一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置及評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及變電站接地網(wǎng)故障檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù) 字化監(jiān)控裝置及評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變電站接地網(wǎng)腐蝕狀況直接關(guān)系到各種電氣設(shè)備和設(shè)施的安全與穩(wěn)定運(yùn)行，接地 設(shè)備需要低阻抗途徑保持與大地的電氣連接。傳統(tǒng)的接地網(wǎng)監(jiān)測裝置僅僅是通過向接地 網(wǎng)注入大電流，電流可以達(dá)到幾十甚至上百安，但是由于接地網(wǎng)本身具有良好的導(dǎo)電性，電 阻比較小，傳統(tǒng)的檢測裝置的測量精度往往不能夠滿足要求，對于接地網(wǎng)的腐蝕狀況分析 存在嚴(yán)重的誤差判定。同時由于電流比較大，對于裝置的自身的容量和絕緣性能要求極為 高，造成整個設(shè)備的體積比較龐大和對供電電源容量要求較高，不利于戶外的接地網(wǎng)檢測 試驗。對于操作人員而言，必須嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行操作，稍有不慎極易發(fā)生觸電事故。同時 由于接地網(wǎng)地表條件往往比較惡劣，傳統(tǒng)設(shè)備難以到現(xiàn)場進(jìn)行運(yùn)行。
[0003] 在對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理上，傳統(tǒng)設(shè)備只是局限于測量N組電壓數(shù)據(jù)，僅僅利用電 流與電壓的關(guān)系對接地電阻大小進(jìn)行計算，數(shù)據(jù)信息量太少，計算結(jié)果具有很大誤差，以及 沒有對現(xiàn)有接地網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字化歸檔、因此很難做出較為準(zhǔn)確的壽命評估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置及評估方法，對接地 網(wǎng)的阻抗進(jìn)行計算并評估，并能夠進(jìn)行三維成像，還能為每個被檢測的接地網(wǎng)建立數(shù)字化 檢測檔案，實(shí)現(xiàn)對接地網(wǎng)狀態(tài)的長期跟蹤。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置，包括微控制器、可調(diào)直流恒流源、電流通 道切換開關(guān)模塊、多通道接線插座、電壓通道切換開關(guān)模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、 無線通信模塊和上位機(jī)，微控制器通過自身外設(shè)的D/A轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號控制可調(diào) 直流恒流源輸出不同大小的電流；可調(diào)直流恒流源的電流輸出端連接到電流通道切換開關(guān) 模塊的電流注入通道切換開關(guān)上，電流通道切換開關(guān)模塊的電流輸出端連接到多通道接線 插座的電流注入接口上，多通道接線插座的電流輸出端用于連接被測接地網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，多通 道接線插座的電流輸出接口連接到電壓通道切換開關(guān)模塊上，電流通道切換開關(guān)模塊和電 壓通道切換開關(guān)模塊的受控端均連接微處理器的控制端，電流通道切換開關(guān)模塊和電壓通 道切換開關(guān)模塊的開斷均受微控制器控制；電壓通道切換開關(guān)模塊的電壓輸出端連接信號 處理模塊的信號輸入端，信號處理模塊的信號輸出端連接微控制器的信號輸入端，微控制 器的第一信號輸出端連接數(shù)據(jù)存儲模塊的數(shù)據(jù)輸入端，微控制器的第二信號輸出端通過無 線通信模塊連接上位機(jī)，通過上位機(jī)進(jìn)行三維成像和接地網(wǎng)的狀態(tài)評估。
[0007] 所述的可調(diào)直流恒流源包括對產(chǎn)生的恒壓信號輸出進(jìn)行濾波的濾波電路、用于消 除電路中各芯片供電電源對輸出直流恒流源干擾的減法電路、用于增加輸出直流恒流源穩(wěn) 定性的電壓反饋電路、用于最終產(chǎn)生直流恒流源電流的精密電阻、運(yùn)算放大器、對各芯片進(jìn) 行供電的電源和用于直流恒流源校準(zhǔn)以確保直流恒流源穩(wěn)定性的檢流電阻；所述減法電路 的反相輸入端通過濾波電路連接微控制器的數(shù)字信號輸出端，微控制器用于產(chǎn)生一個恒壓 信號并通過反饋信號對恒壓信號的輸出進(jìn)行調(diào)整，減法電路的同相輸入端連接對各芯片供 電電源的正供電管腳，減法電路的輸出端連接電壓反饋電路的反相輸入端；精密電阻一端 連接電壓反饋電路的同相輸入端，精密電阻的另一端同時連接對各芯片供電電源的正供電 管腳和檢流電阻一端，檢流電阻的另一端通過運(yùn)算放大器與微控制器的一個輸出I/O管腳 連接。
[0008] 所述的電流通道切換開關(guān)模塊包括電流注入通道切換控制模塊、多通道模擬開 關(guān)、多路三極管陣列和多路繼電器陣列，多通道模擬開關(guān)、多路三極管陣列和多路繼電器陣 列均通過電流注入通道切換控制模塊連接微控制器的控制端，多通道模擬開關(guān)中的每一個 模擬開關(guān)的電流注入端均連接可調(diào)直流恒流源的電流輸出端，每一個模擬開關(guān)的輸出端分 別對應(yīng)連接到多路三極管陣列中的對應(yīng)三極管的基極，每一個三極管的集電極分別對應(yīng)連 接到多路繼電器陣列中的對應(yīng)繼電器的控制端，每一個繼電器的輸出端連接到多通道接線 插座的電流注入接口上。
[0009] 所述的電壓通道切換開關(guān)模塊的組成元器件與電流通道切換開關(guān)模塊的相同，且 連接關(guān)系與電流通道切換開關(guān)模塊的連接關(guān)系相對稱。
[0010] 所述的信號處理模塊包括電壓隔離電路、低通濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，電壓隔 離電路的信號輸入端連接到電壓通道切換開關(guān)模塊上，電壓隔離電路的信號輸出端連接電 壓隔離電路的信號輸出端連接低通濾波電路的信號輸入端，低通濾波電路的信號輸出端通 過A/D轉(zhuǎn)換電路連接連接微處理器。
[0011] 所述的數(shù)據(jù)存儲模塊采用SD卡存儲器。
[0012] 所述的微控制器采用ARM單片機(jī)，微處理器還連接顯示屏和按鍵。
[0013] 一種基于權(quán)力要求1所述的變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置的變電站接地網(wǎng) 三維數(shù)字化評估方法，包括以下步驟：
[0014] 步驟A :首先，通過變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置采集被測接地網(wǎng)的部分節(jié) 點(diǎn)的電壓值；
[0015] 步驟B :將測取的接地網(wǎng)部分節(jié)點(diǎn)的電壓值發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)利用接地網(wǎng)狀 態(tài)評估系統(tǒng)求解被測接地網(wǎng)各支路電阻值；接地網(wǎng)狀態(tài)評估系統(tǒng)采用基于逆問題的接地支 路導(dǎo)體阻抗計算方法對接地網(wǎng)各支路狀態(tài)進(jìn)行求解，求解過程如下步驟：
[0016] 步驟Bl :將被測接地網(wǎng)等效為純電阻網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)接地網(wǎng)具有N個節(jié)點(diǎn)和B條支路， 則根據(jù)電網(wǎng)絡(luò)理論列方程有：
【主權(quán)項】
1. 一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置，其特征在于：包括微控制器、可調(diào)直流恒 流源、電流通道切換開關(guān)模塊、多通道接線插座、電壓通道切換開關(guān)模塊、信號處理模塊、數(shù) 據(jù)存儲模塊、無線通信模塊和上位機(jī)，微控制器通過自身外設(shè)的D/A轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字 信號控制可調(diào)直流恒流源輸出不同大小的電流；可調(diào)直流恒流源的電流輸出端連接到電流 通道切換開關(guān)模塊的電流注入通道切換開關(guān)上，電流通道切換開關(guān)模塊的電流輸出端連接 到多通道接線插座的電流注入接口上，多通道接線插座的電流輸出端用于連接被測接地網(wǎng) 的節(jié)點(diǎn)，多通道接線插座的電流輸出接口連接到電壓通道切換開關(guān)模塊上，電流通道切換 開關(guān)模塊和電壓通道切換開關(guān)模塊的受控端均連接微處理器的控制端，電流通道切換開關(guān) 模塊和電壓通道切換開關(guān)模塊的開斷均受微控制器控制；電壓通道切換開關(guān)模塊的電壓輸 出端