智能接地導通檢測系統的研究與設計

王榮 徐懂理 張留玲

摘 要：給出實用的接地導通檢測系統測量原理及方法，針對干擾提出系統的調節方式，進而羅列出導通性檢測性能判定范圍，并設計出智能接地導通檢測系統的硬件結構和軟件流程。現場調試及運行檢測說明了所依據測量原理的正確性以及設計方法的可行性，具有廣泛的工程研究價值，可以保障作業人員的安全，在電力設備的應用與生產中具有十分重要的現實意義。

關鍵詞：導通性;接地;干擾;智能;檢測系統

0? ? 引言

接地線是電力檢修過程中的必備工具，可以在已停電的設施、線路上意外呈現電壓或臨近帶電體產生靜電感時，保證工作人員的安全，在電力生產中具有十分重要的意義[1-2]。因此，需考慮接地設備與地網的連接是否牢固，焊接點、接地線是否發生腐蝕，更為重要的是檢查接地線有無斷裂。即使地網的接地電阻等其他指標都合格，若設備的接地引下線或地網主干線發生斷裂，仍會導致嚴重的事故[3-4]。在掛設接地線時，電力工作者不知道所掛接地設備是否接地良好，需要進行相關的電位檢測以防設備假接地而造成人身傷害及設備損壞[5-7]。另外，在兩次接地線檢測工作的間隙時間，存在因外力引起的接地線內部斷股、斷線而操作人員并不知曉這些問題的隱患，從而會導致感應電傷人等危險的發生[8-9]。

鑒于接地線通斷無法自我直接檢測出來，為判斷接地是否良好，計劃在原裝置基礎上改造設計出接地導通檢測系統，使得其能夠自我檢測并警示現場檢修人員。通過先前對電網職工的問詢和現場調研，我們研發出一種便攜式接地線智能檢測裝置，能從檢測技術上確認輸電線路的接地線狀態，從而有效避免安全事故的發生。

1? ? 工作原理

1.1? ? 檢測方法

綜合接地電阻測量以及等電位連接檢測的特點，本系統采用伏安法測量電阻值，測量過程采用非接觸式的鉗表法。如圖1所示，鉗表法的工作原理是法拉第電磁感應定律：交流激勵通過激勵鉗口進入回路，當導線中有激勵通過時，即可提取出電阻信息。

圖中U和I為測量儀的電壓鉗口輸入電壓和電流鉗口感應輸出電流，Rx為被測電阻，R1，R2，…，Rn為其他接地點的電阻，皆存在于多點接地系統中。通常Rx遠大于并聯R1，R2，…，Rn所得的總電阻值，簡化后的測量原理如圖2所示。

1.2? ? 計算方法

在計算過程中，對所需變量做如下假設：引線間干擾電流量為I0，被測回路中電流量為I，被測電阻為R0。U0表示電阻通過干擾電流量時的電壓值，此時Ur0表示導通電阻的電壓值。引線之間的電阻值為Rx，R1、Rref是標準的分壓電阻，滿足條件R1遠大于Rref（導通電阻的電壓是Uref）。差分放大電路對所得電壓信號放大K倍，得到的處理后的電壓信號為Uin0，Uin1則是電壓信號Uref經過處理放大之后的測量信號。根據要求，信噪比需要大于60 dB，其公式如下：

SNR=10lg

=10lg

=20lg≥60? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

由式（1）計算出：

Is≥1 000I0? ?（2）

在電源模塊運行前，處理器依照式（2）和先前測量的干擾電流I0=U0/R0預調整輸出電流。

在電源模塊運行后，則可根據采集的測量電路原理得出：

=? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

=? （4）

==K? （5）

Rx=·（R1+Rref）-（Rm+R0）? ? ?（6）

2? ? 導通性判別

經實驗得出，導通性能狀況與導通電阻值存在表征關系，如表1所示。當導通電阻值在50 mΩ以下時，接地導體及接地引線才能處于相對良好的工作狀態;當導通電阻值在50～200 mΩ范圍時狀態尚可，應當在之后的測試中注重觀察其變化并檢查重要電氣設備的接地引線;當導通電阻值在200～1 000 mΩ范圍內表示狀況不佳，應當盡快排查接地引線故障的問題所在，并在必要時檢查處理其他設備;當導通電阻值在1 Ω以上時，表明問題出現在接地導體與引線間，易發生腐蝕斷裂，使接地裝置的安全運行受到阻礙，應當及時排查故障。

3? ? 檢測系統的設計

3.1? ? 具體功能

（1）首先裝置對被測試電氣設備接地引下線之間的連接電阻進行測量，按圖2連接好線路。

（2）被測回路上的電阻的電壓接受該檢測系統中I/V轉換電路的采樣、放大、分析之后，電壓信號U0經過A/D轉換傳入處理器。

（3）將信號U0傳輸到本裝置的處理器上，運用其計算功能計算出干擾電流，并將輸出的測試電流值調整到Is≥1 000I0，以達到信噪比公式的條件。

（4）被測回路上的電阻及導通電阻的電壓接受該檢測系統中I/V轉換電路的采樣、放大、分析處理后，電壓信號Uin1和Uin2經過A/D轉換傳入處理器。

（5）處理器接收A/D轉換電路傳輸的信號Uin1和Uin2時，通過計算程序，計算得到導通電阻的值為：

Rx=（R1+Rref）-（Rm+R0）? ? ? ? ? ? ? ?（7）

（6）LCD顯示電路接收處理器處理的數據之后，經過分析處理，以語音的形式將信息傳遞給工作人員。