接地網電阻在線監測系統的製作方法

2024-03-04 17:55:15

本發明涉及電力系統技術領域，尤其是接地網電阻的測量技術，具體涉及一種接地網電阻在線監測系統。

背景技術：

近些年來，國內多處變電站因雷擊形成擴大事故，多數與地網接地電阻不合格有關，接地網起著工作接地和保護接地的作用，當接地電阻過大則：發生接地故障時，使中性點電壓偏移增大，可能使健全相和中性點電壓過高，超過絕緣要求的水平而造成設備損壞。

在雷擊或雷電波襲擊時，由於電流很大，會產生很高的殘壓，使附近的設備遭受到反擊的威脅，並降低接地網本身保護設備(架空輸電線路及變電站電氣設備）帶電導體的耐雷水平，達不到設計的要求而損壞設備。同時，接地系統的接地電阻是否合格直接關係到變電站運行人員、變電檢修人員人身安全；但由於土壤對接地裝置具有腐蝕作用，隨著運行時間的加長，接地裝置已有腐蝕，影響變電站的安全運行。

因此，必須大力加強對地網接地電阻的定期監測；運行中變電站地網接地電阻的測量，由於受系統流入地網電流的幹擾以及試驗引線線間的幹擾，使測試結果產生較大的誤差。特別是大型接地網接地電阻很小（一般在0.5ω以下），即使細微的幹擾也會對測試結果產生很大的影響；如果對地網接地電阻測試不準確，不僅損壞設備，而且會造成諸如地網誤改造等不必要的損失，所以對接地網接地阻抗測試及其測試數據對於整個變電站有著不可忽視的意義。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種能夠適時監測接地裝置特性參數，通過實時監控接地裝置的接地電阻指標變化趨勢，使相關部門能及時掌握地網安全性能並制定相應的應對措施，有效預防人身及設備安全事故發生的接地網電阻在線監測系統。

為了解決背景技術所存在的問題，本發明是採用以下技術方案：一種接地網電阻在線監測系統，它包含異頻功率單元、數據採集單元、濾波分析單元、數據處理單元、系統控制單元、通訊單元和外部系統，異頻功率單元與被測電力設備連接，被測電力設備與數據採集單元連接，數據採集單元與濾波分析單元連接，濾波分析單元與數據處理單元連接，系統控制單元分別與異頻功率單元、數據採集單元、濾波分析單元和數據處理單元連接，系統控制單元通過通訊單元與外部系統連接。

作為本發明的進一步改進；所述的數據採集單元為多通道數據採集單元。

作為本發明的進一步改進；所述的系統控制單元為採用嵌入式處理器控制系統。

作為本發明的進一步改進；所述的異頻功率單元採用高功率igbt模塊設計。

作為本發明的進一步改進；所述的異頻功率單元、數據採集單元、濾波分析單元、數據處理單元、系統控制單元、通訊單元和外部系統均集成在一個19英寸標準機櫃內，櫃體安裝在變電站集控室內，其電流極與電壓極布置在變電站周圍或站內比較空曠的區域。

作為本發明的進一步改進；所述的電流極與被測地網之間的距離為10m至20m之間。

作為本發明的進一步改進；所述的系統控制單元的架構包含用戶交互層、業務外觀層、業務邏輯層、數據訪問層和資料庫，用戶交互層與業務外觀層相互連接，業務外觀層分別與數據訪問層和業務邏輯層相互連接，業務邏輯層與數據訪問層相互連接，數據訪問層和資料庫相互連接。

採用上述技術方案後，本發明具有以下有益效果：

適用於各類電力設施接地網的接地電阻在線監測分析與故障診斷，廣泛應用於各類變電站、火電廠、水電站、換流站以及各類大中型工礦企業等。能夠適時監測接地裝置特性參數，該系統通過實時監控接地裝置的接地電阻指標變化趨勢，使相關部門能及時掌握地網安全性能並制定相應的應對措施，有效預防人身及設備安全事故的發生。系統通過就地模塊連續採集地網實時監測數據，經後臺處理後進行智能判斷，實現對地網安全性能的實時控制，在數據採集、傳輸、處理以及輸出過程全部採用數位化模式，各分系統間以iec61850通信規範基礎進行構建，符合數位化變電站的網絡化二次設備分層結構，方便後期植入數位化變電站的擴展工作。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明所提供的實施例的結構框圖；

圖2為本發明所提供的實施例的原理圖；

圖3為本發明所提供的實施例的系統架構圖；

附圖標記：

1—異頻功率單元；2—被測電力設備；3—數據採集單元；4—濾波分析單元；5—數據處理單元；6—系統控制單元；7—通訊單元；8—外部系統；9—用戶交互層；10—業務外觀層；11—業務邏輯層；12—數據訪問層；13—資料庫。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及具體實施方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

請參閱圖1，本具體實施方式採用以下技術方案：一種接地網電阻在線監測系統，它包含異頻功率單元1、被測電力設備2、數據採集單元3、濾波分析單元4、數據處理單元5、系統控制單元6、通訊單元7和外部系統8，異頻功率單元1與被測電力設備2連接，被測電力設備2與數據採集單元3連接，數據採集單元3與濾波分析單元4連接，濾波分析單元4與數據處理單元5連接，系統控制單元6分別與異頻功率單元1、數據採集單元3、濾波分析單元4和數據處理單元5連接，系統控制單元6通過通訊單元7與外部系統8連接。所述的異頻功率單元1、數據採集單元3、濾波分析單元4、數據處理單元5、系統控制單元6、通訊單元7和外部系統8均集成在一個2200*800*600mm的19英寸標準機櫃內，櫃體安裝在變電站集控室內，其電流極與電壓極布置在變電站周圍或站內比較空曠的區域，所述的電流極與被測地網之間的距離為10m至20m之間。

所述的數據採集單元3為多通道數據採集單元。

所述的系統控制單元6為採用嵌入式處理器控制系統。

所述的異頻功率單元1採用高功率igbt模塊設計。

本發明的原理為：

接地電阻監測系統所有部件均集成在一個2200*800*600mm的19英寸標準機櫃內，櫃體安裝在變電站集控室內，其電流極與電壓極布置在變電站周圍或站內比較空曠的區域，系統採用當前最先進的數字選頻測量（電子對抗）技術，具有超強的抗幹擾能力，徹底消除了由工頻感應、零序電流、諧波和雜散信號的幹擾給測量帶來的誤差；系統採用純正弦波大功率信號源做為測試電源，多頻點採集數據，克服了雙點異頻插值法的局限性；該系統功能強大、性能優越、使用方便。

請參閱圖2，接地電阻監測系統工作時，採用大功率異頻設備在被測地網與電流極間激起迴路電流，使用多路電壓採集器（數據採集單元3）同步採集各被測電力設備2與電壓極之間的電壓波形，通過濾波分析單元4計算各設備與零電位之間的異頻電壓差，從而計算各設備的接地電阻。

該系統輸出頻率為45hz～55hz，採用軍用電子對抗數位化分析濾波技術，抗幹擾能力極強，選頻特性尖銳，通過高精度選頻+自動換擋技術，根據接地電阻的變化全自動切換量程，保證了在高低量程範圍的測量精度。如圖2所示：變頻信號源輸出頻率為f的穩定的功率信號，f與電網工頻f0偏移量為△f。大功率信號進入變壓器，耦合將設備與設備隔離，匹配迴路阻抗，輸出較大的信號。原理上通過測量流經地網的電流i，以及在地網上產生壓降u，則接地阻抗為z=u/i。即測量變頻電壓信號、電流信號得到相應的參數。

該系統採用短距測量技術，電流極與被測地網之間的距離較短（10m至20m之間），電壓極位置需要通過定標方式確定，即必須通過常規方法測出地網的實際阻值之後，通過試探法找到電流極與被測地網之間的零電位點並將電壓極敷設在該處，對於由被測地網、電流極、大地組成的線性電路而言，在電流極位置固定的情況下，該零電位位置並不會隨測試電流的改變而改變，因此能保證所測阻值即為被測地網的接地阻抗值，從而實現在線監測功能。

請參閱圖3，本發明中的系統控制單元6的架構包含用戶交互層9、業務外觀層10、業務邏輯層11、數據訪問層12和資料庫13，用戶交互層9與業務外觀層10相互連接，業務外觀層10分別與數據訪問層12和業務邏輯層11相互連接，業務邏輯層11與數據訪問層12相互連接，數據訪問層12和資料庫13相互連接。

用戶交互層9調用業務外觀層10接口為最終操作用戶提供良好的交互界面，用作實現的一部分；業務外觀層10很好地把對象搭配起來，通過業務邏輯層11和數據訪問層12提供的服務，為用戶交互層9提供一致的功能調用接口；資料庫13選用性價比優良的sqlserver2005，具備如下特點：真正的客戶機/伺服器體系結構，圖形化用戶界面，使系統管理和資料庫管理更加直觀、簡單，豐富的編程接口工具，為用戶進行程序設計提供了更大的選擇餘地，sqlserver與windowsserver2003完全集成，利用了windows的許多功能，如發送和接受消息，管理登錄安全性等。很好地滿足了接地電阻在線狀態監測的需要，實現了數據分析、數據顯示、實時監測、報表、參數設置等功能。

本發明具有以下特點：

多線程、在線監測各被測設備的接地電阻變化趨勢；獨有短距測量技術，大大降低接地電阻測試難度；功率單元採用高功率igbt模塊設計，降低電路複雜度，提升產品穩定度，減少電力損耗；採用異頻測量技術，抗幹擾性能強，提高系統測量精度；成熟可靠的通信方式，採用標準網絡協議，支持遠程數據傳輸；數據採集可靠性高，增益量程自校準功能；環境適應能力強，成功應用於高寒、高溫、高溼度、地區；抗幹擾性能高，電磁兼容性能滿足gb/t17626與iec61000標準；開放的資料庫，可接入電力系統區域網。

此外，系統採用了模塊化設計，高性能嵌入式處理器的應用使接地電阻線監測系統更加穩定可靠，並具有下列特點：更快的分析周期，完成一次自動測量僅需10秒，監測周期可根據用戶要求任意設置，推薦為12小時；多通道採樣設計，標配為16通道（可擴展至64通道），實現多點監測，輪詢監測或同步監測模式可選擇；採用恆流輸出設計，系統自動根據土壤電阻率變化調節輸出電壓，保障足夠測試電流的同時兼顧系統安全性；高性能、高精度數據採集分析，24位解析度，高效頻譜分析軟體設計，測試精度≤1mω；採用嵌入式處理器控制系統，將功率輸出、數據採集、頻譜分析、選頻濾波、電阻計算、數據報警、設備狀態監控等多功能集於一體，不會出現數據丟失等情況，大大提高了系統的可靠性和穩定性；各分系統間以iec61850通信規範基礎進行構建，符合數位化變電站的網絡化二次設備分層結構，方便後期植入數位化變電站的擴展工作；支持tcp/ip網絡協議，提供同類監測設備組網功能，可實現某一區域的集中遠程診斷；可擴展性高，可便捷的與其它監測裝置集成；系統結構緊湊，安裝維護簡便，操作人性化。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。