智能接地導(dǎo)通檢測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

王榮 徐懂理 張留玲

摘 要：給出實(shí)用的接地導(dǎo)通檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量原理及方法，針對(duì)干擾提出系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式，進(jìn)而羅列出導(dǎo)通性檢測(cè)性能判定范圍，并設(shè)計(jì)出智能接地導(dǎo)通檢測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及運(yùn)行檢測(cè)說(shuō)明了所依據(jù)測(cè)量原理的正確性以及設(shè)計(jì)方法的可行性，具有廣泛的工程研究?jī)r(jià)值，可以保障作業(yè)人員的安全，在電力設(shè)備的應(yīng)用與生產(chǎn)中具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)通性;接地;干擾;智能;檢測(cè)系統(tǒng)

0? ? 引言

接地線是電力檢修過(guò)程中的必備工具，可以在已停電的設(shè)施、線路上意外呈現(xiàn)電壓或臨近帶電體產(chǎn)生靜電感時(shí)，保證工作人員的安全，在電力生產(chǎn)中具有十分重要的意義[1-2]。因此，需考慮接地設(shè)備與地網(wǎng)的連接是否牢固，焊接點(diǎn)、接地線是否發(fā)生腐蝕，更為重要的是檢查接地線有無(wú)斷裂。即使地網(wǎng)的接地電阻等其他指標(biāo)都合格，若設(shè)備的接地引下線或地網(wǎng)主干線發(fā)生斷裂，仍會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的事故[3-4]。在掛設(shè)接地線時(shí)，電力工作者不知道所掛接地設(shè)備是否接地良好，需要進(jìn)行相關(guān)的電位檢測(cè)以防設(shè)備假接地而造成人身傷害及設(shè)備損壞[5-7]。另外，在兩次接地線檢測(cè)工作的間隙時(shí)間，存在因外力引起的接地線內(nèi)部斷股、斷線而操作人員并不知曉這些問題的隱患，從而會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)電傷人等危險(xiǎn)的發(fā)生[8-9]。

鑒于接地線通斷無(wú)法自我直接檢測(cè)出來(lái)，為判斷接地是否良好，計(jì)劃在原裝置基礎(chǔ)上改造設(shè)計(jì)出接地導(dǎo)通檢測(cè)系統(tǒng)，使得其能夠自我檢測(cè)并警示現(xiàn)場(chǎng)檢修人員。通過(guò)先前對(duì)電網(wǎng)職工的問詢和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，我們研發(fā)出一種便攜式接地線智能檢測(cè)裝置，能從檢測(cè)技術(shù)上確認(rèn)輸電線路的接地線狀態(tài)，從而有效避免安全事故的發(fā)生。

1? ? 工作原理

1.1? ? 檢測(cè)方法

綜合接地電阻測(cè)量以及等電位連接檢測(cè)的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用伏安法測(cè)量電阻值，測(cè)量過(guò)程采用非接觸式的鉗表法。如圖1所示，鉗表法的工作原理是法拉第電磁感應(yīng)定律：交流激勵(lì)通過(guò)激勵(lì)鉗口進(jìn)入回路，當(dāng)導(dǎo)線中有激勵(lì)通過(guò)時(shí)，即可提取出電阻信息。

圖中U和I為測(cè)量?jī)x的電壓鉗口輸入電壓和電流鉗口感應(yīng)輸出電流，Rx為被測(cè)電阻，R1，R2，…，Rn為其他接地點(diǎn)的電阻，皆存在于多點(diǎn)接地系統(tǒng)中。通常Rx遠(yuǎn)大于并聯(lián)R1，R2，…，Rn所得的總電阻值，簡(jiǎn)化后的測(cè)量原理如圖2所示。

1.2? ? 計(jì)算方法

在計(jì)算過(guò)程中，對(duì)所需變量做如下假設(shè)：引線間干擾電流量為I0，被測(cè)回路中電流量為I，被測(cè)電阻為R0。U0表示電阻通過(guò)干擾電流量時(shí)的電壓值，此時(shí)Ur0表示導(dǎo)通電阻的電壓值。引線之間的電阻值為Rx，R1、Rref是標(biāo)準(zhǔn)的分壓電阻，滿足條件R1遠(yuǎn)大于Rref（導(dǎo)通電阻的電壓是Uref）。差分放大電路對(duì)所得電壓信號(hào)放大K倍，得到的處理后的電壓信號(hào)為Uin0，Uin1則是電壓信號(hào)Uref經(jīng)過(guò)處理放大之后的測(cè)量信號(hào)。根據(jù)要求，信噪比需要大于60 dB，其公式如下：

SNR=10lg

=10lg

=20lg≥60? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

由式（1）計(jì)算出：

Is≥1 000I0? ?（2）

在電源模塊運(yùn)行前，處理器依照式（2）和先前測(cè)量的干擾電流I0=U0/R0預(yù)調(diào)整輸出電流。

在電源模塊運(yùn)行后，則可根據(jù)采集的測(cè)量電路原理得出：

=? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

=? （4）

==K? （5）

Rx=·（R1+Rref）-（Rm+R0）? ? ?（6）

2? ? 導(dǎo)通性判別

經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出，導(dǎo)通性能狀況與導(dǎo)通電阻值存在表征關(guān)系，如表1所示。當(dāng)導(dǎo)通電阻值在50 mΩ以下時(shí)，接地導(dǎo)體及接地引線才能處于相對(duì)良好的工作狀態(tài);當(dāng)導(dǎo)通電阻值在50～200 mΩ范圍時(shí)狀態(tài)尚可，應(yīng)當(dāng)在之后的測(cè)試中注重觀察其變化并檢查重要電氣設(shè)備的接地引線;當(dāng)導(dǎo)通電阻值在200～1 000 mΩ范圍內(nèi)表示狀況不佳，應(yīng)當(dāng)盡快排查接地引線故障的問題所在，并在必要時(shí)檢查處理其他設(shè)備;當(dāng)導(dǎo)通電阻值在1 Ω以上時(shí)，表明問題出現(xiàn)在接地導(dǎo)體與引線間，易發(fā)生腐蝕斷裂，使接地裝置的安全運(yùn)行受到阻礙，應(yīng)當(dāng)及時(shí)排查故障。

3? ? 檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1? ? 具體功能

（1）首先裝置對(duì)被測(cè)試電氣設(shè)備接地引下線之間的連接電阻進(jìn)行測(cè)量，按圖2連接好線路。

（2）被測(cè)回路上的電阻的電壓接受該檢測(cè)系統(tǒng)中I/V轉(zhuǎn)換電路的采樣、放大、分析之后，電壓信號(hào)U0經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換傳入處理器。

（3）將信號(hào)U0傳輸?shù)奖狙b置的處理器上，運(yùn)用其計(jì)算功能計(jì)算出干擾電流，并將輸出的測(cè)試電流值調(diào)整到Is≥1 000I0，以達(dá)到信噪比公式的條件。

（4）被測(cè)回路上的電阻及導(dǎo)通電阻的電壓接受該檢測(cè)系統(tǒng)中I/V轉(zhuǎn)換電路的采樣、放大、分析處理后，電壓信號(hào)Uin1和Uin2經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換傳入處理器。

（5）處理器接收A/D轉(zhuǎn)換電路傳輸?shù)男盘?hào)Uin1和Uin2時(shí)，通過(guò)計(jì)算程序，計(jì)算得到導(dǎo)通電阻的值為：

Rx=（R1+Rref）-（Rm+R0）? ? ? ? ? ? ? ?（7）

（6）LCD顯示電路接收處理器處理的數(shù)據(jù)之后，經(jīng)過(guò)分析處理，以語(yǔ)音的形式將信息傳遞給工作人員。