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一種基于無線通信的多通道接地網支路阻抗測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于無線通信的多通道接地網支路阻抗測量裝置。目前激勵電流源的輸出通道多為單通道，在測量過程中不斷的手動連線改變電流注入流出節點位置和數據測量節點的位置，測量繁瑣，易反生錯誤。本實用新型的特征在于，激勵電流源模塊在微控制器模塊的控制下產生恒定或交變電流信號；電流切換模塊在微控制器模塊的控制下切換電流信號的流入和流出端口；電流切換模塊的流入和流出端口與多通道接線座連接；電壓切換模塊在微控制器模塊的控制下切換電壓信號的輸入端口；電壓切換模塊的輸入端口與多通道接線座連接。本實用新型能夠實現接地網阻抗的測量，測量通道多，同時自動化水平高，減小了測量的工作量。
【專利說明】一種基于無線通信的多通道接地網支路阻抗測量裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及接地網支路阻抗測量裝置，特別是一種基于無線通信的多通道接地網支路阻抗測量裝置。

【背景技術】
[0002]接地網是變電站安全運行的重要保證，其接地性能一直受到生產運行部門的重視，接地網接地性能的標準是其整體接地電阻不能超過標準規定值，因此需要定期對接地網的接地電阻進行測量，目前電力部門定期對變電站接地網整體進行檢測。接地網整體電阻超過標準值的原因都是因為個別支路阻抗由于腐蝕等原因增大，因此測量接地網支路阻抗對電力系統有著重要的意義。
[0003]隨著現代大電網向超高壓、大容量和遠距離方向發展，對電力系統安全、穩定及經濟運行要求越來越高，為了確保電力系統安全穩定運行以及提高供電可靠性，就必須保證接地裝置具有優良的性能。然而長期埋在土壤中的接地網容易遭受腐蝕，其主要原因有:第一，由于我國經濟條件限制，早期大多數變電站都選用比銅便宜的鋼作為接地網材料。據相關研宄表明，普通扁鋼在土壤中的腐蝕速率比銅快3?4倍。第二，金屬腐蝕還與氣候條件、土壤電阻率、土壤PH值、土壤含鹽含水量、土壤含氧量以及微生物等因素有關，我國面積廣、氣候條件復雜，特別是近年來環境破壞嚴重，一些地方甚至下了酸雨，這就加速了接地網的腐蝕速度。第三，由于設計不合理，沒有選擇合適的導體材料，沒有采取必要的防腐措施，焊接不良、漏焊、虛焊等人為因素，也是造成接地網導體腐蝕的重要原因。最后，隨著時間的推移，導體電阻不斷增大，當有雷電電流或沖擊電流流經接地網時，可能會導致接地網導體因發熱或者大電流電動力而斷裂。
[0004]近年來據國內外調查機構表明，接地網導體在腐蝕性較強的土壤中年腐蝕率可達到2.0毫米；在腐蝕性強的土壤中，其年腐蝕率可達到3.4毫米；在腐蝕性極強的土壤中，其年腐蝕速率甚至可達8.0毫米。我國對一些地方變電站接地網進行了調查，在1981?1985年期間，廣東省電力試驗研宄院對廣東省境內運行了十幾年的130個35千伏至220千伏的變電站進行了開挖，結果發現大概有一半變電站中的接地網有一定程度的腐蝕現象，當中運行了 16年的東墩110千伏變電站，其12*4規格的扁鋼接地網已經被腐蝕掉了大約80%，更嚴重的是已經有十多處斷裂；運行了 21年之久的平富崗110千伏變電站，其材質為圓鋼直徑為9毫米的接地網被腐蝕成了細條。因此，腐蝕會導致接地網接地電阻的增大，并最終使接地裝置性能變差。
[0005]一旦接地裝置性能變差，很可能引起諸如接地網電位異常增加、跨步電壓和接觸電壓升高、接地網本身局部電位差等現象，電力系統就很可能發生接地短路故障，這不僅會危機保障運行人員的生命安全，也可能造成二次回路過電壓，并致使二次回路一些保護元件和設備損壞，更嚴重的是造成控制設備誤動或者不動作，使事故擴大化，給社會和國家帶來巨大的經濟和財產損失。
[0006]現在對接地網故障測量大多采用現有的實驗室設備，激勵電流源的輸出通道多為單通道，測量電壓數據采用數字萬用表或數字示波器。在整個測量過程中，探頭的接觸是否良好對測量結果產生很大的影響。同時在測量過程中不斷的手動連線改變電流注入流出節點位置和數據測量節點的位置，測量繁瑣，易反生錯誤。
實用新型內容
[0007]本實用新型所要解決的技術問題是克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種基于無線通信的多通道接地網支路阻抗測量裝置，其激勵電流源和電壓測量端口都為多通道，并且可以通過編程控制流注入流出端口和電壓數據測量端口，測量方便，很少耗費人力，同時不宜發生錯誤。
[0008]為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:一種基于無線通信的多通道接地網支路阻抗測量裝置，包括微控制器模塊、激勵電流源模塊、信號處理模塊、電流切換模塊、電壓切換模塊、數據存儲模塊、數據通信模塊、獨立按鍵模塊、液晶顯示模塊和多通道接線座，其特征在于，
[0009]所述的微控制器模塊負責整個測量裝置的控制和測量數據的處理；激勵電流源模塊在微控制器模塊的控制下產生恒定或交變電流信號；電流切換模塊在微控制器模塊的控制下切換電流信號的流入和流出端口 ；電流切換模塊的流入和流出端口與多通道接線座連接；電壓切換模塊在微控制器模塊的控制下切換電壓信號的輸入端口 ；電壓切換模塊的輸入端口與多通道接線座連接；
[0010]所述的信號處理模塊在微控制器模塊的控制下對電壓切換模塊輸出電壓信號進行信號濾波、信號放大和A/D轉換；信號處理模塊將采樣電壓信號對應的數字值送到微控制器模塊；微控制器模塊將采集的數據存儲到數據存儲模塊；微控制器模塊通過數據通信模塊與一上位機通信；液晶顯示模塊在微控制器模塊控制下顯示測量界面；獨立按鍵模塊與微控制器模塊通信，配置測量參數，控制測量過程；所述的多通道接線座與接地網的可及節點通過導線相連。
[0011]進一步，所述微控制器模塊中微控制器采用單片機、ARM、可編程邏輯器FPGA或CPLD0
[0012]進一步，所述的數據通信模塊采用RS232、RS485、USB、無線通信模塊或SD卡。
[0013]進一步，所述的數據存儲模塊采用片外NOR FLASH或NAND FLASH存儲器。
[0014]進一步，所述的微控制器模塊先將采集的數據存儲到微控制器片內高速存儲器，再存儲到數據存儲模塊。
[0015]進一步，激勵電流源模塊輸出電流為幅值為0-10A的恒定信號或頻率為20-2000HZ、幅值為0-10A的穩定正弦信號。
[0016]進一步，所述電流切換模塊的流入和流出端口先與電壓切換模塊的輸入端口順序連接，再與多通道接線座順序連接。
[0017]進一步，所述的電流切換模塊采用繼電器作為切換開關。
[0018]進一步，所述的電壓切換模塊采用模擬開關選擇器作為切換開關。
[0019]進一步，所述的獨立按鍵模塊采用I2C接口鍵盤驅動器識別輸入的按鍵。
[0020]本實用新型能夠實現接地網支路阻抗的快速測量，測量通道多，同時自動化水平高，減小了測量的工作量；可以實現準確測量任意兩個測量通道間的阻抗大小，為接地網故障診斷提供參考數據；測量數據同時存儲到裝置中的數據存儲模塊，保障采集數據的安全；通過數據通信模塊將數據傳輸到上位機，上位機計算出各個支路的阻抗值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的結構框圖。
[0022]圖2是本實用新型的激勵電流源模塊原理圖。

【具體實施方式】
[0023]以下結合說明書附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的說明。
[0024]參見附圖1，圖中的測量裝置由微控制器模塊1、激勵電流源模塊2、信號處理模塊3、電流切換模塊4、電壓切換模塊5、數據存儲模塊6、數據通信模塊7、獨立按鍵模塊8、液晶顯示模塊10和多通道接線座9組成。
[0025]微控制器模塊I負責整個測量裝置的控制和測量數據的處理；激勵電流源模塊2在微控制器模塊I的控制下產生恒定或交變電流信號；電流切換模塊4在微控制器模塊I的控制下切換電流信號的流入和流出端口 ；電流切換模塊4的流入和流出端口與多通道接線座9連接；電壓切換模塊5在微控制器模塊I的控制下切換電壓信號的輸入端口 ；電壓切換模塊5的輸入端口與多通道接線座9連接；信號處理模塊3在微控制器模塊I的控制下對電壓切換模塊5輸出電壓信號進行信號濾波、信號放大、A/D轉換；信號處理模塊3將采樣電壓信號對應的數字值送到微控制器模塊I ;微控制器模塊I將采集的數據存儲到數據存儲模塊6 ;微控制器模塊I通過數據通信模塊7與上位機11通信；液晶顯示模塊10在微控制器模塊I控制下顯示測量界面；獨立按鍵模塊8與微控制器模塊I通信，配置測量參數，控制測量過程；多通道接線座9與接地網的可及節點通過導線相連。
[0026]微控制器模塊I中微控制器采用單片機、ARM、可編程邏輯器FPGA或CPLD。數據通信模塊7采用RS232、RS485、USB、無線通信模塊或SD卡。數據存儲模塊6采用片外NORFLASH、NAND FLASH存儲器。微控制器模塊I先將采集的數據存儲到微控制器片內高速存儲器，再存儲到數據存儲模塊6。激勵電流源模塊2輸出電流為幅值為0-10A的恒定信號或頻率為20-2000HZ、幅值為0-10A的穩定正弦信號。電流切換模塊4的流入和流出端口先與電壓切換模塊5的輸入端口順序連接，再與多通道接線座9順序連接。電流切換模塊4采用繼電器作為切換開關。電壓切換模塊5采用模擬開關選擇器作為切換開關。獨立按鍵模塊8采用I2C接口鍵盤驅動器識別輸入的按鍵。
[0027]本實施例中微控制器模塊I采用具有ARM Cortex_M3內核的32位處理器STM32F103ZE，具有豐富的外設接口，方便與其他模塊通信。
[0028]參見附圖2表示激勵電流源模塊2的具體電路圖。本實施例中激勵電流源模塊2利用一個高輸入阻抗、高放大增益的運算放大器構成一個正反饋電路，將D/A轉換器輸出的可控電壓間接的加載在功率電阻上。電路中MCP6402是一款單端供電的運算放大器，靜態電流45uA，增益寬帶1MHz，輸入阻抗1013歐姆。TIP121是一款NPN型的達林頓晶閘管，能承受最大關斷電壓80V，最大連續電流5A，最大功率65W。
[0029]本實施例中信號處理模塊3采用24位A/D轉換器ADS1241。內部自帶可編程放大器和FIR(Finite Impulse Response)濾波器，增益范圍為1-128倍，同時濾除50Hz和60Hz的干擾信號。ADS1241采集數據可以通過SPI總線與微處理器以8位數據方式進行通信。
[0030]本實施例中電壓切換模塊5選擇用兩個16通道模擬開關作為通道切換開關，模擬開關選用ADG1206。它有一個使能端和4位的二進制地址端AO?A4，具有導通阻抗低、漏電電流小、響應時間短、供電電壓范圍寬、功耗低、封裝小等優點。
[0031 ] 本實施例中電流切換模塊4選用歐姆龍公司的G6K-2F-Y繼電器作為選擇開關。它是兩路單刀雙擲開關，其額定工作電壓4.5V，額定工作電流23.2mA，開關接觸阻抗10m Ω，開關操作時間最大不超過3ms。
[0032]本實施例中接地網故障測量裝置的測量通道為16通道。
【權利要求】
1.一種基于無線通信的多通道接地網支路阻抗測量裝置，包括微控制器模塊(1)、激勵電流源模塊(2)、信號處理模塊(3)、電流切換模塊(4)、電壓切換模塊(5)、數據存儲模塊(6)、數據通信模塊(7)、獨立按鍵模塊(8)、液晶顯示模塊(10)和多通道接線座(9)，其特征在于， 所述的微控制器模塊(I)負責整個測量裝置的控制和測量數據的處理；激勵電流源模塊(2)在微控制器模塊(I)的控制下產生恒定或交變電流信號；電流切換模塊(4)在微控制器模塊(I)的控制下切換電流信號的流入和流出端口 ；電流切換模塊(4)的流入和流出端口與多通道接線座(9)連接；電壓切換模塊(5)在微控制器模塊(I)的控制下切換電壓信號的輸入端口 ；電壓切換模塊(5)的輸入端口與多通道接線座(9)連接； 所述的信號處理模塊(3)在微控制器模塊(I)的控制下對電壓切換模塊(5)輸出電壓信號進行信號濾波、信號放大和A/D轉換；信號處理模塊(3)將采樣電壓信號對應的數字值送到微控制器模塊(I);微控制器模塊(I)將采集的數據存儲到數據存儲模塊(6);微控制器模塊(I)通過數據通信模塊(7)與一上位機(11)通信；液晶顯示模塊(10)在微控制器模塊(I)控制下顯示測量界面；獨立按鍵模塊(8)與微控制器模塊(I)通信，配置測量參數，控制測量過程；所述的多通道接線座(9)與接地網的可及節點通過導線相連。
2.根據權利要求1所述的多通道接地網支路阻抗測量裝置，其特征在于，所述微控制器模塊(I)中微控制器采用單片機、ARM、可編程邏輯器FPGA或CPLD。
3.根據權利要求1所述的多通道接地網支路阻抗測量裝置，其特征在于，所述的數據通信模塊(7)采用RS232、RS485、USB、無線通信模塊或SD卡。
4.根據權利要求1所述的多通道接地網支路阻抗測量裝置，其特征在于，所述的數據存儲模塊(6)采用片外NOR FLASH或NAND FLASH存儲器。
5.根據權利要求4所述的多通道接地網支路阻抗測量裝置，其特征在于，所述的微控制器模塊(I)先將采集的數據存儲到微控制器片內高速存儲器，再存儲到數據存儲模塊(6)0
6.根據權利要求1所述的多通道接地網支路阻抗測量裝置，其特征在于，激勵電流源模塊(2)輸出電流為幅值為0-10A的恒定信號或頻率為20-2000HZ、幅值為0-10A的穩定正弦信號。
7.根據權利要求1所述的多通道接地網支路阻抗測量裝置，其特征在于，所述電流切換模塊(4)的流入和流出端口先與電壓切換模塊(5)的輸入端口順序連接，再與多通道接線座(9)順序連接。
8.根據權利要求1所述的多通道接地網支路阻抗測量裝置，其特征在于，所述的電流切換模塊(4)采用繼電器作為切換開關。
9.根據權利要求1所述的多通道接地網支路阻抗測量裝置，其特征在于，所述的電壓切換模塊(5)采用模擬開關選擇器作為切換開關。
10.根據權利要求1所述的多通道接地網支路阻抗測量裝置，其特征在于，所述的獨立按鍵模塊(8)采用I2C接口鍵盤驅動器識別輸入的按鍵。
【文檔編號】G01R27/20GK204241571SQ201420806739
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】錢洲亥, 何為, 祝酈偉, 沈曉明, 楊帆, 劉敏, 周海飛 申請人:國家電網公司, 國網浙江省電力公司電力科學研究院, 浙江電力化學技術有限公司