接地電阻在線監(jiān)測實(shí)現(xiàn)與分析

林世祺

摘要：本文基于電磁感應(yīng)的非接觸式接地電阻測量法，構(gòu)建GPRS功能的接地電阻在線監(jiān)測平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了接地電阻和接地狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，有效提高監(jiān)測效率和管理水平。利用2016年-2017年監(jiān)測的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證在線監(jiān)測平臺(tái)采集數(shù)據(jù)與現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差對比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：監(jiān)測系統(tǒng)和環(huán)路電阻測試儀測量值總體一致，接地電阻數(shù)據(jù)整體誤差控制在5%以內(nèi)，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

Abstract： Based on the non-contact grounding resistance measurement method of electromagnetic induction， this paper constructs a grounding resistance on-line monitoring platform with GPRS function， achieves the real-time monitoring of grounding resistance and grounding status， and effectively improves monitoring efficiency and management level. Using the data monitored from 2016 to 2017， it verifies the data collected in online monitoring platform and field test data for error comparison analysis. The experimental results show that the measured values of the monitoring system and the loop resistance tester are generally consistent， and the overall error of the grounding resistance data is controlled within 5%， so the expected design goal can be achieved and the system can operate stably and reliably.

關(guān)鍵詞：防雷設(shè)施；接地電阻；在線監(jiān)測

Key words： lightning protection facilities；grounding resistance；online monitoring

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）30-0117-04

0 引言

在氣象系統(tǒng)防雷工作中，防雷設(shè)施接地性能成為評價(jià)防雷效果的重要參數(shù)之一。由于溫度、濕度、降水等氣象因素的影響，接地裝置每季度都會(huì)有不同程度的腐蝕，使建筑物和設(shè)備接地電阻阻值發(fā)生變化，從而存在安全隱患。一旦遭受雷擊，強(qiáng)電流入地時(shí)產(chǎn)生較高的殘壓，影響到附近人身安全和設(shè)備設(shè)施的安全運(yùn)行。因此，必須加大力度對接地電阻變化進(jìn)行監(jiān)測。目前，測量接地電阻手段大部分都是依靠人工方式進(jìn)行測量，智能化管理程度低、測量方式和操作存在諸多不便，無法做到實(shí)時(shí)檢測，也無法對接地狀態(tài)異常情況進(jìn)行有效監(jiān)控。本文分析基于GPRS電磁感應(yīng)的接地電阻檢測方法，可以方便地實(shí)現(xiàn)接地電阻在線監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌握接地電阻的阻值變化，保障人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全。

1 本系統(tǒng)的接地電阻測量原理和監(jiān)測方法

1.1 接地電阻測量原理

本系統(tǒng)主要采用的是用接地電阻測試儀測量防雷系統(tǒng)回路電阻的監(jiān)測方法。在監(jiān)控回路上上選取合適的位置安裝接地電阻監(jiān)測儀對接地電阻實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，使用非接觸式的鉗表法測試地網(wǎng)接地電阻阻值。接地電阻測試儀一般根據(jù)歐姆定律設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)采用非接觸式的鉗表法，鉗表法基于法拉第電磁感應(yīng)原理工作，測量時(shí)鉗口閉合，接地電阻監(jiān)測儀的電壓發(fā)生器線圈發(fā)出激勵(lì)脈沖信號(hào)，在被測量的接地閉合回路上發(fā)生一個(gè)恒定的交流電壓E，在磁場的作用下被測回路感應(yīng)出電流I。在測得接地回路中的電壓和電流后，根據(jù)歐姆定律：R=E/I便可獲得被測回路電阻，并采集提取接地電阻信息。若沒有形成回路的接地系統(tǒng)，需要增加輔助接地網(wǎng)使其形成回路。因此，在地網(wǎng)布設(shè)時(shí)，兩組地網(wǎng)是獨(dú)立分開的。測量原理如圖1所示。

接地電阻監(jiān)測儀所測量出的接地電阻R是由被測物地網(wǎng)A接地電阻R1、地網(wǎng)B接電阻值R2和其它回路電阻值R3（防雷接地引下線的阻值、金屬連接線的阻值和接線之間的接觸電阻之和）等3部分組成。也就是儀表顯示出來的是R1、R2和R3總和，如果地網(wǎng)B阻值為1歐姆，其它回路電阻為0.5歐姆，那么被測物地網(wǎng)A接地電阻R1為2.5歐姆。根據(jù)這個(gè)原理就可以判斷電阻值是否合格。

1.2 接地狀態(tài)的監(jiān)測方法

我們利用上述這個(gè)特點(diǎn)，將防雷接地引下線或輔助接地引線穿過在線監(jiān)測儀中心并形成回路，在儀器上實(shí)時(shí)在線監(jiān)測地網(wǎng)接地阻值，從而判斷所測接地電阻是否合格和接地狀況（閉合或分開）。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)基于WINDOWS環(huán)境開發(fā)，組合選用B/S架構(gòu)和C/S架構(gòu)。系統(tǒng)組成一個(gè)完整的信息化管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)接地電阻采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控接地狀態(tài)、數(shù)據(jù)處理分析、出現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警、通訊管理、數(shù)據(jù)保存、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。

接地電阻在線監(jiān)測系統(tǒng)整體架構(gòu)主要由：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)測信息傳輸系統(tǒng)、WebGIS平臺(tái)3個(gè)部分組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要功能是對電阻阻值數(shù)據(jù)、接地狀態(tài)及空開狀態(tài)等信息采集。監(jiān)測信息傳輸系統(tǒng)主要完成從數(shù)據(jù)采集模塊到云平臺(tái)及管理后臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸。WebGIS平臺(tái)基于地圖數(shù)據(jù)的信息展示分析平臺(tái)，將監(jiān)測點(diǎn)地理位置上傳到基于WebGIS平臺(tái)上實(shí)時(shí)顯示和報(bào)警，采用可視化曲線顯示電阻數(shù)值和變化趨勢，對超出設(shè)定閥值部位進(jìn)行報(bào)警。（圖2）

3 接地電阻在線監(jiān)測平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

3.1 接地電阻在線監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)分布圖（圖3）

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)

監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)，采集模塊采集數(shù)據(jù)后通過GPRS傳輸至云平臺(tái)中心，經(jīng)運(yùn)算分析后在WebGIS平臺(tái)上實(shí)時(shí)顯示。點(diǎn)擊“設(shè)備監(jiān)控”，顯示“實(shí)時(shí)監(jiān)測”頁簽，在“站點(diǎn)名稱”“開始時(shí)間”“結(jié)束時(shí)間”和“按屬性值”內(nèi)選擇相應(yīng)參數(shù)值，按“查詢”鍵后顯示“站點(diǎn)名稱”“監(jiān)測位置”“測量時(shí)間”“接地電阻”“報(bào)警閥值”和“地網(wǎng)狀態(tài)”等監(jiān)測內(nèi)容。也可以根據(jù)需要設(shè)定條件，選擇“導(dǎo)出excel表”來導(dǎo)出所需實(shí)時(shí)監(jiān)測的接地電阻值。（圖4）

3.3 接地地阻監(jiān)測和預(yù)警

數(shù)據(jù)采集器通過與配置接地電阻測試儀通訊，獲取測量的接地電阻值。監(jiān)測實(shí)時(shí)顯示并保存地網(wǎng)接地電阻的數(shù)值。操作時(shí)點(diǎn)擊“實(shí)時(shí)監(jiān)測”和“地網(wǎng)”進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，測量等待時(shí)間大約需要20秒，結(jié)束后頁面中的“測量時(shí)間”，“地網(wǎng)阻值”，“地網(wǎng)狀態(tài)”會(huì)顯示結(jié)果。兩次測量間隔不得小于1分鐘。設(shè)定接地電阻阻值的上限值與下限值，當(dāng)實(shí)測阻值大于設(shè)定閾值時(shí)，地網(wǎng)狀態(tài)顯示異常，顏色為紅色。監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)發(fā)送異常情況報(bào)警窗口，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)信息，發(fā)送短信報(bào)警內(nèi)容告知測試點(diǎn)現(xiàn)場工作人員。

3.4 歷史數(shù)據(jù)查詢

選擇“統(tǒng)計(jì)分析”模塊，按需選擇“站點(diǎn)名稱”等條件信息，點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)”鍵出現(xiàn)如圖5所示的接地電阻趨勢信息。接地地阻統(tǒng)計(jì)方式可以選擇日平均或周平均?？梢越y(tǒng)計(jì)最近一天最近一周或最近一月。

4 接地電阻數(shù)據(jù)對比及誤差分析

接地電阻在線監(jiān)測儀采用非接觸式的鉗表法測試地網(wǎng)接地電阻阻值。我們采用測量儀器CA6412環(huán)路電阻測試儀進(jìn)行做實(shí)驗(yàn)，通過儀器所測數(shù)據(jù)與系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，分析所測數(shù)據(jù)誤差大小。由于測量儀器的精度比較高，經(jīng)排查測試現(xiàn)場沒有干擾信號(hào)，測量儀器誤差可忽略不計(jì)。如圖6和圖7所示分別為中山市監(jiān)測點(diǎn)1、2從2016年11月至2017年2月系統(tǒng)測試電阻值與環(huán)路電阻測試儀測出的電阻值趨勢對比圖。

從兩個(gè)測試點(diǎn)數(shù)據(jù)對比分析：

兩個(gè)測試點(diǎn)，從11月到次年2月總趨勢是接地電阻在不斷變大。原因?yàn)槎居晁疁p少，中山地區(qū)受土壤含水量下降等氣象因素影響變得干燥，導(dǎo)致接地體附近土壤電阻率上升，防雷接地系統(tǒng)接地電阻抬升。

從數(shù)據(jù)可知，環(huán)路電阻測試儀和監(jiān)測系統(tǒng)測量值總體一致，在可控誤差范圍。環(huán)路電阻測試儀檢測數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)量機(jī)構(gòu)檢定，設(shè)備誤差可以忽略不計(jì)。測試點(diǎn)1測得的接地電阻值在2.2～3.4歐姆之間，相對差值最高為0.3歐姆。其中1月12日至2月11日數(shù)值基本吻合，整體誤差普遍在3%以內(nèi)；另外監(jiān)測點(diǎn)2接地電阻值在1.7～2.5歐姆之間，相對差值最高為0.3歐姆，整體誤差普遍在5%以內(nèi)。接地電阻監(jiān)測儀誤差是由于在測量時(shí)受到測量角度、方向方法的作用，同時(shí)測量時(shí)間不一致也會(huì)導(dǎo)致誤差，總體上符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求誤差控制在5%以內(nèi)的目標(biāo)。

通過實(shí)驗(yàn)對比，分析所測數(shù)據(jù)誤差大小。分別在線監(jiān)測系統(tǒng)與環(huán)路電阻測試儀采用監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行精確誤差分析，再結(jié)合監(jiān)測參數(shù)值進(jìn)行誤差對比分析。經(jīng)過驗(yàn)證比對實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：環(huán)路電阻測試儀和監(jiān)測系統(tǒng)測量值總體一致，接地電阻數(shù)據(jù)整體誤差控制在5%以內(nèi)，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

5 總結(jié)

本接地電阻在線監(jiān)測系統(tǒng)，基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、監(jiān)控、分析以及處理，實(shí)現(xiàn)了接地阻值變化趨勢的實(shí)時(shí)監(jiān)測，大大提高了接地電阻檢測的自動(dòng)化程序，節(jié)約了人力、物力資源且提高了效率。本文利用2016～2017年監(jiān)測的數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差對比結(jié)果表明：環(huán)路電阻測試儀和監(jiān)測系統(tǒng)測量值總體一致，接地電阻數(shù)據(jù)整體誤差控制在5%以內(nèi)，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

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