輸電線路接地電阻便攜式測量儀的開發(fā)及應(yīng)用

國網(wǎng)江西省電力有限公司吉安供電分公司 曾 鑫 曾 瑋 張桐源 陳壯松 吳子桂

在輸電線路中，接地電阻是衡量其防雷性能的關(guān)鍵參數(shù)，準(zhǔn)確測量出輸電線路的接地電阻，對于提高輸電線路的運維管理水平具有較大的應(yīng)用價值。本文首先介紹了輸電線路接地電阻測量的一般方法，之后分析了輸電線路接地電阻便攜式測量儀的開發(fā)技術(shù)，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的開發(fā)，最后闡述了輸電線路接地電阻便攜式測量儀的相關(guān)應(yīng)用情況。

通過測量輸電線路的接地電阻能夠可靠掌握輸電線路的防雷水平，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某條線路存在防雷安全隱患時，則應(yīng)及時安排線路消缺或技改大修。目前，在輸電線路接地電阻的數(shù)據(jù)測量及管理中存在著一定的問題，如在很多場合下都是采用人工放導(dǎo)線的方式進(jìn)行測量，這種方法測量不但效率較低，而且會降低接地導(dǎo)線的使用壽命，造成一定的浪費。為了實現(xiàn)輸電線路接地電阻的便攜式測量，有效降低接地故障的發(fā)生概率，有必要開發(fā)輸電線路接地電阻的便攜式測試儀以提高電力用戶的用電質(zhì)量，本文詳細(xì)介紹了輸電線路接地電阻便攜式測量儀的具體實現(xiàn)原理。

1 輸電線路接地電阻的測量

準(zhǔn)確測量出輸電線路的接地電阻，可以有效保證輸電線路接地系統(tǒng)的正常運行。目前，在輸電線路的接地電阻測量技術(shù)中，一般需要將輸電線路接地體和接地引下線之間的電路連接斷開，并且也需要采取人工測量的方式。這種輸電線路的接地電阻測量技術(shù)的工作量較大，并且測量的效率較低，測量所需要的成本較高，測量周期也相對較長，故這種輸電線路的接地電阻測量方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求，表1為對每一條輸電線路采用傳統(tǒng)接地電阻測量方法所需要花費的時間。

表1 輸電線路接地電阻的測量時間（單位：min）

從表1可知，無論在那種場合下，人工測量接地電阻都需要花費較長的時間。為了提高對輸電線路接地電阻的測試準(zhǔn)確度和測試效率，本文介紹了一種輸電線路接地電阻免解線便攜式的測量技術(shù)，通過采用這種測量技術(shù)，將能夠明顯降低輸電線路接地電阻的測量成本。

2 輸電線路接地電阻便攜式測量儀的開發(fā)

輸電線路接地電阻便攜式測量儀包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，在對測量儀開發(fā)的過程中應(yīng)加強(qiáng)這兩方面的設(shè)計，以下分別進(jìn)行分析。

2.1 輸電線路接地電阻便攜式測量儀的硬件系統(tǒng)開發(fā)

在輸電線路接地電阻便攜式測量儀的硬件系統(tǒng)中，主要包括主控計算機(jī)、示波器、數(shù)據(jù)采集電路、沖擊電流發(fā)生器、電源模塊等。主控計算機(jī)可以接收接地電阻測量儀所下發(fā)的控制指令，示波器主要用來顯示所采集到的物理量的波形。數(shù)據(jù)采集電路也是接地電阻測量儀的關(guān)鍵模塊，其原理圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集電路原理圖

從圖1中可以看出，電路中包括電流取樣電阻、電壓取樣電阻，實現(xiàn)對電壓和電流信號的采集。RP為電流極的接地電阻，RC為電壓極的接地電阻，RD為模擬的輸電線路的接地電阻，它們同時也是該數(shù)據(jù)采集電路需要測量的物理量。沖擊電流發(fā)生器用來給測量儀提供電流輸入信號，以完成對接地電阻的測量。

2.2 輸電線路接地電阻便攜式測量儀的軟件系統(tǒng)開發(fā)

軟件系統(tǒng)是影響輸電線路接地電阻便攜式測量儀綜合性能的關(guān)鍵因素，本文選用visual C++作為軟件程序的開發(fā)平臺。首先需要對軟件系統(tǒng)的主程序進(jìn)行設(shè)計，并將各個子功能模塊嵌入到主程序中，圖2為輸電線路接地電阻便攜式測量儀的軟件主程序流程圖。輸電線路接地電阻便攜式測量儀軟件系統(tǒng)的子功能模塊主要包括控制程序模塊、自檢程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、相位測量模塊、人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)通信模塊等。

圖2 輸電線路接地電阻便攜式測量儀的軟件主程序流程圖

從圖2中可以看出，輸電線路接地電阻便攜式測量儀首先需要進(jìn)行裝置的初始化，之后如果裝置收到了測試命令，則開始裝置自檢、施工電壓信號并讀取電流信號。這些都完成之后，再對讀取的電壓和電流信號進(jìn)行數(shù)字濾波處理，并計算輸電線路的接地電阻；同時，讀取此時的時間和輸電線路的具體位置信息，將這些數(shù)據(jù)都寫入到輸電線路接地電阻便攜式測量儀中的緩沖區(qū)，并可以通過裝置中的數(shù)據(jù)通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。完成對輸電線路接地電阻的測量之后，測試儀再次進(jìn)入到低功耗的運行狀態(tài)。此外，由于輸電線路接地電阻便攜式測量儀中的數(shù)據(jù)通信模塊所需要消耗的電量較大，故應(yīng)在對輸電線路接地電阻測量完畢之后再打開數(shù)據(jù)通信模塊，完成對數(shù)據(jù)的傳送。

3 輸電線路接地電阻便攜式測量儀的測試及應(yīng)用

輸電線路接地電阻便攜式測量儀在投入到實際應(yīng)用之前，需要經(jīng)過嚴(yán)格的性能測試，當(dāng)所有的性能評判指標(biāo)都達(dá)到實際應(yīng)用要求時，才可以將該測量儀投入到實際應(yīng)用中。在對該測量儀進(jìn)行測試的過程中，主要需要對電源模塊、信號發(fā)生模塊、信號調(diào)理模塊、顯示模塊和通信模塊進(jìn)行調(diào)試，以驗證輸電線路接地電阻便攜式測量儀的測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在對電源模塊的調(diào)試時，需要測量其輸出電壓是否穩(wěn)定，大小是否在允許的范圍內(nèi)。在對信號發(fā)生模塊進(jìn)行調(diào)試的過程中，需要調(diào)節(jié)施加在電壓互感器上的電壓大小，在保證信號不失真的前提下，取得最好的測量效果。信號調(diào)理模塊在測試過程中，可能會遇到直流偏量、通頻帶寬等問題，可以通過調(diào)整該測量儀中的電容和電阻配置來解決。

當(dāng)該測量儀的各個功能模塊都已調(diào)試完畢之后，就可以用來測量接地電阻。為了測試輸電線路接地電阻便攜式測量儀的性能，在調(diào)試之前先搭建一個基本的輸電線路接地系統(tǒng)模型。首先，采用電阻箱作為輸電線路的接地電阻，采用導(dǎo)線作為接地系統(tǒng)的引下線，互感器鉗在導(dǎo)線上；然后，改變電阻箱的阻值大小，通過采用該測量儀測出接地電阻。當(dāng)接地電阻的測量誤差在1%以下，則可以認(rèn)為該輸電線路接地電阻便攜式測量儀的測量精度較高。

結(jié)論：輸電線路采用接地系統(tǒng)，可以保證雷電流可靠泄入到大地，確保輸電線路的運行安全。輸電線路的接地電阻應(yīng)按照規(guī)定的測量周期，及時安排人員對其測量。采用本文所述的輸電線路接地電阻免解線便攜式測量儀能夠有效降低輸電線路發(fā)生接地故障的概率，提高了輸電線路運行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。