基于無線網絡傳輸的接地電阻在線遙測裝置

盧昱磊，李陽斌，關攀飛，余 磊，朱錢鑫，尹泓江

（云南電網有限責任公司玉溪供電局，云南玉溪 653100）

0 引言

隨著我國經濟的發展，國民經濟對電網的供電可靠性要求越來越高。我國氣候南北差異很大，西南地區山地較多，雷電頻發，由于輸電設備多為桿塔和架空線路且常年裸露于山間野外，雷擊于桿塔或輸電線路而導致的事故時有發生，故開發和研究新的設備可以有效降低桿塔和線路的雷擊率。

1 裝置概況

該裝置是一套專門針對智能電網調度技術支持系統、變電站、輸電線路以及通信機房等重要電力設施的接地電阻在線監測裝置。裝置利用無線傳感器網絡、非接觸測量、地線穿心技術等高新技術實現變電站、輸電線路、通信機房等電力設施的防雷接地的接地電阻值的實時檢測及遠程監控（圖1）。

1.1 系統整體構架

圖1 裝置實況

本系統通過RS485、RS232、GSM/GPRS 通信協議進行數據的傳輸，由前端自動接地電阻檢測儀、主通信器（集中器）：GSM/GPRS 收發裝置、SIM 通信裝置、軟件監控裝置、電源適配器以及計算機控制終端等部分共同組成，適用于遠距離接地電阻監測，測量地不受距離限制（圖2）。

1.2 前端自動監測設備構架

圖2 系統拓撲

前端自動檢測設備主要由控制系統MCU、信號發生模塊、A/D 轉換模塊等關鍵部件組成，本設備在收到后臺檢測指令后，能夠自動運行，并測試得到桿塔的電阻值。其構架如圖3 所示。

圖3 前端自動檢測裝置構架

1.3 信號發生模塊結構設計

信號發生模塊產生1 個頻率為1.678 kHz 的正弦電壓信號。其基本原理是：對于9850 芯片，有源晶振的輸入端引腳為CLKIN；串行數據輸入端引腳為D7；寫時鐘端引腳為WCLK，WCLK 引腳每輸出一個上升沿信號，便將一位串行數據輸入到寄存器中；頻率更新控制引腳為FQUD，每完成一次輸出信號頻率和相位的更新后，便會產生一個上升沿輸出信號；正弦信號的輸出引腳為IOUT，產生并輸出一個正弦信號，經過濾波后輸入電壓幅值調整電路。由于AD9850 芯片直接輸出的正弦信號中會存在部分的直流偏置信號，將對輸出波形產生一定的影響，故需要并聯一個濾波電容C134，以濾除輸出信號中的直流偏置干擾信號，從而得到標準的正弦信號（圖4）。

1.4 電流處理電路設計

圖4 信號發生模塊

輸電線路周圍有較強的的電磁場，對監測儀的干擾很大，故選用帶通濾波器來濾除干擾，由電阻R25，R28，R72，R73，R23 和電容C5，C7 及放大器U8A 組成多重反饋帶通濾波器（圖5）。

1.5 交直流轉換模塊設計

把正弦交流信號轉換成適合A/D 轉換電路的直流電壓信號才能輸入A/D 轉換電路中，采用線性整流電路將交直流轉換，能大大提高轉換精確度。

A/D 轉換模塊芯片設計如圖6 所示，參考電壓輸入端為VreI 引腳，在IN+引腳中輸入模擬信號；片選端引腳為CS/SHDN，當輸出信號為低電平時，芯片運行在工作狀態下，高電平時運行在掉電狀態下；串行數據的輸出引腳為Dout，用來輸出經過交、直流變換后的數據信號；數據時鐘引腳為DCLK，不斷從CPU 接收發出的脈沖型時鐘信號，以進行輸出信號的校正。CPU 在Dout 引腳輸出脈沖信號的下降沿期間將輸出數據讀出。

圖5 反饋帶通濾波器

2 裝置工作過程介紹

該無線射頻收發設備由4 個主要部分組成：從功能上可以分為電源模塊、中心控制模塊、無線信號收/發模塊、顯示模塊等。SIM3OOCZ 模塊與MSP430F149主板通過串口進行連接，并作為無線傳輸功能模塊，工作期間，MSP43OF149 主板發出字符串形式的AT 指令，經過串口傳遞給SIM3OOCZ 模塊，SIM3OOCZ 模塊收到主板發出的指令后，進行對應的通信、控制等操作。

2.1 GPRS 模塊的工作過程

（1）GPRS 模塊與主控芯片MSP430通過串行口連接，SIM3OOCZ 的啟動由另一I/O 口控制，產生保持1500 ms 的低電平后置為高電平，若指示燈有相應頻率的閃爍則表明SIM300CZ 模塊正常啟動。

（2）MSP430 模塊與SIM300CZ 模塊通過串行口進行通信互聯，通過向GPRS 模塊輸入相應的調度指令，對裝置進行初始化、狀態設置等操作，使模塊能夠順利地與GPRS 網絡相互貼合。當接收端成功獲取運行人員分配的動態IP 地址后，便可以實現目的終端和GPRS 網絡間建立通信互聯。

圖6 A/D 轉換芯片

GPRS 模塊中的SIM300CZ 芯片由低電平控制開關機，低電平通過按鍵獲取，模塊啟動引腳為PWRKEY，與單片機的P2.1引腳相連，單片機芯片通過控制產生延時大于1500 ms 的低電平信號輸出，實現SIM3OOCZ 模塊的自動開機動作。

2.2 工作過程

信號發生器AD9850 產生正弦信號，正弦信號通過PT 感應模塊，傳到被測電阻一側，此時電流信號便會產生，將CT 模塊所測量電流值的大小，通過信號放大模塊進行放大，并利用濾波器，濾除信號中攜帶的高次諧波和干擾性雜波，利用包絡線檢波電路實現交流信號整流。最終通過模數轉換器，實現信號的轉換，并把轉換后的信號送至MCU 單元，測量出電流，再通過電壓值和電流值的大小，計算出接地電阻的阻值。GPRS無線發送模塊可及時將計算出的接地電阻阻值，發送至中心計算機。而計算機中心也可以發出相應的信號實現對接地電阻的測量。

3 結論

介紹了一種基于無線網絡傳輸的接地電阻在線遙測系統，該裝置可以實現對電網接地電阻的實時監測，并將所測得的接地電阻數據向控制中心傳輸，以便運維人員及時處理受損和故障設備，提高電網供電的可靠性，有效降低了電網的雷擊率。