基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統的製作方法
2024-03-29 19:39:05 1
專利名稱：基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力行業中分流向量的測量設備，具體是指大型接地網接地阻抗的測量方法基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統。
背景技術：
發電廠、變電站接地網除了為各種電氣設備提供公共參考地，更重要地，在系統發生接地故障或遭受雷擊時起到快速有效地洩放故障電流，改善接地網和場區地表地電位分布，保障一、二次設備和人員安全的作用，是維護電力系統安全可靠運行、保障人員和設備安全的重要措施。
接地阻抗是表徵地網性能的重要參數。接地阻抗的定義為，對地網注入測試電流Im，然後用電壓表測得地網相應的電位抬升U，接地阻抗Z=U/Im。可見，接地網的所有測試結果均建立在注入地網的測試電流Im這個基礎數據上。準確得到注入當前地網的真實電流值非常重要，直接影響測試結果。
電廠和變電站投運後，架空地線和交聯電纜屏蔽層的接入，不可避免地改變了原接地網的拓撲結構，對測試電流產生了較大的分流作用。即儀器輸出的測試電流並未全部注入當前地網，而是通過架空地線分流到了遠方。如何準確排除變電站架空地線和電纜的分流影響，測得變電站地網的真實接地阻抗，成為長期以來困擾工程技術人員的難題和挑戰。
接地網接地阻抗測量時，在接地網的導體上注入一個工頻電流或異頻電流，電流將在接地網與電流極之間形成迴路，得到接地網周圍大地表面的一個電位分布，如果接地網是獨立的，即接地網與其它金屬性接地體無電氣連接，則測試電流全部通過待測接地網散流到大地中，此時測量結果反映了接地網的真實接地阻抗。而如果接地網與其它金屬接地體存在電氣連接，部分測試電流將通過其它金屬接地體流出，即其它接地體對測試電流進行分流，對散流做出了貢獻，從接地網流過的測試電流減少，導致接地阻抗測量結果偏小。
變電站地網面積較大，地下接地體成網格狀埋設布置，地面上的金屬構架與外界架空地線相連，同時眾多金屬構架相互之間通過架構相連，地網，金屬構架，架空地線，電纜外護套共同構成了一個電阻電感網絡，注入地網的交流測試電流在各基金屬構架上的分流並非完全的反向，而是存在一定的相位差。對於一些大型的變電站，金屬構架架構之間還存在著環流。
由於測試時對地網注入的是一個交流電流，其電流方向以每秒50個左右的正弦波周期在實時變化。要測出金屬構架分流的向量，首先要能實時比較出金屬構架分流相對於測試電流的相位差。以往變電站地網測量時，由於技術水平和測試設備的限制，很多情況下要麼完全不測地線分流，要麼只測金屬構架分流的模值大小，而不測其相位。不測分流，則未考慮架空地線散流的影響 ，最終測試電流的計算值偏大；測分流大小(模值)而不測相位差，則只能將所有的分流都當做向地網以外散流，且其方向與注入地網的測試電流完全反相來計算，則最終測試電流的計算值偏小；有時各金屬構架所測得的分流模值相加甚至已經超過了注入的測試電流，無法得到符合邏輯的測試結果。只有準確測量出各處分流的向量，然後將測試電流與各分流求向量和，才能得到注入地網的準確電流。發明內容
本發明的目的是提供一種基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統，該測量系統能夠現場測量出大型接地網接金屬構架的分流向量，提高了金屬構架分流向量測量的準確性，避免了重大系統性誤差，實現對接地網狀態的準確評價。
本發明的這一目的通過如下技術方案來實現的:基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統，其特徵在於:該測量系統包括變頻信號源、耦合變壓器、選頻電流表、選頻電壓表、電流互感器、無線通訊儀、無線發射天線、羅氏線圈、無線接收天線和選頻萬用表，所述變頻信號源與耦合變壓器的輸入端相連，耦合變壓器的輸出端分兩路輸出，一路通過導線連接到遠方電流極，一路通過導線依次串聯所述選頻電流表、電流互感器後與被測大型地網的接地引下線相連接，向被測大型地網注入測試電流，所述選頻電壓表的輸入端與被測大型地網的接地引下線連接，輸出端連接遠方電壓極；所述電流互感器能夠獲得測試電流的信息，所述電流互感器的輸出接無線通訊儀，無線通訊儀外接無線發射天線，無線發射天線電流互感器獲取的測試電流的信息無線發射出去；所述的選頻萬用表上的一個埠接無線接收天線，用於接收無線發射天線發送來的測試電流的相位信息，另一個埠接羅氏線圈，所述羅氏線圈圈住該大型地網區域內的某一金屬構架，獲取某一金屬構架的分流電流信息，所述選頻萬用表將從無線接收天線獲得的測試電流信息與從羅氏線圈獲得的分流電流信息進行比較，獲得大型地網中某一金屬構架的分流向量，通過將獲得的所有金屬構架的分流向量進行相加求向量和，得到該大型地網金屬構架的分流向量值。
本發明的測量系統能夠對運行發電廠、變電站等大型地網金屬構架分流向量進行測量，採用無線傳輸技術，在測試電流注入點與各金屬構架的分流測量點之間無線傳輸相位信息，實時得到各分流向量與測試電流向量之間的相位差，通過數學處理得到該大型地網區域內金屬構架的分流向量，包括幅值和相位差。該方法解決了以往現場無法測量分流向量的難題，為精確計算運行大型地網的分流係數提供了技術保障
本發明中，所述的大型地網是指變電站或電廠的大型接地網。
本發明中，所述變頻信號源向被測大型地網注入的測試電流是指頻率範圍在40 70Hz之間的異頻電流。
本發明中，所·述測試電流的注入點與金屬構架分流電流測量點之間的無線傳輸的有效距離大於50米。
本發明中，所述羅氏線圈為長度大於300mm的柔性開口羅氏線圈。
本發明系統功能實現過程如下:
(I)變頻信號源連接到耦合變壓器，耦合變壓器輸出對被測接地網注入一個異頻的測試電流，並在測試過程中保持恆定。
( 2 )利用電流互感器採樣取得測試電流的波形，進行處理後將其相位信息，通過無線發射天線發送出去。
(3)遠端選頻萬用表有無線接收天線，可無線接收該相位數據，並將該數據處理後送入選頻萬用表的CPU。
(4)選頻萬用表另一個接口接柔性羅氏線圈，圈住金屬構架，獲取電流信號，經過選頻濾波處理，排除其中的50Hz及其它幹擾信號，得到其模值大小，同時與無線接收到的測試電流相位信息進行相位比較，得出相位差。
(5)計算出各金屬構架分流向量和，得到總的分流大小。
與現有技術相比，本發明的測量系統具有如下顯著效果:
(I)本發明的測量系統，系統通過無線傳輸的方式來比較測試電流和金屬構架兩個不同地點的電流相位差，從而得到大型地網金屬構架的分流向量。
( 2 )本發明的測量系統，無線通訊裝置通過電流互感器獲取測試電流信號，經過處理後將該信息進行無線發射。選頻萬用表具有內置或外置的接收天線和處理電路，具有無線接收功能，可無線接收到該相位信息。無線傳輸接收距離大於50米。
( 3 )本發明的測量系統，選頻萬用表有連接柔性羅氏線圈的埠，可以通過羅氏線圈圈住金屬構架測出構架上的分流大小和波形，並與無線接收到的相位進行比較，直接顯示出分流的大小和相位差。
( 4)本發明的測量系統，選頻萬用表有連接柔性羅氏線圈的埠，可以通過羅氏線圈圈住金屬構架測出構架上的分流大小和波形，並與無線接收到的相位進行比較，直接顯/In出分流的大小和相位差。
(5)本發明的測量系統，柔性羅氏線圈採用加長設計，以滿足現場圈住很粗的金屬構架的需要，羅氏線圈長度大於300mm。
(6)本發明的測量系統，變頻信號源和耦合變壓器對地網注入的是一個40 70Hz的異頻電流，測量則採用 頻濾波技術，以排除變電站內很強的50Hz工頻幹擾，獲得準確的大小和相位。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細說明。
圖1是本發明基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統的整體結構示意圖。
附圖標記說明
1、變頻信號源；2、耦合變壓器；3、選頻電流表；4、電流互感器；
5、無線通訊儀；6、無線發射天線；7、選頻電壓表；8、遠方電壓極；
9、遠方電流極；10、羅氏線圈；11、選頻萬用表；12、無線接收天線；
13、金屬構架；14、輸電鐵塔具體實施方式
如圖1所示的基於無線傳輸的變電站金屬構架分流向量的測量系統，該測量系統包括變頻信號源1、耦合變壓器2、選頻電流表3、選頻電壓表7、電流互感器4、無線通訊儀5、無線發射天線6、羅氏線圈10、無線接收天線12和選頻萬用表11，變頻信號源I與耦合變壓器2的輸入端相連，耦合變壓器2的輸出端分兩路輸出，一路通過導線連接到遠方電流極9，一路通過導線依次串聯選頻電流表3、電流互感器4後與被測變電站的接地引下線相連接，向被測變電站注入測試電流，選頻電壓表7的輸入端與被測變電站的接地引下線連接，輸出端連接遠方電壓極8 ；電流互感器4能夠獲得測試電流的信息，電流互感器4的輸出接無線通訊儀5，無線通訊儀5外接無線發射天線6，無線發射天線6電流互感器4獲取的測試電流的信息無線發射出去；選頻萬用表11上的一個埠接無線接收天線12，用於接收無線發射天線6發送來的測試電流的相位信息，另一個埠接羅氏線圈10，羅氏線圈10圈住該變電站區域內的某一金屬構架13,獲取某一金屬構架13的分流電流信息,選頻萬用表11將從無線接收天線12獲得的測試電流信息與從羅氏線圈10獲得的分流電流信息進行比較，獲得變電站中某一金屬構架13的分流向量，通過將獲得的所有金屬構架13的分流向量進行相加求向量和，得到該變電站金屬構架13的分流向量值。
本實施例中，所述變頻信號源向被測大型地網注入的測試電流是指頻率範圍在40 70Hz之間的異頻電流；所述測試電流的注入點與金屬構架分流電流測量點之間的無線傳輸的有效距離大於50米；所述羅氏線圈為長度大於300mm的柔性開口羅氏線圈。
本發明的測量系統不僅適用於上述的變電站的金屬構架分流向量測量上，也可以應用在諸如電廠等大型地網的金屬構架分流向量測量上，操作和上述的變電站的金屬構架分流向量測量相同。
本實施例中的無線通訊儀選用上海大帆電氣設備有限公司生產的型號為DFWF的無線通訊儀；選頻電壓表、選頻電流表和選頻萬用表選用上海大帆電氣設備有限公司生產的型號為DF9006的多功能選頻電壓電流表；柔性開口羅氏線圈選用上海大帆電氣設備有限公司生產的型號為DFRC的柔性開口羅氏線圈。
本發明的測量系統，做接金屬構架分流向量測量時，依據DL/T475 — 2006《接地裝置特性參數測量導則》中規定的方法，用一臺變頻信號源，對地網注入一個異頻電流Im，並在測量全程中保持該電流穩定。利用電流互感器對注入的測試電流取樣，經過AD轉換及選頻濾波運算處理，得到測試電流的波形和相位信息，將該相位定義為基準相位，即零相位。
將該基準相位信息無線發射出去，遠端選頻萬用表內置有無線接收裝置，可無線接收到該相位數據，並將該數據處理後送入選頻萬用表的CPU。
同時選頻萬用表另一個埠接長度為300mm以上的羅氏線圈(柔性電流互感器)，圈住與架空地線相連的金屬構架，採樣取得金屬構架上的分流電流信號；經過AD轉換及選頻濾波運算處理，排除50Hz及其它幹擾，提取出異頻電流的波形信息，也送入CPU。CPU運算比較出並分流電流相位與無線接收到的測試電流相位進行比較，則可得到該基金屬構架分流的大小和相位差，即可得到該基金屬構架分流的向量。
依據上述方法，測量變電站內所有與架空地線相連的金屬構架的分流，以及交聯電纜外護套上的分流，得到各分流的向量。將所有分流的向量進行複數相加求向量和，則可得到整體的地線分流值。
上述方法實施中，有幾個關鍵的技術難點:(I)如何在強幹擾下提取微弱的分流信號。考慮到構架基腳、鐵塔塔腳和高壓電纜外護套尺寸較大，申請人已專門開發出既滿足尺寸要求，又保證足夠精度的柔性羅哥夫斯基線圈(簡稱羅氏線圈)，解決了地網接地阻抗實測中的分流測量問題。(2)現場所測電流信號幹擾的濾除和選頻濾波處理。目前已開發出相應的抗幹擾選頻濾波處理系統，可對現場所測得微弱信號進行處理。(3)相位信息的通訊傳遞。由於變電站面積較大，而分流測試時需要在 場區範圍內持選頻萬用表四處移動測量，需要設計好一套裝置將相位信息準確可靠的傳遞給遠端移動的選頻萬用表。
本發明的上述實施例並不是對本發明保護範圍的限定，本發明的實施方式不限於此，根據本發明的上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，對本發明的上述結構做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發明的 保護範圍之內。
權利要求
1.基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統，其特徵在於:該測量系統包括變頻信號源、耦合變壓器、選頻電流表、選頻電壓表、電流互感器、無線通訊儀、無線發射天線、羅氏線圈、無線接收天線和選頻萬用表，所述變頻信號源與耦合變壓器的輸入端相連，耦合變壓器的輸出端分兩路輸出，一路通過導線連接到遠方電流極，一路通過導線依次串聯所述選頻電流表、電流互感器後與被測大型地網的接地引下線相連接，向被測大型地網注入測試電流，所述選頻電壓表的輸入端與被測大型地網的接地引下線連接，輸出端連接遠方電壓極；所述電流互感器能夠獲得測試電流的信息，所述電流互感器的輸出接無線通訊儀，無線通訊儀外接無線發射天線，無線發射天線電流互感器獲取的測試電流的信息無線發射出去；所述的選頻萬用表上的一個埠接無線接收天線，用於接收無線發射天線發送來的測試電流的相位信息，另一個埠接羅氏線圈，所述羅氏線圈圈住該大型地網區域內的某一金屬構架，獲取某一金屬構架的分流電流信息，所述選頻萬用表將從無線接收天線獲得的測試電流信息與從羅氏線圈獲得的分流電流信息進行比較，獲得大型地網中某一金屬構架的分流向量，通過將獲得的所有金屬構架的分流向量進行相加求向量和，得到該大型地網金屬構架的分流向量值。
2.根據權利要求1所述的基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統，其特徵在於:所述的大型地網是指變電站或電廠的大型接地網。
3.根據權利要求1所述的基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統，其特徵在於:所述變頻信號源向被測大型地網注入的測試電流是指頻率範圍在40 70Hz之間的異頻電流。
4.根據權利要求1所述的基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統，其特徵在於:所述測試電流的注入點與金屬構架分流電流測量點之間的無線傳輸的有效距離大於50米。
5.根據權利要求1所述的基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統，其特徵在於:所述羅氏線圈為長度大於3 00_的柔性開口羅氏線圈。
全文摘要
本發明公開了基於無線傳輸的大型地網金屬構架分流向量的測量系統，包括變頻信號源、耦合變壓器、選頻電流表、選頻電壓表、電流互感器、無線通訊儀、無線發射天線、羅氏線圈、無線接收天線和選頻萬用表，變頻信號源與耦合變壓器的輸入端相連，耦合變壓器的輸出端一路連接到遠方電流極，一路依次串聯選頻電流表、電流互感器後與接地引下線相連接，選頻電壓表的輸入端與被測大型地網的接地引下線連接，輸出端連接遠方電壓極；電流互感器的輸出接無線通訊儀，無線通訊儀外接無線發射天線；選頻萬用表上的一個埠接無線接收天線，另一個埠接羅氏線圈，圈住該大型地網區域內的某一金屬構架。該測量系統能夠提高實現對接地網狀態的準確評價。
文檔編號G01R25/00GK103235168SQ201310101219
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月26日 優先權日2013年3月26日
發明者李謙, 餘月仙, 邵建康, 肖磊石 申請人:上海大帆電氣設備有限公司