一種桿塔接地電阻在線監(jiān)測系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

何金波　王興兵　邱衛(wèi)衛(wèi)　劉斌

摘 要：文章簡要介紹了桿塔接地電阻的測試方法，鉗形接地電阻儀的測量原理和缺陷，還介紹了一種桿塔接地電阻在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。架空輸電線路桿塔接地的作用是在雷擊狀態(tài)下將沖擊電流或雷電流通過桿塔基礎(chǔ)的自然接地和人工水平接地體導(dǎo)入大地，以保護(hù)設(shè)備的安全。所以，對桿塔接地電阻的測試是非常重要的。

關(guān)鍵詞：接地電阻 在線監(jiān)測 測試 方案 設(shè)計(jì)

中圖分類號：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（b）-0041-02

在架空輸電線路設(shè)計(jì)中，防雷設(shè)計(jì)是必須考慮的一個(gè)重要因素，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，雷擊輸電線路而引起的事故也日益增多，據(jù)資料介紹：在我國高壓輸電線路的總跳閘次數(shù)中，由雷擊引起的約占40%～70%，尤其在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，雷擊輸電線路而引起的事故率更高，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。架空輸電線路桿塔接地的作用是在雷擊狀態(tài)下將沖擊電流或雷電流通過桿塔基礎(chǔ)的自然接地和人工水平接地體導(dǎo)入大地，以保護(hù)設(shè)備的安全。所以，對桿塔接地電阻的測試是非常重要的。

1 常規(guī)的桿塔接地電阻測試方案

常規(guī)的測試方案大致分為兩類。

1.1 使用接地電阻測試儀等儀器

這種測試方案，不能直接進(jìn)行測試。因所有桿塔接地裝置都是并聯(lián)在一起，使用這種注入電流的測試方案，會因接地裝置的分流，而導(dǎo)致測試結(jié)果偏小，造成很大的數(shù)據(jù)誤差，所以使用注入電流的方案測試，需要將桿塔接地裝置與避雷線斷開，同時(shí)設(shè)置輔助電極進(jìn)行測試。這種方案有兩個(gè)弊端，一個(gè)是拆卸接地導(dǎo)體，工作量很大，二是測試中，只對接地導(dǎo)體進(jìn)行了測試，卻無法測試架空線連接的好壞。

1.2 使用鉗形接地電阻表進(jìn)行測試

這種方案不需要外接設(shè)備電源，不需要斷開接地導(dǎo)體，不需要設(shè)置輔助電極，測試時(shí)只需要用鉗表卡在接地導(dǎo)體上，即可測試此桿塔的接地電阻。鉗形接地電阻表的測試原理如圖1所示。

鉗形接地電阻表的基本原理是測量回路電阻。先由鉗表的高頻變壓器給被測接地回路一個(gè)激勵(lì)脈沖信號，在被測回路上感應(yīng)一個(gè)脈沖電勢E，在電勢E的作用下在被測回路產(chǎn)生電流I。傳感器對E及I進(jìn)行測量，并通過公式：R=E/I即可得到被測回路電阻。這種鉗形表具備功耗小，采用的脈沖測試方式，抗干擾能力強(qiáng)，設(shè)備體積小重量輕，測試不需要輔助電極和測試線，測試的效率很高等諸多優(yōu)勢。實(shí)際上，鉗表在RA處測試，得到的R是RA值和RB、RC……RN并聯(lián)阻值R并的阻值之和。因?yàn)镽B//RC//……//RN<

桿塔接地系統(tǒng)中因土壤或某些接地導(dǎo)體的腐蝕或接觸不良，會使整個(gè)接地回路電阻變大。因?yàn)楦g或接觸不良的情況不一定只存在于接地導(dǎo)體中，還可能存在于引下線等位置，故僅依靠測量接地體自身的接地電阻不一定可以發(fā)現(xiàn)。鉗表法測得的是回路電阻，因此不但可測接地體接地電阻值，還可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)接地回路的接觸和連接情況，這是傳統(tǒng)的接地測試儀器無法做到的。所以目前對桿塔接地電阻的測試，還是以鉗表式儀器居多[1][2]。

2 兩種測試方案的缺陷

上述兩種桿塔接地電阻的測試方案，雖然鉗表法有巨大的優(yōu)勢，但是在實(shí)際應(yīng)用中還是有一些不足。

（1）存在著工作量大，效率低的弊端。

雖然鉗表法做到了一卡即測，但是，相對于數(shù)量巨大的線路桿塔，這個(gè)工作量還是很大的。人工進(jìn)行逐一測試，效率很低，雖然測試的過程時(shí)間很短，但是主要的時(shí)間浪費(fèi)在路程上。

（2）因桿塔數(shù)量大，所以完成一個(gè)測試周期需要的時(shí)間長，測試的數(shù)據(jù)只能反映測量當(dāng)時(shí)的接地情況。

這對于不同氣候條件下的接地情況無法準(zhǔn)確的測試分析，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)接地不良的故障[3]。

綜合以上情況，筆者決定設(shè)計(jì)一套能夠?qū)崟r(shí)測試桿塔接地電阻的測試方案。

3 方案關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)方案中，有以下幾點(diǎn)需要重點(diǎn)討論：

（1）測試裝置的硬件設(shè)計(jì)。

（2）供電電源的設(shè)計(jì)。

（3）通訊方案的設(shè)計(jì)。

（4）上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。

4 具體設(shè)計(jì)方案

4.1 測試裝置軟硬件設(shè)計(jì)

所有的測試裝置，是根據(jù)現(xiàn)有的鉗形接地電阻測試儀改進(jìn)而來。測試原理不變，先由裝置的高頻變壓器給被測接地回路一個(gè)激勵(lì)脈沖信號，在被測回路上感應(yīng)一個(gè)脈沖電勢E，在電勢E的作用下在被測回路產(chǎn)生電流I。傳感器對E及I進(jìn)行測量，并通過公式：R=E/I即可得到被測回路電阻。在硬件上，將可開口式鉗形電流表，更換為閉口鐵芯穿芯式高頻變壓器結(jié)構(gòu)，裝置工作時(shí)，會套裝在桿塔接地引下線上。內(nèi)部電路，增加激勵(lì)電源的功率裕量，增加電源變換電路、通訊電路。裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖2。

4.2 供電電源設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)需裝設(shè)在室外桿塔接地引線上，對于固定電源不太容易裝設(shè)，因此系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)為太陽能電池加鉛酸蓄電池方案。陽光充足時(shí)，有太陽能電池給系統(tǒng)供電同時(shí)給電池充電，陰天和夜晚，由電池供電。在蓄電池的選擇上，可選方案有鎳氫電池組、鋰電池組、鉛酸蓄電池組。其中，鎳氫電池組具有較強(qiáng)的記憶效應(yīng)，不利于長期應(yīng)用；鋰電池壽命較長，但是其對環(huán)境溫度敏感，現(xiàn)場環(huán)境可能很高，會造成鋰電池老化失效；因此，蓄電池選擇了使用維護(hù)相對簡單且比較耐用的免維護(hù)鉛酸蓄電池。供電電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3。

4.3 通訊方案設(shè)計(jì)

參考同類系統(tǒng)的通訊方案，考慮施工的可能性，可選方案有：有線傳輸、無線傳輸、GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸。三種方案各有優(yōu)勢和缺陷。有線傳輸方式，比較穩(wěn)定，但是輸電線路桿塔的距離跨度很大，敷設(shè)有線通訊電纜有點(diǎn)不太現(xiàn)實(shí)，需要耗費(fèi)的人力物力太大，所以有線方案被放棄。無線傳輸方案，實(shí)施是能夠完成的，但是無線通訊有距離限制，所以也無法全部采用。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸，此方案不需布線，也沒有距離限制，只要有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)即可正常通訊。目前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基本全覆蓋，能夠滿足使用要求。但是，由于桿塔數(shù)量巨大，如果每個(gè)裝置配備一套GPRS傳輸設(shè)備，則需要每套配備一張資費(fèi)卡，這個(gè)費(fèi)用也是非常高的。不僅設(shè)備費(fèi)用高，運(yùn)行費(fèi)用也很高。所以完全使用網(wǎng)絡(luò)傳輸也不好實(shí)現(xiàn)。綜合三種傳輸方案，最終設(shè)計(jì)成無線傳輸和網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)合方式。首先，使用無線傳輸方案，將5～10套設(shè)備組成小局域網(wǎng)，設(shè)置一臺數(shù)據(jù)集中器，小局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備通過無線通信方式，將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)集中器，在數(shù)據(jù)集中器內(nèi)設(shè)置一套GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，將數(shù)據(jù)上傳，在終端計(jì)算機(jī)處，設(shè)置一套GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備接收數(shù)據(jù)及發(fā)送測試命令，完成全部的數(shù)據(jù)采集傳輸及控制。

通訊系統(tǒng)的示意圖如圖4所示。

4.4 上位機(jī)軟件方案

上位機(jī)軟件可以時(shí)時(shí)顯示被測接地電阻值，可以設(shè)置自動(dòng)監(jiān)控記錄時(shí)間，間隔記錄時(shí)間為1～200 h，記錄數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲報(bào)表，方便歷史查詢、分析監(jiān)測點(diǎn)接地阻值的變化情況。可以設(shè)置接地電阻值異常數(shù)據(jù)報(bào)警。軟件可以對任意測試裝置進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容包括設(shè)備地址、工作方式、測量間隔等參數(shù)。

5 結(jié)語

實(shí)踐證明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)桿塔接地電阻實(shí)時(shí)監(jiān)測，對接地電阻的變化趨勢能夠以曲線方式顯示，觀察直觀方便。

另外，該套系統(tǒng)還可以應(yīng)用于獨(dú)立接地設(shè)備的接地電阻實(shí)時(shí)測量。將獨(dú)立接地設(shè)備增加輔助接地極并安裝該系統(tǒng)內(nèi)的測量裝置，同樣能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電氣設(shè)備的接地電阻值。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉澤生，徐家奎，張紹文，等.幾種桿塔接地電阻測量儀器和方法的比較[J].高電壓技術(shù)，2001，27（5）：76-77.

[2] 厲天威，何民，盧本初，等.輸電線路桿塔接地電阻的簡化計(jì)算[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（9）：170-175.

[3] 陳建志，石秀剛.桿塔接地電阻測試技術(shù)研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006（S2）：495-498.