CN103197133A - 一种基于无线传输的大型地网分流向量测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线传输的大型地网分流向量测量方法，涉及变电站、电厂等大型接地网的接地特性测量技术领域，对运行发电厂、变电站接地网接地阻抗测量时，采用无线传输技术，在测试电流注入点与各出线架构和出线电缆分流测量点之间无线传输相位信息，实时得到各分流向量与测试电流向量之间的相位差，通过数学处理得到流经与出线架空地线相连的各金属构架和出线电缆外护套的异频分流的向量，包括模值大小和相位差。该测量方法解决了以往现场无法测量分流向量的难题，为精确计算运行变电站架空地线和电缆外护套的分流系数提供了技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及电力行业中接地网的测量方法，具体是指一种基于无线传输的大型地网分流向量测量方法。
背景技术
发电厂、变电站接地网除了为各种电气设备提供公共参考地，更重要地，在***发生接地故障或遭受雷击时起到快速有效地泄放故障电流，改善接地网和场区地表地电位分布，保障一、二次设备和人员安全的作用，是维护电力***安全可靠运行、保障人员和设备安全的重要措施。
接地阻抗是表征地网性能的重要参数。接地阻抗的定义为，对地网注入测试电流Im，然后用电压表测得地网相应的电位抬升U，接地阻抗Z=U/Im。可见，接地网的所有测试结果均建立在注入地网的测试电流Im这个基础数据上。准确得到注入当前地网的真实电流值非常重要，直接影响测试结果。
电厂和变电站投运后，架空地线和交联电缆屏蔽层的接入，不可避免地改变了原接地网的拓扑结构，对测试电流产生了较大的分流作用。即仪器输出的测试电流并未全部注入当前地网，而是通过架空地线分流到了远方。如何准确排除变电站架空地线和电缆的分流影响，测得变电站地网的真实接地阻抗，成为长期以来困扰工程技术人员的难题和挑战。
接地网接地阻抗测量时，在接地网的导体上注入一个工频电流或异频电流，电流将在接地网与电流极之间形成回路，得到接地网周围大地表面的一个电位分布，如果接地网是独立的，即接地网与其它金属性接地体无电气连接，则测试电流全部通过待测接地网散流到大地中，此时测量结果反映了接地网的真实接地阻抗。而如果接地网与其它金属接地体存在电气连接，部分测试电流将通过其它金属接地体流出，即其它接地体对测试电流进行分流，对散流做出了贡献，从接地网流过的测试电流减少，导致接地阻抗测量结果偏小。
变电站地网面积较大，地下接地体成网格状埋设布置，地面上的金属构架与外界架空地线相连，同时众多金属构架相互之间通过架构相连，地网、金属构架、架空地线、电缆外护套互相连接在一起，共同构成了一个电阻电感网络，注入地网的交流测试电流在各基金属构架上的分流并非完全的反向，而是存在一定的相位差。对于一些大型的变电站，金属构架架构之间还存在着环流。
由于测试时对地网注入的是一个交流电流，其电流方向以每秒50个左右的正弦波周期在实时变化。要测出金属构架分流的向量，首先要能实时比较出金属构架分流相对于测试电流的相位差。以往变电站地网测量时，由于技术水平和测试设备的限制，很多情况下要么完全不测地线分流，要么只测金属构架分流的模值大小，而不测其相位。不测分流，则未考虑架空地线散流的影响，最终测试电流的计算值偏大；测分流大小（模值）而不测相位差，则只能将所有的分流都当做向地网以外散流，且其方向与注入地网的测试电流完全反相来计算，则最终测试电流的计算值偏小；有时各金属构架所测得的分流模值相加甚至已经超过了注入的测试电流，无法得到符合逻辑的测试结果。只有准确测量出各处分流的向量，然后将测试电流与各分流求向量和，才能得到注入地网的准确电流。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线传输的大型地网分流向量测量方法，该测量方法科学合理，能够现场测量出大型地网的分流向量，为精确计算运行变电站架空地线和电缆外护套的分流系数提供了技术保障。
本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的：一种基于无线传输的大型地网分流向量测量方法，该方法包括如下步骤：
(1)在待测大型地网的任一位置处注入一个异频测试电流，并在测试过程中保持恒定，将该异频测试电流相位定义为参考零相位；
(2)利用电流互感器采样获得该异频测试电流的波形，对该异频测试电流的波形进行选频滤波处理后再进行运算分析，提取波形实时的相位数据，将此相位数据通过无线发射装置发送出去；
(3)采用无线接收装置接收步骤(2)发送来的相位数据，并且将接收来的相位数据送入选频万用表；
(4)选频万用表通过接口连接罗氏线圈，与步骤(1)注入异频测试电流的同时，采用罗氏线圈圈住该大型地网区域内的某一金属构架或某一电缆，获取某一分流电流信号，经过选频滤波处理，排除该某一分流电流信号中的干扰信号后送入选频万用表，得到该某一分流电流的模值大小，选频万用表将获得的某一分流电流与步骤(1)获得的异频测试电流相位信息进行相位比较，得出某一分流电流的相位差和幅值大小，即某一分流电流的分流向量；
(5)采用与步骤(4)相同的方法，逐一计算得出该大型地网区域内的各个金属构架和各个电缆外护套的电流分流向量，将获得的所有电流分流向量进行相加求向量和，得到整体的大型地网分流向量值。
本发明中，所述的大型地网是指变电站或电厂的大型接地网。
本发明中，所述步骤(1)中注入的异频测试电流是指频率范围在40～70Hz之间的异频电流。
本发明中，测试电流注入点和分流电流测量点之间采用无线方式传递相位信息，无线传输有效距离大于50米。
本发明中，所述步骤(4)中的罗氏线圈为长度大于300mm的柔性罗哥夫斯基线圈。
本发明中，所述步骤(4)中排除某一分流电流信号中的干扰信号指的是频率为50Hz的干扰信号。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明测量方法的原理图。
具体实施方式
实施例一
一种基于无线传输的变电站的大型接地网分流向量测量方法，该方法包括如下步骤：
(1)在待测大型地网的任一位置处注入一个53Hz，10A的异频测试电流，并在测试过程中保持恒定，将该异频测试电流相位定义为参考零相位；
(2)利用电流互感器采样获得该异频测试电流的波形，对该异频测试电流的利用上海大帆电气设备有限公司生产的DFWF无线选频通讯仪进行选频滤波处理和运算分析，提取波形实时的相位数据，将此相位数据通过无线发射装置发送出去；
(3)采用无线接收装置接收步骤(2)发送来的相位数据，并且将接收来的相位数据送入上海大帆电气设备有限公司生产的DF9006选频万用表；
(4)DF9006选频万用表通过接口连接罗氏线圈，该罗氏线圈为长度大于300mm的柔性罗哥夫斯基线圈，与步骤(1)注入异频测试电流的同时，采用罗氏线圈圈住该大型地网区域内的某一金属构架或某一电缆，获取某一分流电流信号，经过选频滤波处理，排除该分流电流信号中的频率为50Hz的干扰信号，得到该分流电流中的53Hz波形，DF9006选频万用表将获得的分流电流波形与步骤(3)获得的53Hz测试电流相位信息进行相位比较，得出该分流电流的相位差和幅值大小，即该分流电流的分流向量，其中测试电流注入点和分流电流测量点之间采用无线方式传递相位信息，无线传输有效距离大于50米；
(5)采用与步骤(4)相同的方法，逐一计测量大型地网区域内的所有金属构架和各个电缆外护套的电流分流向量，记录各构架基脚以及电缆的分流电流模值，以及与53Hz测试电流之间的相角差；
（6）将异频测试电流作为参考向量I∠0°，计算所有构架基脚以及电缆的分流电流向量的分流向量和，
I2∠θ2：现场所测得的分流向量2；In∠θn：现场所测得的分流向量n；
然后用异频测试电流的向量减去分流向量和，即得到大型接地网散流的实际电流值I地网，
I地网∠θ：实际注入定的电流向量值；I∠0°：注入的测试电流，其相角位0；
I∑∠θ∑：各构架总的分流向量和；
同时还可以得到架空地线和电缆外护套对测试电流的分流系数
η=（I地网/I）×100%
作为本实施例的变换，所述步骤(1)中注入的异频测试电流可以选取频率范围在40～70Hz之间的异频电流。
本实施例的测量方法也可以应用于诸如电厂等的大型接地网，测量方法相同。
如图1所示，做接地阻抗测量时，依据DL/T475－2006《接地装置特性参数测量导则》中规定的方法，用一台变频信号源，对地网注入一个异频电流Im，并在测量全程中保持该电流稳定。利用电流互感器对注入的测试电流取样，经过AD转换及选频滤波运算处理，得到测试电流的波形和相位信息，将该相位定义为基准相位，即零相位。
将该基准相位信息无线发射出去，远端选频万用表内置有无线接收装置，可无线接收到该相位数据，并将该数据处理后送入选频万用表的CPU。
同时选频万用表另一个端口接长度为300mm以上的罗氏线圈（柔性电流互感器），圈住与架空地线相连的金属构架，采样取得金属构架上的分流电流信号；经过AD转换及选频滤波运算处理，排除50Hz及其它干扰，提取出异频电流的波形信息，也送入CPU。CPU运算比较出并分流电流相位与无线接收到的测试电流相位进行比较，则可得到该基金属构架分流的大小和相位差，即可得到该基金属构架分流的向量。
依据上述方法，测量变电站内所有与架空地线相连的金属构架上的分流，以及交联电缆外护套上的分流，得到各分流的向量。将所有分流的向量进行复数相加求向量和，则可得到整体的地线分流值。
上述方法实施中，有几个关键的技术难点：（1)如何在强干扰下提取微弱的分流信号。考虑到构架基脚、铁塔塔脚和高压电缆外护套尺寸较大，申请人已专门开发出既满足尺寸要求，又保证足够精度的柔性罗哥夫斯基线圈，简称罗氏线圈，解决了地网接地阻抗实测中的分流测量问题。（2）现场所测电流信号干扰的滤除和选频滤波处理。目前已开发出相应的抗干扰选频滤波处理***，可对现场所测得微弱信号进行处理。（3）相位信息的通讯传递。由于变电站面积较大，而分流测试时需要在场区范围内持选频万用表四处移动测量，需要设计好一套装置将相位信息准确可靠的传递给远端移动的选频万用表。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明的上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于无线传输的大型地网分流向量测量方法，该方法包括如下步骤：
(1)在待测大型地网的任一位置处注入一个异频测试电流，并在测试过程中保持恒定，将该异频测试电流相位定义为参考零相位；
(2)利用电流互感器采样获得该异频测试电流的波形，对该异频测试电流的波形进行选频滤波处理后再进行运算分析，提取波形实时的相位数据，将此相位数据通过无线发射装置发送出去；
(3)采用无线接收装置接收步骤(2)发送来的相位数据，并且将接收来的相位数据送入选频万用表；
(4)选频万用表通过接口连接罗氏线圈，与步骤(1)注入异频测试电流的同时，采用罗氏线圈圈住该大型地网区域内的某一金属构架或某一电缆，获取某一分流电流信号，经过选频滤波处理，排除该某一分流电流信号中的干扰信号后送入选频万用表，得到该某一分流电流的模值大小，选频万用表将获得的某一分流电流与步骤(1)获得的异频测试电流相位信息进行相位比较，得出某一分流电流的相位差和幅值大小，即某一分流电流的分流向量；
(5)采用与步骤(4)相同的方法，逐一计算得出该大型地网区域内的各个金属构架和各个电缆外护套的电流分流向量，将获得的所有电流分流向量进行相加求向量和，得到整体的大型地网分流向量值。
2.根据权利要求1所述的基于无线传输的大型地网分流向量测量方法，其特征在于：所述的大型地网是指变电站或电厂的大型接地网。
3.根据权利要求1所述的基于无线传输的大型地网分流向量测量方法，其特征在于：所述步骤(1)中注入的异频测试电流是指频率范围在40～70Hz之间的异频电流。
4.根据权利要求1所述的基于无线传输的大型地网分流向量测量方法，其特征在于：测试电流注入点和分流电流测量点之间采用无线方式传递相位信息，无线传输有效距离大于50米。
5.根据权利要求1所述的基于无线传输的大型地网分流向量测量方法，其特征在于：所述步骤(4)中的罗氏线圈为长度大于300mm的柔性罗哥夫斯基线圈。
6.根据权利要求1所述的基于无线传输的大型地网分流向量测量方法，其特征在于：所述步骤(4)中排除某一分流电流信号中的干扰信号指的是频率为50Hz的干扰信号。
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