三極板結構地中衝擊電位不平衡度測量系統與方法與流程

2023-05-06 14:56:01 5

本發明涉及電氣設備接地網附近地中電位監測技術領域。

背景技術：

杆塔接地網起著快速排洩故障電流、雷電流，降低杆塔電位，保證附近設備和人身安全的作用，是電力系統可靠運行的一個重要保證，同時由於大地具有一定電阻率，電流入地點及電流流經的地方會出現一定的電勢。雷電流入地點附近的土壤或水中將會呈現一定的電位分布，若此時雷擊點地下或水中有生物或電力設備、管道等，可能會造成經濟損失、地中或水中生物的死亡。

目前對地表的電位分布及其不平衡度沒有有效的監測和計算方法，通常只能測得某一方向上的地中電流，通過地中散流情況推斷地表電位分布，操作過程複雜，精確度低，在具體實施過程中很不方便；目前還缺乏一種對地中電位分布情況以及接地網周圍的電位不平衡度缺乏監測手段。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種基於三極板結構地中衝擊電位不平衡度測量系統，該裝置能夠實現模擬得到雷擊輸電桿塔、避雷器等裝置時接地網附近地中電位的情況，且這個完整實驗系統可以適應任何天氣條件，任何地形監測裝置對放置方向無要求，布置方便。本發明的另一目的是提供一種應用上述裝置計算地中電位梯度波形和電位分布不平衡度的方法。

本發明的技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種基於三極板結構地中衝擊電位不平衡度測量系統，衝擊電流發生模塊202分別與工頻電源模塊201和上位機204構成電氣連接和信號連接；衝擊電流發生模塊202的輸出端通過銅棒電極12和接地網13構成迴路；四套三極板結構的電壓採集模塊分別通過四個高速數據採集模塊將所測地中衝擊電位輸入至上位機204；

所述四套三極板結構的電壓採集模塊0由三組方形銅極板構成，每組極板由絕緣杆04呈直角支撐，每組銅板由兩片方形銅板02由絕緣杆04支撐相對而立，每片銅板02上方焊接有絕緣導線01；

四套地中電壓採集裝置圍繞接地網13均勻分布，同時監測接地網周圍的衝擊電壓。

所述工頻電源模塊具有便攜性容量大的優點，適用條件不受地形和天氣的限制，並且為所述實驗系統中的衝擊電流發生模塊、上位機、高速數據採集模塊提供穩定持續的50hz、220v的工頻電壓。

所述高速數據採集模塊集成電阻網絡、模擬開關、運算放大電路、濾波電路和a/d模數轉換電路、電氣隔離模塊、嵌入式mcu和總線系統，具有精度高數據實時採集的優點；考慮到大部分雷電流能量聚集在頻率為幾十千赫茲雷電波以下，考慮所述高速數據採集模塊選擇採樣頻率為50msample/s，通道為3通道，每個通道接入端通過信號電纜與三極板電壓採集模塊相連。所述高速數字採集卡通過usb接口與所述上位機傳輸數據。

本發明的目的還在於為上述系統提供一種便捷的應用方法。其主要內容為：

採用上述裝置的地中衝擊電位不平衡度測量系統與方法，四套三極板結構的電壓採集模塊第i套裝置得到的電壓為：l為兩極板之間的距離；ui0,ui1,ui2為每套裝置上三個電極板監測得到的電壓數據；

其接地網周圍的電壓不平衡度為：

其中

以上公式均在上位機完成；所述上位機與所述高速數據卡保持數據通信，接收到的信號存儲在上位機存儲器中，由上位機中的labview軟體進行數據的存儲、提取、數據編程計算和繪圖顯示。

所述上位機由所述工頻電源模塊進行供電；由於此實驗系統可用於戶外測試，上位機具有較強穩定性，伺服器外殼由金屬覆蓋，進行電磁屏蔽；

所述三極板結構的電壓採集模塊由三組方形銅極板構成，兩組銅板被一對相互垂直的絕緣杆支撐固定，每組銅板由兩片方形銅板由絕緣杆支撐相對而立，每片銅板上方焊接有絕緣導線；三極板電壓採集模塊放置在地中以扁銅地線11圍繞的圓形區域內，裝置放置在地中，放置角度任意。

附圖說明

附圖1為本發明一種利用三極板測試地中電壓分布系統實驗系統電路圖；

附圖2為本發明中高速數據採集模塊；

附圖3為本發明中三極板結構的電壓採集模塊0的結構示意圖；

附圖4為本發明中電位採集裝置排布圖；

附圖標記說明：

201、工頻電源模塊，202，衝擊電流發生模塊，12、銅棒電極，13、接地網，11、扁銅地線，203、信號電纜，204、上位機，200、高速數據採集模塊，0、三極板結構採集模塊，10、絕緣架空線，01、絕緣導線，02、銅板，03、m3銅質墊片，04、直角端部帶螺紋環氧樹脂支架，05、十一字盤頭螺絲，06、隔離柱；

具體實施方式

為了使使用本裝置的人員能夠更好的理解本發明，下面結合附圖對本發明進行詳細的說明。

請參考圖1、圖2、圖3和圖4，圖1為本發明一種基於三極板結構的地中衝擊電位分布測量系統結構圖；圖2為本發明中高速數據採集模塊；圖3為三極板結構的電壓採集裝置結構示意圖；圖4為電壓採集模塊分布圖。

在具體實施中，工頻電源模塊201內部包含蓄電池、逆變器、濾波器，使用工頻電源模塊201之前需要接入220v、50hz市電對其進行充電；蓄電池輸出為直流電，經過逆變器轉化為含雜波的交流電，在通過濾波電路最終工頻電源模塊輸出頻率50hz、幅值220v交流電為衝擊電流發生模塊202、高速數據採集卡200、上位機204進行持續穩定的供電，維持整個系統正常運行。

所述工頻電源模塊通過絕緣導線與衝擊電流發生模塊202連接，衝擊電流發生模塊202可產生8/20us雷電流幅值在0—5000a區間內可調，衝擊電流發生模塊202幅值與觸發時間由上位機204控制端調節，上位機204與衝擊電流發生模塊202通過信號電纜203進行連接；衝擊電流發生裝置202電流輸出端通過材質為交聯聚乙烯的絕緣架空線10與接地網13連接，衝擊電流發生裝置202回流端通過交聯聚乙烯的絕緣架空線10與扁銅線11和銅棒電極12連接；交聯聚乙烯的絕緣架空線10規格為jkgyj，1芯，載流量400a，電纜外徑為25.7mm，規格185/30，工作溫度為-35--+80攝氏度，具有載流能力強，適應能力強的等優點；銅棒電極12和扁銅線11埋入地下，扁銅線11圍繞接地極13分布，接地極在扁銅線所圍圓形區域的圓心位置；衝擊電流發生裝置202、交聯聚乙烯的絕緣架空線10、接地網13、大地、銅棒接地極12和扁銅線11相連構成迴路。

高速數據採集卡200包括高速數據採集裝置包括電阻網絡、模擬開關、運算放大電路、濾波電路和a/d模數轉換電路、電氣隔離模塊、嵌入式mcu、總線系統和高速通信接口，上述電路輸入輸出接口依次連接；所述每套三極板電壓採集裝置採集電壓信號通過有電磁屏蔽功能的同軸電纜205與對應的高速數據採集裝置連接，為了滿足電信號的高精度採集和過濾雜波，將信號經過濾波電路進行放大濾波處理，通過a/d轉換電路將濾波後的模擬信號轉化為可以存儲的各路數位訊號ui0,ui1,ui2，(i＝1,2,3,4)；所述高速數字採集卡通過usb接口與所述上位機連接並傳輸數據，將各路數位訊號傳輸到上位機存儲器中；所述上位機204包括伺服器和軟體labview，伺服器為工業級筆記本電腦，整體機身由金屬外殼包裹，放置電磁屏蔽幹擾，提高伺服器硬體穩定性；由上位機204中的labview軟體進行數據提取、數據編程計算和繪圖顯示，配合所述三極板電壓採集裝置，此算法由labview編程實現；

具體的，請參考圖3，圖3為本發明一種具體實施方式中三極板結構電壓採集裝置0，包括bvr14mm2規格電纜01、5cm*5cm*0.2cm規格銅板02，m3銅質墊片03，直角端部帶螺紋環氧樹脂支架04，規格m3*8的十一字盤頭螺絲05，規格m3*50雙通尼龍柱六角內螺紋隔離柱06；6片銅板分成3組，每組兩片，兩銅片02之間需要保持一定絕緣空隙，使用絕緣固定件進行固定；兩銅片02通過兩個平行的規格m3*50雙通尼龍柱六角內螺紋隔離柱06絕緣隔離，端部由m3*8的十一字盤頭螺絲05擰入隔離柱06，使之形成相距50mm的相互平行的一組受流板，上端規格m3*8的十一字盤頭螺絲05下面墊由m3銅片，m3銅片與bvr14mm2規格電纜01相連；另4片銅板02使用同樣的固定方式做成2組受流板；2組受流板通過兩兩正交的端部帶螺紋的兩根長8cm環氧樹脂支架04連接，形成一個牢固整體。

具體的，請參考附圖4電位採集裝置排布圖，扁銅線11與呈圓形布置，埋入土壤中，圓心處是接地網13，扁銅線與銅棒電極12焊接固定，銅棒接地極12呈對稱分布，接地網13放置與扁銅線圍成圓的圓心，四套電壓監測裝置0根據圓心對稱分布，電壓監測裝置0距離接地網13距離為l，l跟實驗要求可自行調整。