散流产生的地表电位分布计算公式为：
[0021]
(1)
[0022] P为±壤电阻率，I为注入电流，X为计算点到电流极中屯、的距离。令
考虑 接地网在辅助电流极附近产生的电位C，因此辅助电流极近区的实际电位为：
[0023]
(2>
[0024] 且现场测量电压引线两端的电位差是辅助电流极的电位化和电压极电位Ui之差A
Uo
[0025] (3)
[0026] 现场测量时，电压极在电流极附近，若电压极测量点编号为1、2、3、4、…n，测量得 到对应点到电流极距离X1、X2、X3、X4、.....Xn，测量得到电位差A山、A U2、A U3、A U4、. . . . A 化，假设上述测量点对于无穷远处的实际电位为m、U2、U3、U4.....Un则：
[0027]
C4) 1234567 通过现场测量获得n组测量值(xi，ui)(i = l，2,3...n)，x为电压极到辅助电流极中 屯、的距离，Ui为测量电压。采用Levenberg-Marquardt算法进行解析函数(3)的待定参数k、b 最优求解。在最小二乘法意义下，确定参数k和b使偏差平方和最小： 2
[0029]
(5) 3 设定k、b的初始值kW、bW。通过迭代求解得到所求解析函数的最优参数kW、bW， 即为所求解析函数的最优参数。 4 接地网和辅助电流极之间的电位差U可根据电源输出电压喃曲、电流I、电流引线电 阻R线计算得到。 5 U = Ug-Uc = U細-IR线 (6) 6 接地网电位化为： 7 化=u+Uc = U-b+c (7)
[0035]根据补偿法原理，接地网电位化小于接地网单独散流的地面电位升高化0,需进行 补偿。根据点电流源和半球接地极的计算公式，接地网的电流极的电位计算结果相等，即
d测量电流引线直线长度。因此，根据求得的解析公式，接地网的准确 电位升呆
从而得到接地网的接地电阻。 陳；
(8)
[0037]现场测量时，采用异频法测量，避免工频干扰带来的误差，W对称频率默认 为47Hz、53Hz)测量电压的均值作为50Hz对应的电压值。为了消除测量电源两次输出电流 Ii、l2的波动对测量电压的影响，需要对测量电压进行归一化处理。归一化处理即将测量电 压归算到1安培下。用上标逗号表示归一化后的参数。现场测量时，测量电流Ii频率为fi，测 量电流12频率为f2。
[003引对测量电流Ii频率为f 1，测量电压，（ i = 1，2，3.. .n)归一化，公式为：
[0039] (9)
[0040] ，（ i = 1，2，3' ? 'n)归一化，公式为：
[0041 ] 〇〇)
[0042] I测量电压：
[0043] (11)
[0044] 将n组测量值（Xi, A Ui'）（ i = 1,2,3'..n)带入上述Levenberg-Marquardt算法进行 解析函数(3)的待定参数k、b最优求解，得到k'、b'。其牛
。
[0045] 采用相同原则对接地网和辅助电流极之间的电位差U进行归一化，根据电源输出 电压喃社、电流引线电阻R线计算得到。
[0046] U'=U车触'-R线 (12)
[0047] 1安培电流下的接地网电位化'为：
[004引 UG'=u'+Uc'=U'-b'+c' (13)
[0049]
(14)
[0050] 从而可W通过下式计算接地网1安培电流作用下的地电位升化〇'，即为接地网的接 地电阻。
[0化1]
(15)
[0052]实现本发明装置的技术方案是:接地网接地电阻逆向短距测量装置，主要包括异 频电源、主机、移动式电压测量模块、标准辅助电流极、电流引线、电压引线、组合式辅助电 压极。
[0053] 电源采用异频程控信号源。主机采用串口线对电源输出进行控制。测量时采用异 频法进行测量，信号为对称异频信号，频率可选范围为40~60化，输出波形为正弦电流波， 输出电流4~1OA。在测量前设置电流频率，电流幅值，主机自动控制电源输出和信号采集。
[0054] 主机控制整个测量流程。包括电源输出控制、电源输出电压和输出电流测量、通讯 和数据传输、结果显示、数据存储、按键控制。主机包括精密电压、电流传感器、调理电路、 ADC、中央处理模块、显示模块、存储模块、无线数据传输模块、键盘按键。电流传感器采用穿 屯、式精密电流互感器。电压传感器通过电压引线与移动式电压测量模块电压端口并联连 接，并采用合适变比将高压测量信号转换为低压测量信号。调理电路由电源隔离模块、50Hz 陷波器、程控放大器组成。测量信号通过调理电路处理，及ADC后，输入到中央处理模块。中 央处理模块对测量信号进行数字滤波，储存测量结果。无线数据传输模块用于主机和移动 式电压测量模块的通信，传输测量指令和测量数据。显示模块为串口液晶显示屏。键盘按键 实现操作人员对测量进行控制。操作人员可W通过数据输出显示模块，查看接地电阻测量 值和计算数据。可W将数据保存为CS V格式，用U盘保存拷贝测量报告。主机可通过PC串口连 接电脑。
[0055] 移动式电压测量模块布置在电流极附近，用来测量各个电压极和电流极之间的电 压。移动式电压测量模块包括精密电压传感器、调理电路、ADC、中央处理模块、通信模块、显 示模块、存储模块、供电模块、键盘按键。与主机不同的特点是具有8路电压信号通道和独立 的裡电池供电模块。为电压通道1~8,分别对应电压输入端子1~8,实现测量信号的同步实 时采集。测量信号通过精密电压传感器、调理电路、ADC，中央处理模块。调理电路由电源隔 离模块、50Hz陷波器、程控放大器组成。ADC采用同步采样的方式W高采样频率同时提取8路 测量信号，将模拟信号转化为数字信号输送到中央处理模块。中央处理模块对测量数据进 行数字滤波，求得各电压极测量信号的电压，折合到相同电流作用下。移动式测量仪采用裡 电池供电。通过无线数据传输模块将测量数据传入主机中。主机进行数据汇总和接地电阻 计算，存储于数据存储模块中，主机控制电源中止输出。
[0056] 电流极结构为长1.2m半径0.03m的尖头锻锋钢棒。±壤电阻率较低时可采用单根 电流极。也可采用5根电流极放射状布置，半径Im,稳定垂直插入地中Im的标准辅助电流极： 电流引线为电阻值经过准确测量的标准铜忍电缆。
[0057] 单根电压极为长0.6m，半径0.1m的尖头锻销铜棒。标准电压极布置在距电流极3~ 20m范围内。测量距辅助电流极3m~IOm的电压差值，间隔可取Im~2m，测量距辅助电流极 IOm~20m的电压差值，间隔可取2m~4m。布置方式见图。每根电压极之间采用长度为Im硬塑 料固定杆连接，截面尺寸为0.2m ? 0.2m，中屯、开孔固定于距电压极底部0.5m处，臂长度分为 (0.5m、lm、2m)=挡。多个标准电压极通过连接器相连，连接器为空屯、硬塑料长方体外壳，连 接器空屯、尺寸0.205m ? 0.205m ? 0.4m可W紧密的嵌套在连接杆端部，将长杆顶齐，采用连 接器固定辅助电压极使其位于一条直线上。现场测量时，布置8根标准电压极，使电压极呈 不等间距的直线排列，保证了电压极的定位精度。电压引线采用1.5mm2屏蔽软铜电缆。分别 连接于可移动测量模块的8个输入端子。
【附图说明】：
[005引图1测量原理图
[0059] 图2测量布线及测量装置示意图
[0060] 图对示准电流极
[0061 ]图4接地电阻计算流程图
[0062] 图5组合式标准电压极
[0063] 图6连接器
[0064] 图7主机结构
[0065] 图8移动式测量模块结构
【具体实施方式】：
[0066] 实现本发明目的的测量方法的步骤如下：
[0067] 步骤1、观察地形，选取距接地网2D~2.加处±壤较为平坦、植物覆盖较少、无地下 管道影响的开阔区域布置辅助电流极。辅助电流极可选择单根，也可选择星形布置方式多 根并联，电流极和接地网通过电流引线分别连接到测量电源的两个输出端。
[0068] 步骤2、设置测试输出电流幅值和频率，测量计算接地网和辅助电流极之间的电 压。
[0069] 步骤3、从与电流引线路径平行或垂直的方向开始，W电压测量装置电压引线分别 连接辅助电流极和电压极，测量距辅助电流极3m~IOm的电压差值，间隔可取Im~2m，测量 距辅助电流极1 Om~20m的电压差值，间隔可取2m~4m;
[0070] 步骤4、根据测量数据，进行最优化计算，求解解析函数参数，得到解析函数表达 式。
[0071] 步骤5、采用根据公式计算接地网地电位升，求得接地电阻值R。
[0072] 利用本发明装置通过程序引导进行测量的具体方法步骤如下：
[0073] (1)测量回路布置
[0074] 将接地电阻短距测量装置连接变电站站用220V工频电源，进行装置接线。进行测 量引线布置：电流极距接地网2D-2.5D;电压极的距电流极距离3-20m，默认布置距离为(4m、 5111、6111、8111、1〇111、12111、14111、18111)。布置测量电压引线和电流引线，电流引线连接标准辅助回流 极，并验证导通性完好。电压引线一端连接辅助电流极，接入电压传感器的公共电压端，其 他8根电压极引线分别接引在电压输入端的8个端子，同时连接一个编号的电压极。通过按 键和显示器输入各测量通道的距离参数和标准电流引线电缆的电阻。
[0075] (2)初始化
[0076] 第（1)步完成后，打开测量仪的电源开关，验证导通性。设定输入输出电流的频率 范围和幅值。在可选频率范围40~60化，选择对称的频谱fi、f2。电流幅值I默认6A，可在4~ IOA范围选择。
[0077] 通过程序控制操作流程如下：
[007引①主机向电源传输指令，电源输出设定的电流，频率fi，幅值I;
[0079] ②主机向移动式电压测量模块传输指令，移动式电压测量模块开始测量，测量完 成后向主机发送完成指令；
[0080] ③主机向电源传输指令，电源输出设定的电流，频率f2,幅值I;
[0081] ④主机向移动式电压测量模块传输指令，移动式电压测量模块开始测量，测量完 成后向主机发送完成指令；
[0082] ⑤主机收到测量完成信号后，向电源传输指令，停止输出，电源接地。
[0083] ⑥主机接收移动式电压测量模块信号，计算接地电阻，显示测量结果。
[0084] (3)数据采集
[0085] 第(2)步完成后，开始测量。电源输出设定的电流，频率fi，幅值I。主机采集电流信 号I和输出电压的测量信号喃曲。移动式电压测量模块对8路电压信号进行同步采样，测量电 压信号在通过调理电路和ADC，进行高采样频率数据采集，默认采样率1000，采样长度4096。 同时对移动式测量模块发出测量指令，开始采集8个电压极的测量数据，默认采样率1000， 采样长度4096。测量完成后，对数据进行数字滤波，采用傅立叶分析程序计算测量信号频率 下的电压，将结果存储于存储模块，向主机传送完成信号。主机接收测量信号，控制电源中 止输出，改为输出频率f2,幅值I。重复上述过程。频率f2测量完成后，主机控制电源停止输 出。
[0086] (4)测量数据计算和存储
[0087] 第(3)步完成后，移动式电压测量模块对测量数据进行计算，求得电压均值。将电 压极1-8的测量电压均值传输到主机中。数据形式为电压W距回流极距离X、归一化的测量 电压值y的数据对(x，y)。移动式电压测量模块存储测量电压信号波形、数据保存到存储模 块。
[0088] (5)数据分析、计算
[0089] 第(4)步完成后，主机中央处理模块调用存储的测量数据，计算接地电阻。调用数 据对(x，y)。调用接地电阻数据拟合计算程序，计算得到接地网的接地电阻测量值。将数据 输出到数据输出显示模块和数据存储模块。
[0090] (6)结果显示
[0091] 第巧)步完成后，数字显示模块通过测量仪的液晶显示屏，显示接地网接地电阻的 测量结果。数据存储模块存储接地电阻的测量数据，供W后随时调用及显示。可采用USB接 口拷贝测量报告。
[0092] 本发明采用上述技术方案后，主要具有如下优点：
[0093] (1)使用范围广。能对各种类型发电厂、变电站接地网接地电阻进行测量。本发明 可实短距离下接地电阻的精确测量，显著降低测量引线长度一半W上，突破了传统接地电 阻测量实验只能采用长距离引线法进行测量的限制，解决了现在工程上难W缩短测量引线 进行接地电阻准确测量的技术难题。
[0094] (2)互感影响小。擬弃了产生互感的布线方式，显著降低大型接地网长测量引线所 带了的由于互感过大而引起的测量误差过大，测量结果错误，解决了大型接地网直线法测 量中难W排除互感影响的工程技术难题。
[00M] (3)电磁干扰小。远离变电站进行测量，可W显著降低变电站电磁干扰对测量结果 的影响，提高了测量准确度。
[0096] (4)智能化程度高，通过键盘和显示器的人机交互，实现测量的程序化和标准化。 解决了短距测量法对工作人员专业能力要求过高、使该方法真正简单、便捷、易行。
[0097] (5)测量精度高。采用硬件滤波结合软件滤波的方式，滤除变电站工频电磁干扰； 测量有效信号幅值显著增强，更易测量得到。
[0098] (6)降低测量成本。本发明装置结构设计合理、同传统设备相比成本低廉;并能节 约大量的人力、物力、财力，能显著提高工作效率，便于推广应用。
[0099] 本发明可广泛应用于各种接地网接地电阻的常规测量工作，特别适用于大型接地 网及因地理环境影响而难W进行长距离测量的情况。
【主权项】
1. 一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，本发明的技术特点在于： 电流极布置在距接地网2D-2.5D处，电压极布置在距辅助电流极3-20m范围，测量地面 电位分布，结合理论解析公式，采用最小二乘法进行曲线拟合，确定辅助电流极电位解析公 式。结合回路压降，根据补偿法原理，获得接地网的准确地电位升，进而计算得到接地网的 接地电阻。 本装置采用分体式结构，主机和移动式电压测量模块采用无线通讯。主要包括异频电 源、主机、移动式电压测量模块、标准辅助电流极、电流引线、电压引线、组合式辅助电压极。 其中主机包括:精密电压、电流传感器、调理电路、ADC、中央处理模块、显示模块、存储 模块、无线数据传输通讯模块、键盘按键。 主机控制整个测量流程。采用无线数据传输通信模块实现主机和移动式电压测量模块 的通信和数据传输。采用优化算法进行数据拟合得到50Hz接地电阻。 其中移动式电压测量模块包括：电压传感器、调理电路、ADC、中央处理模块、显示模块、 存储模块、无线数据传输通讯模块、供电模块、键盘按键。采用8路电压信号同步采样。 电流极采用单根或5根电流极放射状布置，单根电压极采用长0.5m，半径8mm的尖头镀 铂铜棒。电压极采用8根标准电压极。每根电压极之间采用长度为lm-4m硬塑料杆连接，电压 引线采用1.5mm2屏蔽软铜电缆。分别连接于移动式电压测量模块的8个输入端子。2. 据权利要求1所述的一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，其特点在 于:所述方法中，辅助电流极电位的解析函数为与现场观测值对应的理论计算解 析函数戈，具有两个待定参数k、b。采用最小二乘原理的进行解析函 数最优参数求解。接地网和辅助电流极电压差为电源输出电压减去引线回路压降U = m〇- U20 = 細-1R线。最终计算公式3. 据权利要求1所述的一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，其特点在 于：所述方法中，采用异频法并对测量电压进行归一化处理，对接地网和辅助电流极之间的电位差U进行归一化，U ' = U '输ti-R线。最终计 算公式4. 根据权利要求1所述一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，其特征在 于:所述辅助电流极电位分布的测量结构及布置方式为，8根电压测量引线与8根电压极连 接，连接测量装置电压采集端子的一端，电压采集端子另一端连接辅助电流极。电压引线长 度小于30m，采用8根电压极，直线布置于距辅助电流极中心3m-20m范围内的地表，标准电压 极布置在距电流极3m-20m范围内。所述测量方向的直线为以中心电流极和外部电流极之间 的连线为直线。测量距辅助电流极3m-10m的电压差值，间隔可取lm-2m，测量距辅助电流极 10m-20m的电压差值，间隔可取2m-4m。本方法的测量值可以为相同测量电流时的电压值，也 可以是归一化的电压值。本方法的测量点范围可在3m-20m内酌情变更。5. 根据权利要求1所述一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，其特征在 于:所述电流极结构为尖头镀锌钢棒，单根电极长1.2m半径0.03m的。电流极布置方式可以 采用单根辅助电流极垂直插入地下〇.6m-2m，也可采用标准辅助电流极，即采用5根电流极 放射状布置，半径lm，稳定垂直插入地中0.6m_2m。6. 照权利要求1所述的一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，其特征在 于:所述单根电压极为尖头镀铂铜棒，长〇.6m，半径0.1m的。每根电压极之间采用硬塑料固 定杆连接，截面尺寸为〇.2m · 0.2m，中心开孔固定于距电压极底部0.5m处，臂长度分为 (0.5m、lm、2m)三挡。多个标准电压极通过长方体空心硬塑料连接器相连，连接器空心尺寸 0.205m · 0.205m · 0.4m可以紧密的嵌套在连接杆端部，将长杆顶齐，采用连接器固定辅助 电压极使其位于一条直线上。现场测量8根标准电压极呈不等间距的直线排列，保证了电压 极的定位精度。电压引线采用1.5mm 2屏蔽软铜电缆。分别连接于可移动测量模块的8个输入 端子。7. 照权利要求1所述的一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，利用本发 明装置，其特征在于： 所述主机通过程序，控制整个测量流程，包括电源输出控制、电源输出电压和输出电流 测量、指令通讯、结果显示、数据存储、按键控制。主机采用串口线对电源输出进行控制。在 测量前通过程序设置电流频率，电流幅值，主机自动控制电源输出和信号采集。电流传感器 采用穿心式精密电流互感器。电压传感器通过电压引线与测量仪的电压极端口并联连接， 将高压测量信号转换为低压测量信号。测量信号通过调理电路处理，及ADC后，输入到中央 处理模块。中央处理模块对测量信号进行数字滤波，储存测量结果。无线数据传输模块用于 主机和移动式电压测量模块的通信，传输测量指令和测量数据。显示模块为串口液晶显示 屏和按键，实现操作人员对测量进行控制。操作人员可以通过数据输出显示模块，查看接地 电阻测量值和计算数据。可以将数据保存为csv格式，用U盘保存拷贝测量报告。8. 照权利要求1所述的一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，其特征在 于： 所述移动式电压测量模块布置在电流极附近，测量各个电压极和电流极之间的电压。 移动式电压测量模块具有8路电压信号通道。移动式测量仪采用锂电池供电。实现8路测量 信号的同步实时采集。通过无线数据传输模块将测量数据传入主机中。9. 照权利要求1所述的一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，其特征在 于： 所述测量信号依次通过精密电压传感器、调理电路、ADC，中央处理模块。所述调理电路 由电源隔离模块、50Hz陷波器、程控放大器组成。ADC采用同步采样的方式以高采样频率同 时提取8路测量信号，将模拟信号转化为数字信号输送到中央处理模块。中央处理模块调用 程序对测量数据进行数字滤波，求得各电压极测量信号的电压，折合到相同电流作用下。主 机进行数据汇总和接地电阻计算，存储于数据存储模块中。10. 照权利要求1所述的一种新型接地网接地电阻逆向短距测量方法及装置，利用本发 明装置，通过程序进行测量，利用本发明装置通过程序引导进行测量，其具体方法步骤如 下： (1) 测量回路布置 将接地电阻短距测量装置连接变电站站用220V工频电源，进行装置接线。进行测量引 线布置：电流极距接地网2D-2.5D;电压极的距电流极距离3-20m，默认布置距离为(4m、5m、 6111、8 111、1〇111、12111、14111、18 111)。布置测量电压引线和电流引线，电流引线连接标准辅助回流极， 并验证导通性完好。电压引线一端连接辅助电流极，接入电压传感器的公共电压端，其他8 根电压极引线分别接引在电压输入端的8个端子，同时连接一个编号的电压极。通过按键和 显示器输入各测量通道的距离参数和标准电流引线电缆的电阻。 (2) 初始化 第（1)步完成后，打开测量仪的电源开关，验证导通性。设定输入输出电流的频率范围 和幅值。在可选频率范围40-60HZ，选择对称的频谱f!、f 2。电流幅值I默认6A，可在4-10A范围 选择。 通过程序默认操作流程如下： ① 主机向电源传输指令，电源输出设定的电流，频率fi，幅值I; ② 主机向移动式电压测量模块传输指令，移动式电压测量模块开始测量，测量完成后 向主机发送完成指令； ③ 主机向电源传输指令，电源输出设定的电流，频率f2，幅值I; ④ 主机向移动式电压测量模块传输指令，移动式电压测量模块开始测量，测量完成后 向主机发送完成指令； ⑤ 主机收到测量完成信号后，向电源传输指令，停止输出，电源接地。 ⑥ 主机接收移动式电压测量模块信号，计算接地电阻，显示测量结果。 (3) 数据采集 第(2)步完成后，开始测量。电源输出设定的电流，频率fi，幅值I。主机采集电流信号I和 输出电压的测量信号U。移动式电压测量模块对8路电压信号进行同步采样，测量电压信号 在通过调理电路和ADC，进行高采样频率数据采集，默认采样率1000，采样长度4096。同时对 移动式测量模块发出测量指令，开始采集8个电压极的测量数据，默认采样率1000,采样长 度4096。测量完成后，对数据进行数字滤波，采用傅立叶分析程序计算该频率下的电压，将 结果存储于存储模块，向主机传送完成信号。主机接收测量信号，控制电源中止输出，改为 输出频率5，幅值I。重复上述过程。频率f 2测量完成后，主机控制电源停止输出。 (4) 测量数据计算和存储 第(3)步完成后，移动式电压测量模块对测量数据进行计算，求得电压均值。将电压极 1-8的测量电压均值传输到主机中。数据形式为电压以距回流极距离X、归一化电压值y的数 据对(x，y)。移动式电压测量模块存储测量电压信号波形、数据保存到存储模块。 (5) 数据分析、计算 第(4)步完成后，主机中央处理模块调用存储的测量数据，计算接地电阻。调用数据对 (x，y)。调用接地电阻数据拟合计算程序，计算得到接地网的接地电阻测量值。将数据输出 到数据输出显示模块和数据存储模块。 (6) 结果显示 第(5)步完成后，数字显示模块通过测量仪的液晶显示屏，显示接地网接地电阻的测量 结果。数据存储模块存储接地电阻的测量数据，供以后随时调用及显示。可采用USB接口拷 贝测量报告。
【文档编号】G01R27/20GK105954594SQ201610435415
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】袁涛, 司马文霞, 杨鸣, 白洋, 罗东辉, 鲜呈晨
【申请人】重庆大学