接地電阻測量中引線互感消除的方法及系統的製作方法
2023-04-22 17:50:46
接地電阻測量中引線互感消除的方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種接地電阻測量中引線互感消除的方法及系統，通過同步測量測量電壓和電流波形，分析電壓與電流之間的幅值比和相角差，即得到給定頻率下接地阻抗及其阻抗角，測量中電壓極和電流極引線之間的互感通過計算得出，在此基礎上從接地阻抗中減去由互感產生的部分即可得到接地阻抗的真實值。該測試方法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。採用本發明提供的接地電阻測量中引線互感的消除方法測試放線工作量小、電壓引線和電流引線可以並行鋪設。測試數據的採集及分析由可攜式系統自動控制完成，無需人工幹預，具有操作簡單的特點。通過可攜式系統直接現場分析，可視化好，可即時給出工頻接地電阻。
【專利說明】接地電阻測量中引線互感消除的方法及系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高電壓【技術領域】，具體而言，涉及一種接地電阻測量中引線互感的消 除方法及系統，用於測量變電站、發電廠的工頻接地電阻，特別是電流電壓引線距離較近、 引線之間互感對測試結果影響強烈的情況。
【背景技術】
[0002] 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最主要手段，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。
[0003] 隨著超特高壓變電站的大量建設，變電站的佔地面積越來越大，對角線長度可達 數百米。按照標準規定的接地電阻測量方法，電流極引線的長度要達到變電站對角線長度 的5倍以上，這樣，測量的電壓極和電流極引線均比較長，甚至達數公裡。另外，由於地形限 制，經常電壓極引線和電流極引線距離很近。此時，兩引線之間的互感非常強，電流極引線 上傳輸的交流測量用電流會在電壓引線上感應出很高的電壓，影響最終的測試結果。
[0004] 目前，本領域技術人員採用夾角法來減少電壓極和電流極引線之間互感的影響， 電壓極引線與電流極引線之間的夾角為90度甚至更大，但此時的電壓參考點不是有效參 考點，測量結果需要修正，又會引入其他新的誤差。因此最有效、準確的方法是能夠準確估 計電壓極引線和電流極引線之間互感的大小，將其從測量結果中減掉。工頻接地電阻測試 或多或少存在電壓極和電流極引線之間互感影響的問題，需要進一步改進。
【發明內容】
[0005] 針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種接地電阻測量中引線互感消除 的方法及系統，能夠準確有效地得出電壓極引線與電流極引線之間的互感的大小，從測量 的結果中減掉，即可得到接地阻抗的真實值。
[0006] 為實現上述目的，本發明提供一種接地電阻測量中引線互感消除的方法，包括如 下步驟：
[0007] Sl :測量得出並行的電壓極引線和電流極引線的長度及電壓極引線和電流極引線 之間的距離；
[0008] S2 :未施加電流情況下，通過電壓信號採集模塊測試電壓極引線的背景幹擾強度， 並通過背景頻譜分析裝置進行頻譜分析，挑選特定頻率範圍內若干個頻率點；
[0009] S3 :頻率可調電源在前述若干個頻率點分別輸出電流測試信號；
[0010] S4:在每個頻率點下同步測量電壓極電壓和電源輸出電流測試信號的時域波形並 在背景頻譜分析裝置中進行頻譜分析，得出與電源輸出頻率一致的電壓與電流幅值以及電 壓與電流之間的相角差；
[0011] S5 :分別將S4中若干個頻率點下測得的電壓除以對應的電流幅值，結合S4中分析 得到的相應相角差，得到若干個頻率點下接地阻抗的幅值和相角；
[0012] S6 :由S4中測得的接地阻抗幅值和相角計算得出S5中相應若干個頻率點下電壓 極引線和電流極引線之間的互感抗，並將所得互感抗值從S5中相應的接地阻抗視在結果 中減掉，得到若干個頻率點下引線互感消除後的接地網的真實接地阻抗；
[0013] S7 :由S6中若干個頻率點下真實接地阻抗計算得出工頻下的接地阻抗，其幅值即 為工頻接地電阻。
[0014] 上述方案中優選的是，S3中所選的頻率點的個數為5個，頻率選擇範圍為30Hz? 150Hz。
[0015] 上述任一方案中優選的是，S5中各測試頻點視在接地阻抗幅值由各個測試頻點下 的電壓幅值除以電流幅值得出。
[0016] 上述任一方案中優選的是，S7中接地電阻由各個頻率下的接地阻抗幅值通過插值 算法得出。
[0017] 本發明的另一目的在於，提供一種接地電阻測量中引線互感消除的系統，包括：背 景頻譜分析模塊、最小幹擾頻率分析與選擇模塊、變頻交流電源輸出頻率與輸出電壓控制 模塊、電壓與電流波形同步讀入和頻譜分析模塊、視在接地阻抗計算模塊、引線互感的計算 模塊、接地電阻計算模塊、工頻接地電阻計算模塊，其中，
[0018] 背景頻譜分析模塊，用於分析測得的背景電壓、電流信號的頻譜；
[0019] 最小幹擾頻率分析與選擇模塊，用於從測得的背景信號的頻譜分析結果中在一定 頻率範圍內選擇幹擾信號幅值最小的若干個頻率；
[0020] 變頻交流電源輸出頻率與輸出電壓控制模塊，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；
[0021] 電壓、電流波形同步讀入和頻譜分析模塊，用於計算得出各測試頻點下的電壓幅 值和電流幅值以及電壓與電流之間的相角差；
[0022] 視在接地阻抗計算模塊，用於接收各測試頻點的電壓幅值及電流幅值並計算得出 接地阻抗幅值和阻抗角；
[0023] 引線互感的計算模塊，用於計算並得出電流極引線和電壓極引線之間的互感抗；
[0024] 接地阻抗計算模塊，用於計算得出若干個頻率點下接地網的真實接地阻抗；
[0025] 工頻接地電阻計算模塊，用於計算得出各頻率下的工頻接地電阻。
[0026] 上述方案中優選的是，最小幹擾頻率分析與選擇模塊在測得的背景信號的頻譜分 析結果中於30Hz?150Hz範圍內選擇幹擾信號幅值小的5個頻率。
[0027] 上述任一方案中優選的是，變頻交流電源輸出頻率與輸出電壓控制模塊通過USB 口連接來控制變頻交流電源輸出的頻率、輸出的電壓和輸出的順序。
[0028] 本發明的有益效果為：採用本發明提供的接地電阻測量中引線互感的消除的系統 及方法測試，放線工作量小、電壓引線和電流引線可以並行鋪設。測試數據的採集及分析由 可攜式系統自動控制完成，無需人工幹預，具有操作簡單測量數據準確、有效的特點。通過 可攜式系統直接現場分析，可視化好，可即時給出工頻接地電阻。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029] 圖1為按照本發明提供的接地電阻測量中引線互感消除的方法及系統優選實施 例在30Hz?150Hz範圍內的電流幅值曲線圖；
[0030] 圖2為按照本發明提供的接地電阻測量中引線互感消除的方法及系統圖1所示實 施例在30Hz?150Hz範圍內的阻抗角曲線圖；
[0031] 圖3為按照本發明提供的接地電阻測量中引線互感消除的方法及系統圖1所示實 施例在30Hz?150Hz範圍內5個頻率點上頻率與引線感抗對應表；
[0032] 圖4為按照本發明提供的接地電阻測量中引線互感消除的方法及系統圖1所示實 施例在30Hz?150Hz範圍內5個頻率點上頻率與接地阻抗對應表。
【具體實施方式】
[0033] 為了更好地理解按照本發明方案的一種接地電阻測量中引線互感消除的系統及 方法，下面對本發明的接地電阻測量中引線互感消除的系統及方法的一優選實施例作進一 步闡述說明。
[0034] 進行接地阻抗測量時，電壓信號主要包含以下幾個部分：& =#+ +屮。 其中￡/為頻率可調電源的電壓信號總和，《為測量角頻率，Z為待測接地系統的接地阻抗， M為電壓與電流引線間的互感，ui為其它幹擾分量。由於存在幹擾分量，所以不能簡單地將 電壓與電流相除就得到接地電阻，而是應當先對電壓信號進行處理，去掉電壓與電流引線 間的互感和其它幹擾分量。如果採用變頻與頻譜分析技術，將測試頻率以外的幹擾信號Ui 大大抑制，相對於測試頻率的能量已經非常小，因此在接地電阻的測試中對於從採樣電路 得到的電壓信號的處理就主要為引線互感電壓部分的分離。
[0035] 實際使用過程中，大地上的兩個平行導體C和P，C代表電流極引線，P代表電壓極 引線，設其平行於X軸，垂直於Y軸，X軸與Y軸互相垂直，相交於原點，末端坐標就分別為 C和P，距離大地的高度分別為he和hp，其間相互水平距離為Yp，採用測量工具測量出電流 極引線和電壓極引線的長度分別為C和P，距離大地的高度分別為he和hp，電流極引線與 電壓極引線之間的水平距離為Yp。
[0036] 在完成電壓極引線和電流極引線長度以及電壓極引線和電流極引線之間距離的 測量之後，在未施加電流的情況下，通過電壓信號採集模塊測試電壓極引線和電流極引線 的背景幹擾強度，並通過背景頻譜分析裝置進行頻譜分析。最小幹擾頻率分析與選擇模塊 從測得的背景信號的頻譜分析結果中在一定頻率範圍內選擇幹擾信號幅值最小的若干個 頻率，此處頻率範圍選擇為30Hz?150Hz，所選的頻率點的個數為5個。
[0037] 未施加電流的情況下所選擇了 30Hz?150Hz內的5個頻率點，在每個頻率點下同 步測量電壓及電壓和電源輸出電流測試信號的時域波形並進行頻譜分析，在電壓、電流波 形同步讀入和頻譜分析模塊中計算得出與電源輸出頻率一致的電壓與電流幅值以及電壓 與電流之間的相角差。
[0038] 交流電瞬時值的表達式中，正弦（或餘弦）符號後面相當於角度的量，叫做交 流電的相角，又叫相位、位相或周相。例如，正弦交流電動勢瞬時值e的表達式為：e = ￡1118；[110七+￥0)，其中0七+￥0)即為正弦交流電動勢的相角。當七=0時，相角等於￥0， 稱為初相角，簡稱初相。兩個頻率相同的正弦量的初相角之差，稱為相角差或相差。相角差 等於零的兩個正弦量，稱為同相；相角差為180°的兩個正弦量稱為反相；相角差為90°的 兩個正弦量稱為正交。
[0039] 通過若干個頻率點下測得的電壓除以對應的電流幅值結合電壓與電流之間的相 角差得出接地阻抗的幅值和相角，根據測得的電流幅值和相角通過引線互感的計算模塊計 算得出電壓極引線和電流極引線之間的互阻抗為：
【權利要求】
1. 一種接地電阻測量中引線互感消除的方法，其特徵在於，包括如下步驟： 51 :測量得出並行的電壓極引線和電流極引線的長度及電壓極引線和電流極引線之間 的距離； 52 :未施加電流情況下，測試電壓極引線的背景幹擾強度，並進行頻譜分析，挑選特定 頻率範圍內若干個頻率點； 53 :頻率可調電源在前述若干個頻率點分別輸出電流測試信號； S4:在每個頻率點下同步測量電壓極電壓和電源輸出電流測試信號的時域波形並進行 頻譜分析，得出與電源輸出頻率一致的電壓與電流幅值以及電壓與電流之間的相角差； 55 :在S4中若干個頻率點下測得的電壓除以對應的電流幅值，結合S4中分析得到的相 應相角差，得到若干個頻率點下接地阻抗的視在結果，包括幅值和相角； 56 :由S4中測得的接地阻抗幅值和相角計算得出S5中相應若干個頻率點下電壓極引 線和電流極引線之間的互感抗，並將所得互感抗值從S5中相應的接地阻抗視在結果中減 掉，得到若干個頻率點下引線互感消除後的接地網的真實接地阻抗； 57 :由若干個頻率點下的接地阻抗得出工頻下的接地阻抗，其幅值即為工頻接地電阻。
2. 根據權利要求4所述的接地電阻測量中引線互感的消除方法，其特徵在於，S3中所 選的頻率點的個數為5個，頻率選擇範圍為30Hz?150Hz。
3. 根據權利要求4所述的接地電阻測量中引線互感的消除方法，其特徵在於，S5中各 測試頻點視在接地阻抗幅值由各個測試頻點下的電壓幅值除以電流幅值得出。
4. 根據權利要求4所述的接地電阻測量中引線互感的消除方法，其特徵在於，S7中接 地電阻由各個頻率下的接地阻抗幅值通過插值算法得出。
5. -種接地電阻測量中引線互感消除的系統，其特徵在於，包括：背景頻譜分析模塊、 最小幹擾頻率分析與選擇模塊、變頻交流電源輸出頻率與輸出電壓控制模塊、電壓與電流 波形同步讀入和頻譜分析模塊、視在接地阻抗計算模塊、引線互感的計算模塊、接地電阻計 算模塊、工頻接地電阻計算模塊，其中， 背景頻譜分析模塊，用於分析測得的背景電壓、電流信號的頻譜； 最小幹擾頻率分析與選擇模塊，用於從測得的背景信號的頻譜分析結果中在一定頻率 範圍內選擇幹擾信號幅值最小的若干個頻率； 變頻交流電源輸出頻率與輸出電壓控制模塊，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； 電壓、電流波形同步讀入和頻譜分析模塊，用於計算得出各測試頻點下的電壓幅值和 電流幅值以及電壓與電流之間的相角差； 視在接地阻抗計算模塊，用於接收各測試頻點的電壓幅值及電流幅值並計算得出接地 阻抗幅值和阻抗角； 引線互感的計算模塊，用於計算並得出電流極引線和電壓極引線之間的互感抗； 接地阻抗計算模塊，用於計算得出若干個頻率點下接地網的真實接地阻抗； 工頻接地電阻計算模塊，用於計算得出各頻率下的工頻接地電阻。
6. 如權利要求5所述的接地電阻測量中引線互感消除的系統，其特徵在於，最小幹擾 頻率分析與選擇模塊在測得的背景信號的頻譜分析結果中於30Hz?150Hz範圍內選擇幹 擾信號幅值小的5個頻率。
7.如權利要求5所述的接地電阻測量中引線互感消除的系統，其特徵在於，變頻交流 電源輸出頻率與輸出電壓控制模塊通過USB 口連接來控制變頻交流電源輸出的頻率、輸出 的電壓和輸出的順序。
【文檔編號】G01R27/20GK104360168SQ201410752203
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月9日 優先權日:2014年12月9日
【發明者】彭剛, 張波, 謝兵平, 莊池傑, 張雲, 吳錦鵬, 唐松平, 鍾振鑫, 馬志學, 陳偉軍, 林志明 申請人:廣東電網公司惠州供電局, 清華大學, 廣東電網公司電力科學研究院, 廣州粵能電力科技開發有限公司