接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法及其測試儀的製作方法
2023-05-09 08:22:46 3
專利名稱：接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法及其測試儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及高電壓技術領域，尤其涉及一種接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法及其測試儀。
背景技術：
工頻接地電阻值是發變電站接地系統的重要技術指標，它是確認接地系統的有效性、安全性以及鑑定接地系統是否符合設計要求的重要參數。接地網工頻接地電阻的測量， 是接地網驗收和運行中檢查其合格與否的唯一手段，已成為保障電力系統安全運行的一項重要工作。目前，有關技術規程規定工頻接地電阻需要定期測試。對於工頻接地電阻的定期測試，由於變電站不能停運，測試的背景幹擾很大，尤其是工頻不平衡電流通過接地網入地，嚴重影響工頻接地電阻測試結果的準確性。為了減少接地電阻測試中的工頻幹擾影響，傳統的方法是使用工頻大電流法。這種方法通過向接地網施加正向和反向的遠大於工頻不平衡入地電流的工頻電流各一次，再通過標準公式計算，來消除工頻幹擾的影響，得到工頻接地電阻值。這種測試方法由於使用大電流造成很多問題1、設備很笨重；2、電流引線很粗，放線工作量大；3、不安全，需要派大量人員防止沿線發生觸電事故；4、正向和反向各施加一次電流，設備複雜；5、儀表讀數跳變，很難讀準。減少接地電阻測試中的工頻幹擾影響的另一種方法是使用異頻法或變頻法。這種方法不使用工頻電流作為測試電流，而是使用工頻附近但與工頻不同的頻率下的電流作為測試電流。這種測試方法最主要的好處是躲過了工頻幹擾，設備僅需輸出較小的電流就可以得到較準確的測試結果。由於輸出電流小，設備輕便、電流引線細，放線較為方便；對引線沿線的人員安全危害較小。但是，異頻法或變頻法還存在一些問題，尤其是在背景環境的騷擾頻率越來越豐富、騷擾頻帶越來越寬的情況下，如存在大功率新型無功補償裝置、電氣化鐵道附近等，不僅工頻幹擾非常強，工頻周圍的幹擾都很強。此時，如果採用異頻法或變頻法，由於其輸出電流的頻率固定不變，該頻率雖然躲過了工頻幹擾，但卻正好落在了另一個幹擾頻率下，且由於通常異頻法或變頻法輸出電流小，可能無法消除幹擾的影響，造成測量結果存在較大誤差。總之，目前工頻接地電阻測試的異頻法或變頻法及其儀器雖然較大電流法測試具有測試簡單、設備輕便、測試工作量小、較為安全的優勢，但仍然存在由於背景幹擾導致測量結果誤差較大的問題，需要進一步改進。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠有效避開各個幹擾頻率，獲取可靠測試結果的接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法及其測試儀。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法， 包括按預先規定的接地電阻測試方式布置電壓極、電流極和引線；選取幹擾信號小的頻率作為測試頻率；測量所選取測試頻率下的接地阻抗；按所測量的接地阻抗求取工頻接地電阻。進一步地，所述選取幹擾信號小的頻率作為測試頻率，包括以下子步驟電流極不施加電壓的情況下，測試電壓極引線的背景幹擾信號時域波形；分析背景信號的頻譜分布，從中選取幹擾信號小的頻率作為測試頻率。進一步地，所述測量所選取測試頻率下的接地阻抗，包括以下子步驟分別測量每個測試頻率下電壓極引線相應電壓的時域波形和電流極引線相應電流的時域波形；通過頻譜分析獲得與電源輸出頻率一致的電壓和電流的幅值和相位差；按照電壓和電流的幅值和相位差，計算相應頻率下接地阻抗的實部和虛部。進一步地，所述按所測量的接地阻抗求取工頻接地電阻，包括以下子步驟將所測量的各頻率下的接地阻抗實部和虛部進行插值處理；按照插值處理結果求取工頻接地電阻。進一步地，所述工頻為50HZ。本發明還提供一種實施所述接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法的測試儀，包括用於產生指定頻率範圍的電壓並施加到被測接地體的變頻交流電源、用於測量注入點電流的電流感應器、用於測量電流注入點電壓的分壓器、用於為變頻交流電源供電，將變頻交流電源與被測接地體所在變電站進行電氣隔離的隔離變壓器、用於採集電壓和電流時域信號的信號採集器、用於完成模擬信號向數位訊號轉換的A/D轉換器和控制變頻交流電源輸出，接收所測電壓和電流信號，確定變頻交流電源輸出頻率，計算接地阻抗並輸出測試分析結果的便攜PC。進一步地，所述可攜式PC包括以下模塊頻譜分析模塊，用於分析測得的背景電壓和電流信號的頻譜；最小幹擾頻率分析和選取模塊，用於由測得的背景信號的頻譜分析結果，選擇幹擾信號幅值最小的預設數量的頻率；變頻交流電源輸出頻率和輸出電壓控制模塊，用於控制變頻交流電源輸出的頻率、輸出的電壓和輸出的順序；接地阻抗幅值計算模塊，用於由各測試頻點下的電壓幅值除以電流幅值獲取各測試頻點下的接地阻抗幅值；工頻接地電阻計算模塊，用於由各頻率下的接地阻抗幅值求取工頻接地電阻；結果顯示模塊，用於顯示測試的電壓、電流、頻域波形和接地阻抗分析結果。綜上，本發明具備以下特點和優點1)測試結果有效避免了各種背景幹擾信號的影響，即使輸出電流很小也可以獲得準確的測量結果；2)測試所需電流小，測試設備功率小，體積小，便於攜帶；3)測試放線工作量小、安全可靠。
4)測試方法和儀器由可攜式計算機自動控制完成，無需人工幹預，具有操作簡單的特點。5)通過便攜 式計算機(PC)直接現場分析，可視化好，可即時給出工頻接地電阻。
圖1是本發明的接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法實施例的流程圖；圖2是本發明的接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試儀實施例的結構框圖；圖3是本發明的某大型接地網工頻接地電阻測試中注入電流頻率依次為33Hz、 80Hz和120Hz電壓時，電流時域和頻域的波形示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。參照圖1所示的接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法實施例一，包括以下步驟步驟101，按預先規定的接地電阻測試方式布置電壓極、電流極和引線；實際應用中，上述預先規定的接地電阻測試方式為標準規定。步驟102，選取幹擾信號小的頻率作為測試頻率；電流極不施加電壓，測試電壓極引線的背景幹擾信號時域波形，通過計算機軟體將這些背景幹擾信號進行頻譜分析，找出工頻50Hz附近幹擾信號強度最小的若干頻率點。進一步的，所述步驟102具體包括以下子步驟步驟21，電流極不施加電壓的情況下，測試電壓極引線的背景幹擾信號時域波形；步驟22，分析背景信號的頻譜分布，從中選取幹擾信號小的頻率作為測試頻率。由於背景環境的騷擾頻率越來越豐富、騷擾頻帶越來越寬，如存在大功率新型無功補償裝置、電氣化鐵道附近等，不僅工頻幹擾非常強，工頻周圍的幹擾都很強。因此測試頻率不能固定不變，而應當依照實際情況動態調整。為了準確獲得測試具體環境的背景幹擾，選出幹擾較小的測試頻率，本測試系統首先在電流極不施加電壓的前提下，測試電壓極引線的背景幹擾信號時域波形，並同步輸出到可攜式計算機，通過計算機頻譜分析軟體分析背景信號的頻譜分布，從中選擇幹擾信號小的頻率作為測試頻率。由於實際需要測得工頻接地電阻，測試頻率不希望離工頻偏離太遠，因此選擇測試頻率時只找工頻50Hz附近幹擾信號小的頻率。為了減少測試結果的偶然因素影響，測試頻率選擇多個。在本測試系統中，選擇30Hz-150Hz範圍內幹擾強度小的5個頻率點。這樣做與其他方法相比的優勢有1)測試頻率因實際背景幹擾情況動態調整，工頻和其他頻率幹擾均可避免，測試結果更準。2)由於小信號也可以測準，設備的輸出功率可以降低，體積減少，便於實測應用。3)測試頻率選擇多個，避免了偶然幹擾因素的影響。4)可以直接用於測試其他頻率下的接地電阻(比如60Hz)。步驟103，測量所選取測試頻率下的接地阻抗；分別讓電源依次輸出所選頻率下的電壓，測試電壓極引線相應電壓的時域波形和電流引線相應電流的時域波形，採用計算機軟體分別將這些時域波形進行頻譜分析，找出與電源輸出頻率一致的電壓和電流的幅值和相位差。分別將各頻率下測得的電壓除以對應的電流，得到相應頻率下的接地阻抗。進一步地，所述步驟103具體包括以下子步驟步驟31，分別測量每個測試頻率下電壓極引線相應電壓的時域波形和電流極引線相應電流的時域波形；步驟32，通過頻譜分析獲得與電源輸出頻率一致的電壓和電流的幅值和相位差；步驟33，按照電壓和電流的幅值和相位差，計算相應頻率下接地阻抗的實部和虛部。由可攜式計算機控制，分別讓電源依次輸出所選頻率下的電壓，由於背景幹擾信號的瞬時強度可能高於被測信號，為了獲得準確結果，需要測試每個施加頻率下，電壓極引線相應電壓的時域波形和電流引線相應電流的時域波形，並同步輸出到可攜式計算機，進行頻譜分析以獲得與電源輸出頻率一致的電壓和電流的幅值和相位差。通過電壓和電流的幅值和相位差，由可攜式計算機計算得到相應頻率下的接地阻抗實部和虛部。這樣做與其他方法相比的優勢有1)在背景幹擾很強的情況下獲得被測頻率信號的特徵。2)即使電源輸出電壓信號不標準，依然可以通過頻譜分析獲得實際施加的頻率。3)由於測量得了電壓、電流的時域波形，可以得到相應頻率下的接地阻抗實部和
虛部ο步驟104，按所測量的接地阻抗求取工頻接地電阻。將所測得的各頻率下的接地阻抗進行插值處理，求出工頻50Hz下的接地電阻。進一步地，所述步驟104具體包括以下子步驟步驟41，將所測量的各頻率下的接地阻抗實部和虛部進行插值處理；步驟42，按照插值處理結果求取工頻接地電阻。在可攜式計算機中將所測得的各頻率下的接地阻抗實部和虛部進行插值處理，求出工頻50Hz下的接地電阻。這樣做與其他方法相比的優勢有即使所選測試頻率與工頻 50Hz差異較大，也可以保證測試結果的可靠性。參見圖2，所述本發明的接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試儀實施例的結構框圖，該測試儀包括用於產生指定頻率範圍的電壓並施加到被測接地體的變頻交流電源 201、用於測量注入點電流的電流感應器202、用於測量電流注入點電壓的分壓器203、用於為變頻交流電源供電，將變頻交流電源與被測接地體所在變電站進行電氣隔離的隔離變壓器204、用於採集電壓和電流時域信號的信號採集器205、用於完成模擬信號向數位訊號轉換的A/D轉換器206和控制變頻交流電源輸出，接收所測電壓和電流信號，確定變頻交流電源輸出頻率，計算接地阻抗並輸出測試分析結果的便攜PC207。其中，所述變頻交流電源201所產生電壓的頻率範圍為30Hz-150Hz。所述信號採集器的採樣頻率為2000Hz以上。進一步地，所述可攜式PC207包括以下模塊頻譜分析模塊2071，用於分析測得的背景電壓和電流信號的頻譜；最小幹擾頻率分析和選取模塊2072，用於由測得的背景信號的頻譜分析結果，選擇幹擾信號幅值最小的預設數量的頻率；實際應用中，所述最小幹擾頻率分析和選取模塊2072通常會在30Hz-150Hz範圍內選擇幹擾信號幅值最小的8個頻率。變頻交流電源輸出頻率和輸出電壓控制模塊2073，用於控制變頻交流電源輸出的頻率、輸出的電壓和輸出的順序；接地阻抗幅值計算模塊2074，用於由各測試頻點下的電壓幅值除以電流幅值獲取各測試頻點下的接地阻抗幅值；工頻接地電阻計算模塊2075，用於由各頻率下的接地阻抗幅值求取工頻接地電阻；結果顯示模塊2076，用於顯示測試的電壓、電流、頻域波形和接 地阻抗分析結果。下面以某大型接地網工頻接地電阻測試為例，進一步說明本發明所述的接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法及其測試儀的有效性。某大型接地網在接地電阻測試中發現變壓器中性點入地電流較大，嚴重影響測試效果，為此使用本發明的掃頻測量裝置進行測量。經過背景的掃頻測量，發現在30Hz-150Hz範圍內，33Hz、80Hz、99Hz、120Hz、143Hz 下的背景幹擾較小，將這5個頻率作為測試頻率，測得的接地阻抗幅值如下表所示。通過插值方法得到工頻接地電阻也在表中給出。33Hz、80Hz、120Hz下的電壓、電流的時域和頻域波形如圖3所示。從圖3中可以看到，該大型接地網背景工頻幹擾很大，甚至超過了所測頻率的信號強度。但是，由於使用了本發明的掃頻測量，有效地避開了工頻幹擾，採用較小的測量信號通過頻譜分析也可以較好的獲得測量結果。各被測頻點的接地電阻非常穩定，能夠通過插值方法得到工頻接地電阻。
頻率(Hz)接地阻抗(歐)
330.2801
800.2829
990.2872
~1200.2869
~1430. 2903
工頻0.28548本發明的接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法及其測試儀廣泛用於測量變電站、發電廠的工頻接地電阻。本發明中的各個實施例均採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。對於系統實施例而言，由於其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。以上對本發明所提供的接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法及其測試儀進行了詳細介紹 ，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法，其特徵在於，包括 按預先規定的接地電阻測試方式布置電壓極、電流極和引線；選取幹擾信號小的頻率作為測試頻率； 測量所選取測試頻率下的接地阻抗； 按所測量的接地阻抗求取工頻接地電阻。
2.根據權利要求1所述的測試方法，其特徵在於，所述選取幹擾信號小的頻率作為測試頻率，包括以下子步驟電流極不施加電壓的情況下，測試電壓極引線的背景幹擾信號時域波形； 分析背景信號的頻譜分布，從中選取幹擾信號小的頻率作為測試頻率。
3.根據權利要求1所述的測試方法，其特徵在於，所述測量所選取測試頻率下的接地阻抗，包括以下子步驟分別測量每個測試頻率下電壓極引線相應電壓的時域波形和電流極引線相應電流的時域波形；通過頻譜分析獲得與電源輸出頻率一致的電壓和電流的幅值和相位差； 按照電壓和電流的幅值和相位差，計算相應頻率下接地阻抗的實部和虛部。
4.根據權利要求1所述的測試方法，其特徵在於，所述按所測量的接地阻抗求取工頻接地電阻，包括以下子步驟將所測量的各頻率下的接地阻抗實部和虛部進行插值處理； 按照插值處理結果求取工頻接地電阻。
5.根據權利要求1所述的測試方法，其特徵在於，所述工頻為50HZ。
6.實施權利要求1所述接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法的測試儀，其特徵在於，包括用於產生指定頻率範圍的電壓並施加到被測接地體的變頻交流電源、用於測量注入點電流的電流感應器、用於測量電流注入點電壓的分壓器、用於為變頻交流電源供電， 將變頻交流電源與被測接地體所在變電站進行電氣隔離的隔離變壓器、用於採集電壓和電流時域信號的信號採集器、用於完成模擬信號向數位訊號轉換的A/D轉換器和控制變頻交流電源輸出，接收所測電壓和電流信號，確定變頻交流電源輸出頻率，計算接地阻抗並輸出測試分析結果的便攜PC。
7.根據權利要求6所述的測試儀，其特徵在於，所述可攜式PC包括以下模塊 頻譜分析模塊，用於分析測得的背景電壓和電流信號的頻譜；最小幹擾頻率分析和選取模塊，用於由測得的背景信號的頻譜分析結果，選擇幹擾信號幅值最小的預設數量的頻率；變頻交流電源輸出頻率和輸出電壓控制模塊，用於控制變頻交流電源輸出的頻率、輸出的電壓和輸出的順序；接地阻抗幅值計算模塊，用於由各測試頻點下的電壓幅值除以電流幅值獲取各測試頻點下的接地阻抗幅值；工頻接地電阻計算模塊，用於由各頻率下的接地阻抗幅值求取工頻接地電阻； 結果顯示模塊，用於顯示測試的電壓、電流、頻域波形和接地阻抗分析結果。
全文摘要
本發明提供了一種接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法及其測試儀，用於解決現有測量中存在的線路鋪設不便、測量幹擾等問題，該測量方法包括按預先規定的接地電阻測試方式布置電壓極、電流極和引線，選取幹擾信號小的頻率作為測試頻率，測量所選取測試頻率下的接地阻抗，按所測量的接地阻抗求取工頻接地電阻。所採用的測試儀包括變頻交流電源、電流感應器、分壓器、隔離變壓器、信號採集器、A/D轉換器和便攜PC。本發明的接地裝置工頻接地電阻測量的掃頻測試方法及其測試儀，能夠有效避開各個幹擾頻率，獲取可靠測試結果。
文檔編號G01R27/20GK102353843SQ20111027772
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月19日 優先權日2011年9月19日
發明者何金良, 餘佔清, 吳錦鵬, 張波, 曾嶸, 楊傑, 楊達維, 胡軍, 董曉輝 申請人:清華大學, 陝西電力科學研究院