CN216411412U - 一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，包括控制运算单元以及与控制运算单元分别信号连接的功率源、多个电流测量单元，电流测量单元包括罗氏线圈电流传感器以及钳形电流传感器，功率源的输入连接控制运算单元的输出，用于向测量回路中输出激励电压信号；罗氏线圈电流传感器以及钳形电流传感器的输出分别连接控制运算单元的输入，用于分别在杆塔接地的多端网络不同位置测量感应电流信号；控制运算单元用于控制输出激励电压信号，以及对测得的感应电流信号进行采集与计算。本实用新型可以进行不同模式组合的电流测量以及不同位置的电流测量，实现现场不同尺寸电流环路的测量，具有较广的适用性。

Description

一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备

技术领域

本实用新型涉及防雷接地技术领域，具体涉及一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备。

背景技术

多端口输电杆塔相关的设计、交接验收和预防性试验标准和规程，均要求测量工频接地电阻。目前输电线路杆塔接地装置的接地电阻测量，主流方法是三极法和钳表法，前者是原理性方法，但在实施过程中，由于接地装置的隐蔽工程特征，造成布线和测量电极布置不合理带来较大的误差，加上现场布线路径受限和工作强度大，三极法的实操性较差。钳表法因操作简单而受欢迎，钳表法实际上是测量杆塔接地阻抗与杆塔架空地线和临近杆塔的接地阻抗形成的回路阻抗，在一定条件下才近似为所测杆塔接地装置的接地阻抗。在接地***接触良好的情况下，钳表法能正确测量出整个泄流通道的接地电阻，而且使用的方法简单，工作量小，效率高。但是在接触不良时，测量的误差较大，而且整个测量回路和多个电阻值有关，不能判断超标电阻值产生的位置，因此具有很大的局限性。并且传统的钳表法测试时电压注入线圈与电流测量线圈集合在同一个钳口内，线圈间的互感效应不能忽略，其干扰程度足够影响到测量精度；钳口内径小，而现在大多数输电线路杆塔及电气设备使用的接地线接地体跨度较大，普通单钳口式测量仪的口径无法测量。还由于杆塔自然接地体自电阻和互电阻分流带来的原理性误差，传统的钳表法只能作为辅助性测量方法，在很多地方限制使用甚至禁用。

传统测量方式将输电杆塔接地装置视为单一集中式的阻抗模型，导致了现在接地阻抗测量设备的测量模式单一，多支路测量等方式受限。随着行业对输电杆塔接地电路模型的不断认识以及完善，提出了不同的接地电路细化模型，例如测量输电杆接地电阻时对杆塔的杆脚接地进行测试，以及对杆塔的接地引入线进行测试，不同的测试对象对测试设备有不同的要求。有鉴于此，有必要开发一种具有多个测量端口多种测量模式的输电杆塔接地阻抗测量设备结构。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，解决接地电阻测试现场不同的测试对象有不同测试需求的问题，可以对测量手段及方式进行不同组合，实现不同电流测量以及不同位置的电流测量。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，包括控制运算单元以及与所述控制运算单元分别信号连接的功率源、多个电流测量单元，所述电流测量单元包括罗氏线圈电流传感器以及钳形电流传感器，

所述功率源的输入连接所述控制运算单元的输出，用于向测量回路中输出激励电压信号；

所述罗氏线圈电流传感器以及所述钳形电流传感器的输出分别连接所述控制运算单元的输入，用于分别在杆塔接地的多端网络不同位置测量感应电流信号；

所述控制运算单元用于控制输出激励电压信号，以及对测得的感应电流信号进行采集与计算。

进一步，所述控制运算单元包括依次连接的积分放大单元、多路开关K、有源滤波单元、模数转换单元、中央处理及控制单元，所述电流测量单元的输出连接所述积分放大单元的输入，

所述积分放大单元用于将所述电流测量单元采集到的电流信号进行积分放大；

所述多路开关K用于控制感应电流信号采集通道的通断；

所述有源滤波单元用于对采集的感应电流信号滤除杂波干扰；

所述模数转换单元用于将采集的感应电流信号进行模数转换，生成数字信号；

所述中央处理及控制单元用于对采集的数字信号进行计算与显示。

进一步，所述积分放大单元包括积分电路与电流电压转换电路，所述积分电路的输出端与电流电压转换电路的输出端一一对应连接所述多路开关K的多个信号采集通道，所述积分电路的输入端连接罗氏线圈电流传感器的输出端，所述电流电压转换电路的输入端连接钳形电流传感器的输出端；所述积分电路包括电阻R1、电容C1和运放U1，所述运放U1的反相输入端连接罗氏线圈电流传感器的输出端，所述运放U1的同相输入端接地，所述运放U1的输出端连接所述多路开关K，所述电阻R1和电容C1分别并联在所述运放U1的反相输入端及运放U1的输出端之间；所述电流电压转换电路包括电阻R2和运放U2，所述运放U2的同相输入端接地，所述运放U2的反相输入端连接钳形电流传感器的输出端，所述运放U2的输出端连接所述多路开关K，所述电阻R2并联在所述运放U1的反相输入端及运放U2的输出端之间。

进一步，所述有源滤波单元包括串联的带阻滤波器和低通滤波器，所述带阻滤波器的输入端连接所述多路开关K的输出端，所述低通滤波器的输出端连接所述模数转换单元的输入端；所述带阻滤波器包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3、电容C4和运放U3，所述电阻R3一端连接多路开关K，所述电阻R3的另一端串联电阻R4后连接运放U3的同相输入端，所述电阻R3和电阻R4的公共点串联电容C2后接地，所述电容C3一端连接多路开关K，所述电容C3的另一端串联电容C4后连接运放U3的同相输入端，所述电容C3和电容C4的公共点串联电阻R5后接地，所述运放U3的反相输入端与运放U3的输出端连接；所述低通滤波器包括电阻R6、电阻R7、电容C5、电容C6和运放U4，所述电阻R6一端连接带阻滤波器的输出端，电阻R6的另一端串联电阻R7后连接运放U4的同相输入端，所述运放U4的同相输入端串联电容C6后接地，所述电阻R6与电阻R7的公共点串联电容C5后连接运放U4的反相输入端，所述运放U4的反相输入端连接运放U4的输出端，所述运放U4的输出端作为有源滤波单元的输出端。

进一步，所述功率源包括依次连接的激励电压发生器、电压控制单元、功率放大单元，所述激励电压发生器、电压控制单元、功率放大单元分别连接所述控制运算单元的输出，

所述激励电压发生器用于产生激励电压信号；

所述电压控制单元用于对所述激励电压信号的频率进行调节；

所述功率放大单元用于对激励电压信号的幅值进行调节后输出。

进一步，所述电压控制单元包括并联的第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器和第二电压跟随器的输入端分别连接激励电压发生器的两路输出端，所述第一电压跟随器和第二电压跟随器的输出端分别连接功率放大单元的输入端；所述第一电压跟随器包括运放U8，所述运放U8的同相输入端连接激励电压发生器的输出端，运放U8的反相输入端连接运放U8的输出端，运放U8的输出端连接功率放大单元的输入端；所述第二电压跟随器包括运放U9，所述运放U9的同相输入端连接激励电压发生器的输出端，运放U9的反相输入端连接运放U9的输出端，运放U9的输出端连接功率放大单元的输入端。

进一步，所述功率放大单元包括电压功率放大电路和电流源电路，所述电压功率放大电路包括电阻R8～R10、三极管Q1、三极管Q2和运放U5，所述运放U5的同相输入端连接第一电压跟随器的输出端，运放U5的同相输入端串联电阻R8后接地，运放U5的反相输入端串联电阻R9后连接第二电压跟随器的输出端，所述运放U5的输出端连接三极管Q1的控制端和三极管Q2的控制端，三极管Q1和三极管Q2串联，三极管Q1的输入端连接正电源，三极管Q2的输出端连接负电源，三极管Q1和三极管Q2的公共端串联电阻R9后连接运放U5的反相输入端，三极管Q1和三极管Q2的公共端作为电压功率放大电路的输出端；所述电流源电路包括电阻R11～电阻R20、运放U6、运放U7、功率开关管Q3和功率开关管Q4，所述运放U6的同相输入端串联电阻R14后、运放U7的同相输入端串联电阻R16后分别连接第一电压跟随器的输出端，所述运放U6的反相输入端串联电阻R15后、运放U7的反相输入端串联电阻R17后分别连接第二电压跟随器的输出端，所述运放U6的同相输入端串联电阻R13后连接正电源，运放U7的同相输入端串联电阻R18后连接负电源，所述运放U6的输出端连接功率开关管Q3的控制端，所述运放U7的输出端连接功率开关管Q4的控制端，所述功率开关管Q3与功率开关管Q4串联，功率开关管Q3的输入端串联电阻R11后连接正电源，功率开关管Q3的输入端串联电阻R12后连接运放U6的反相输入端，功率开关管Q4的输出端串联电阻R20后连接负电源，功率开关管Q4的输出端串联电阻R19后连接运放U7的反相输入端，所述功率开关管Q3与功率开关管Q4的公共端作为所述电流源电路的输出端。

进一步，所述功率源的输出端设有电压耦合输出元件和电流输出端口，所述电压耦合输出元件连接电压功率放大电路的输出端，所述电流输出端口连接所述电流源电路的输出端。

进一步，所述电压耦合输出元件为大口径钳口。

进一步，所述控制运算单元上设有输入单元与显示单元，用于设定***参数以及显示测试数据。

本实用新型的有益效果是：1、针对现场不同的测量手段及方式，可以进行不同组合的电流测量以及不同位置的电流测量，专用的罗氏线圈电流传感器以及钳形电流传感器可以实现现场不同尺寸、不同类型电流环路的测量，具有较广的适用性。

2.本实用新型根据现场杆塔塔基的具体结构，采用了多种电流传感器多端口的输入测量模式，可以为输电杆塔接地装置的多端口网络状态电路模型提供现场测量以及状态评估的支持。

附图说明

图1为本实用新型被测输电杆塔接地装置示意图；

图2为本实用新型测量杆塔工频接地电阻原理示意图；

图3为本实用新型输电杆塔塔腿电流测试示意图；

图4为本实用新型功能结构组成原理框图；

图5为本实用新型电路结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、罗氏线圈电流传感器，2、钳形电流传感器，3、功率源，301、大口径钳口，302、电流输出端口，4、控制运算单元。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所述为输电杆塔塔基的接地装置俯视图，其中A、B、C、D为安装在塔基上的四个塔腿。通常接地引下线与塔腿相连，与人工接地极(例如图1中的水平模块电极)相连并以放射线式铺设。传统接地测量时，接地电阻的电路模型将杆塔接地视为单一集中式电阻模型。由于现实中的单一杆塔有多个塔腿，每个塔腿对应一个塔基，每个塔基接地引下线的方式各不相同，如果采用单一的测量方式，或者单一传感测量，无法对细化的杆塔接地电路进行全面测量评估。因此检测设备具有多端口测量功能，并且具有灵活的安装方式，才可以对不同的杆塔电路模型进行测量，才能更好准确的测量真实的输电杆塔接地阻抗。为了具体测量输电杆塔塔基各个分流情况，客观上需要测量仪器具有多端口电流输入测试功能，并且传感单元的设计应具有良好的抗干扰能力。

因此，本实施例提供了如图2所示的一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，其包括控制运算单元4以及与所述控制运算单元4分别信号连接的功率源3、多个电流测量单元。所述电流测量单元为非接触式测量方式，所述电流测量单元包括如图2中所示的专用的罗氏线圈电流传感器1以及专用的钳形电流传感器2。根据实际使用需求，可灵活设置电流测量单元的数量，图2以两组罗氏线圈电流传感器1以及两组钳形电流传感器2进行举例。

所述功率源3的输入连接所述控制运算单元4的输出，用于向测量回路中输出激励电压信号。如图2所示，功率源3分别设置在连接自然接地极的塔腿上以及与塔腿连接的接地引下线上，用于对塔腿的自然接地电阻以及人工接地电阻进行测量时提供激励电压信号。

所述罗氏线圈电流传感器1以及所述钳形电流传感器2的输出分别连接所述控制运算单元4的输入，用于分别在杆塔接地的多端网络不同位置测量感应电流信号。如图2所示，由于被测杆塔接地电路模型的多样化，可采用具有柔性的罗氏线圈电流传感器1对自然接地的杆塔进行测试，即用于杆塔的金属架构电流测量；还可采用钳形电流传感器2对杆塔的接地引下线进行测试。钳形电流传感器2适配带铁心的钳口，可用于接地引下线支路电流测量。

所述控制运算单元4用于控制输出激励电压信号，以及对测得的感应电流信号进行采集与计算。控制运算单元4设有多个输入接口，以实现同时对多个塔腿的测试，例如同时对图2中的塔腿A以及塔腿B进行测试，同理的，可以同时对一个杆塔的塔腿A、塔腿B、塔腿C、塔腿D同时进行测试，以提高测试准确性。

具体塔基以及接地引下线的电流传感器测量安装如图3所示。传统的钳表式测量仪，仅有一个钳表或者两个分离式钳表，并且钳表尺寸较小。而目前的输电线路杆塔接地线多采用扁钢类的扁口接地线，宽度在25mm～40mm。传统的圆形钳口现场不方便甚至无法在比较宽的扁形接地导线上测量，即使可以使用也会因为钳口空隙太大造成漏磁而影响测量精度。如图3所示，本实施例采用专用的钳形电流传感器2对杆塔的人工接地极进行测试，根据人工接地极的形状与尺寸，可灵活设置例如三角形、矩形、椭圆、圆形的钳形电流传感器2进行测试。此外，对于口径较大的杆塔主体进行测量时，本实施例采用专用的具有柔性的罗氏线圈电流传感器1，将罗氏线圈电流传感器1套设在杆塔主体的外周可以实现现场的方便安装以及测量。

在现场实际测量过程中，可能会针对输电杆塔不同的支路分流进行电流测量，因此，本实施例提出的新型多端口输电杆塔接地电阻测试设备既满足了传统钳表法的便携性，又能实现不同支路电流的同时测量，依据不同的细化杆塔接地电路模型，准确测量接地阻抗的真实值，并且可以依据细化的电路模型，全面评估杆塔塔基的接地状态。

基于上述目的，具体的设备功能结构图如图4所示。

本实施例中，所述功率源3包括依次连接的激励电压发生器、电压控制单元、功率放大单元，所述激励电压发生器、电压控制单元、功率放大单元分别连接所述控制运算单元4的输出，

所述激励电压发生器用于产生激励电压信号；

所述电压控制单元用于对所述激励电压信号的频率进行调节；

所述功率放大单元用于对激励电压信号的幅值进行调节后输出。

如图5的电路图所示，所述电压控制单元包括并联的第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器和第二电压跟随器的输入端分别连接激励电压发生器的两路输出端，所述第一电压跟随器和第二电压跟随器的输出端分别连接功率放大单元的输入端。具体的，所述第一电压跟随器包括运放U8，所述运放U8的同相输入端连接激励电压发生器的输出端，运放U8的反相输入端连接运放U8的输出端，运放U8的输出端连接功率放大单元的输入端；所述第二电压跟随器包括运放U9，所述运放U9的同相输入端连接激励电压发生器的输出端，运放U9的反相输入端连接运放U9的输出端，运放U9的输出端连接功率放大单元的输入端。运放U8和运放U9作为两个电压缓冲电路，对激励电压发生器的两路输出分别进行电压缓冲。由于激励电压发生器的数模转换电路驱动能力比较弱，通过运放U8和运放U9组成两个电压跟随器，以驱动后续的功率放大单元中的电压功率放大电路和电流源电路。

如图5所述，所述功率放大单元包括电压功率放大电路和电流源电路，所述电压功率放大电路包括电阻R8～R10、三极管Q1、三极管Q2和运放U5，所述运放U5的同相输入端连接第一电压跟随器的输出端，运放U5的同相输入端串联电阻R8后接地，运放U5的反相输入端串联电阻R9后连接第二电压跟随器的输出端，所述运放U5的输出端连接三极管Q1的控制端和三极管Q2的控制端，三极管Q1和三极管Q2串联，三极管Q1的输入端连接正电源，三极管Q2的输出端连接负电源，三极管Q1和三极管Q2的公共端串联电阻R9后连接运放U5的反相输入端，三极管Q1和三极管Q2的公共端作为电压功率放大电路的输出端；所述电流源电路包括电阻R11～电阻R20、运放U6、运放U7、功率开关管Q3和功率开关管Q4，所述运放U6的同相输入端串联电阻R14后、运放U7的同相输入端串联电阻R16后分别连接第一电压跟随器的输出端，所述运放U6的反相输入端串联电阻R15后、运放U7的反相输入端串联电阻R17后分别连接第二电压跟随器的输出端，所述运放U6的同相输入端串联电阻R13后连接正电源，运放U7的同相输入端串联电阻R18后连接负电源，所述运放U6的输出端连接功率开关管Q3的控制端，所述运放U7的输出端连接功率开关管Q4的控制端，所述功率开关管Q3与功率开关管Q4串联，功率开关管Q3的输入端串联电阻R11后连接正电源，功率开关管Q3的输入端串联电阻R12后连接运放U6的反相输入端，功率开关管Q4的输出端串联电阻R20后连接负电源，功率开关管Q4的输出端串联电阻R19后连接运放U7的反相输入端，所述功率开关管Q3与功率开关管Q4的公共端作为所述电流源电路的输出端。

电阻R8～R10、三极管Q1～Q2和运放U5构成电压功率放大电路，由于前面的数模转换电路输出电压比较小，一般为1～2V、且带载能力差，所以需要通过电压功率放大电路将小信号放大到20V，用于驱动后续的输出端的电压耦合输出元件，例如电压耦合传感器。电阻R11～R20、功率开关管Q3、功率开关管Q4、运放U6和运放U7构成电流源电路，用于将弱电压信号转换成大电流信号。由于前面的数模转换电路输出电压比较小，一般为1～2V、且带载能力差，所以需要通过电流源电路将小电压信号转成电流信号，用于直接输出到被测接地对象。

本实施例中，所述功率源3的输出端分别设有电压耦合输出元件和电流输出端口302，所述电压耦合输出元件连接电压功率放大电路的输出端，用于输出放大后的电压信号；所述电流输出端口302连接所述电流源电路的输出端，用于直接输出转换后的电流信号。

进一步，所述电压耦合输出元件为大口径钳口301，满足在杆塔金属架构上施加感应电势的要求。

多端口输电杆塔接地电阻测试装置具有电流输出端口302，可以将测量回路断开，将电流输出端口302在测量回路串联，从而直接输出电流施加在测量回路中；或者利用大口径钳口301通过感应耦合的方式在测量回路中产生激励电压。由设备的中央处理及控制单元进行控制，并由激励电压发生器单元、电压控制单元以及功率放大单元进行输出频率以及幅值的设置。进一步，所述功率源3输出的激励电压信号的频率为50Hz～1kHz。

现有钳表法测试仪的频率为1～3kHz，远高于50Hz。用这么高的频率主要是为了在测量电路中通过高通滤波器滤除工频干扰，同时为了更容易在激励回路中感应出测量电流，使用的激励电路功率较小，感应电流一般为mA量级。

改进的激励源首先可以降低激励信号的频率，另外使用功率放大单元，在使用电压耦合输出方式为测量回路提供激励电压信号时，可在测量回路中感应出更大的电流信号。激励电压信号的频率可以在50Hz～1kHz之间，这样既可以避开工频，又可以让测量结果更接近工频，提高测量结果工频等效性。通过功率放大单元，大幅提高感应信号的能量，在测量回路中感应出20mV以上量级的测量电压。使用直接电流输出为测量回路提供激励电压信号时，可以在测量回路中施加100mA以上的电流，进一步提高信噪比。

如图4所示，本实施例中，所述控制运算单元4包括依次连接的积分放大单元、多路开关K、有源滤波单元、模数转换单元、中央处理及控制单元，所述电流测量单元的输出连接所述积分放大单元的输入，

所述积分放大单元用于将所述电流测量单元采集到的电流信号进行积分放大；

所述多路开关K用于控制感应电流信号采集通道的通断，以实现多种模式的测量；

所述有源滤波单元用于对采集的感应电流信号滤除杂波干扰；

所述模数转换单元用于将采集的感应电流信号进行模数转换，生成数字信号；

所述中央处理及控制单元用于对采集的数字信号进行计算与显示。

如图4～5所示，所述积分放大单元包括积分电路与电流电压转换电路，所述积分电路的输出端与电流电压转换电路的输出端一一对应连接所述多路开关K的多个信号采集通道，所述积分电路的输入端连接罗氏线圈电流传感器1的输出端，所述电流电压转换电路的输入端连接钳形电流传感器2的输出端。具体的，所述积分电路包括电阻R1、电容C1和运放U1，所述运放U1的反相输入端连接罗氏线圈电流传感器1的输出端，所述运放U1的同相输入端接地，所述运放U1的输出端连接所述多路开关K，所述电阻R1和电容C1分别并联在所述运放U1的反相输入端及运放U1的输出端之间。电容C1、电阻R1、运放U1和罗氏线圈电流传感器1内阻构成了一个积分电路，该积分电路用于对从罗氏线圈电流传感器1输入的信号进行积分，得到与一次电流成正比的输出电压。所述电流电压转换电路包括电阻R2和运放U2，所述运放U2的同相输入端接地，所述运放U2的反相输入端连接钳形电流传感器2的输出端，所述运放U2的输出端连接所述多路开关K，所述电阻R2并联在所述运放U1的反相输入端及运放U2的输出端之间。电阻R2、运放U2组成了电流电压转换电路，钳形电流传感器2输出为与一次电流成匝比关系的电流信号，为了便于测量需要通过此电路将电流信号转换成电压信号。

如图5所示，所述有源滤波单元包括串联的带阻滤波器和低通滤波器，所述带阻滤波器的输入端连接所述多路开关K的输出端，所述低通滤波器的输出端连接所述模数转换单元的输入端；所述带阻滤波器包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3、电容C4和运放U3，所述电阻R3一端连接多路开关K，所述电阻R3的另一端串联电阻R4后连接运放U3的同相输入端，所述电阻R3和电阻R4的公共点串联电容C2后接地，所述电容C3一端连接多路开关K，所述电容C3的另一端串联电容C4后连接运放U3的同相输入端，所述电容C3和电容C4的公共点串联电阻R5后接地，所述运放U3的反相输入端与运放U3的输出端连接；所述低通滤波器包括电阻R6、电阻R7、电容C5、电容C6和运放U4，所述电阻R6一端连接带阻滤波器的输出端，电阻R6的另一端串联电阻R7后连接运放U4的同相输入端，所述运放U4的同相输入端串联电容C6后接地，所述电阻R6与电阻R7的公共点串联电容C5后连接运放U4的反相输入端，所述运放U4的反相输入端连接运放U4的输出端，所述运放U4的输出端作为有源滤波单元的输出端。

电容C2、电容C3、电容C4、电阻R3、电阻R4、电阻R5、运放U3组成了双T陷波器，即带阻滤波器，用于过滤被测信号中的工频干扰信号；电容C5、电容C6、电阻R6、电阻R7、运放U4构成了二阶低通滤波器，用于过滤***中开关电源、数字电路等模块产生的高频噪声信号，提高***的信噪比。

本实施例中，所述控制运算单元4上设有输入单元与显示单元，用于设定***参数、输入控制指令以及显示测试数据等。

本实施例中，所述控制运算单元4上设有同步单元，用于将多个电流测量单元测得的感应电流信号相位时差进行识别计算，相位时差的计算方式采用现有技术。

本实施例中，所述控制运算单元4上设有通讯单元，用于与上位机进行通信。

钳形电流传感器2的测量钳口方面，现有钳表大多不用屏蔽层或只有一层屏蔽，在实际测量中流钳口极易受到外界电磁场的影响，尤其是当靠近电压钳口时，耦合到的干扰会使感应信号严重失真。本申请实施例的钳形电流传感器2采用多重屏蔽层的设计，能有效隔离或减弱作为功率源3的电压钳口中的同频干扰以及外部环境中的电磁干扰。然而，为获得较高的屏蔽性能而使用导磁率较高的材料，在输电线路的强磁场环境中容易饱和，选择不容易饱和的材料，其导磁率又较低，达不到屏蔽的要求。为解决这一矛盾，本实施例采用三重磁屏蔽层结构。第一层磁屏蔽层选用高饱和磁通低导磁率材料，将干扰磁场强度衰减到较低的水平；第二层磁屏蔽层采用低饱和磁通高导磁率材料，起主要的屏蔽作用。第三层再采用高导电率层，用于实现电场屏蔽。屏蔽材料电阻越小产生的涡流电流越大，反磁场就越大，其屏蔽效果越好。同时，良导体对低频电场有较大的反射损耗。各屏蔽层分别接不同的地，之间需要隔开空气或者填充其他绝缘介质。

测量电路方面，设计具有宽量程、高分辨力的测量电路，在大工频干扰电流背景下测量电路不饱和、不失真，同时能分别出相对较微弱的有效测量信号。测量电流通路主要通过积分放大单元、多路开关K、专用的有源滤波单元、以及高速模数转换单元，将采集的感应电流信号输入到中央处理及控制单元。测试设备根据不同的现场测量需求以及由试验人员设定的不同阻抗计算方法进行最终的测试电路评估。此外，本实施例的测试设备还具有显示单元、通讯单元、输入单元以及不同模块之间的同步功能。同步单元可以实现多设备之间的相位时差识别计算，为拓展分流支路的阻抗相角计算提供了一种硬件支持。

本实施例针对现场不同的测量手段及方式，可以进行不同组合的电流测量以及不同位置的电流测量，专用的柔性罗氏线圈电流传感器1可以使用在体积较大的例如杆塔的自然接地极的测量，钳形电流传感器2可以实现现场不同尺寸电流环路的测量，例如人工接地极的测量，相较于传统的接地电阻测试设备来说本实施例具有更广的适用性。根据现场杆塔塔基的具体结构，采用了多种电流传感器多端口的输入测量模式，可以为输电杆塔接地装置的多端口网络状态电路模型提供现场测量以及状态评估的支持。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，其特征在于，包括控制运算单元(4)以及与所述控制运算单元(4)分别信号连接的功率源(3)、多个电流测量单元，所述电流测量单元包括罗氏线圈电流传感器(1)以及钳形电流传感器(2)，

所述功率源(3)的输入连接所述控制运算单元(4)的输出，用于向测量回路中输出激励电压信号；

所述罗氏线圈电流传感器(1)以及所述钳形电流传感器(2)的输出分别连接所述控制运算单元(4)的输入，用于分别在杆塔接地的多端网络不同位置测量感应电流信号；

所述控制运算单元(4)用于控制输出激励电压信号，以及对测得的感应电流信号进行采集与计算。

2.根据权利要求1所述一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，其特征在于，所述控制运算单元(4)包括依次连接的积分放大单元、多路开关K、有源滤波单元、模数转换单元、中央处理及控制单元，所述电流测量单元的输出连接所述积分放大单元的输入，

所述积分放大单元用于将所述电流测量单元采集到的电流信号进行积分放大；

所述多路开关K用于控制感应电流信号采集通道的通断；

所述有源滤波单元用于对采集的感应电流信号滤除杂波干扰；

所述模数转换单元用于将采集的感应电流信号进行模数转换，生成数字信号；

所述中央处理及控制单元用于对采集的数字信号进行计算与显示。

3.根据权利要求2所述一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，其特征在于，所述积分放大单元包括积分电路与电流电压转换电路，所述积分电路的输出端与电流电压转换电路的输出端一一对应连接所述多路开关K的多个信号采集通道，所述积分电路的输入端连接罗氏线圈电流传感器(1)的输出端，所述电流电压转换电路的输入端连接钳形电流传感器(2)的输出端；所述积分电路包括电阻R1、电容C1和运放U1，所述运放U1的反相输入端连接罗氏线圈电流传感器(1)的输出端，所述运放U1的同相输入端接地，所述运放U1的输出端连接所述多路开关K，所述电阻R1和电容C1分别并联在所述运放U1的反相输入端及运放U1的输出端之间；所述电流电压转换电路包括电阻R2和运放U2，所述运放U2的同相输入端接地，所述运放U2的反相输入端连接钳形电流传感器(2)的输出端，所述运放U2的输出端连接所述多路开关K，所述电阻R2并联在所述运放U1的反相输入端及运放U2的输出端之间。

4.根据权利要求2所述一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，其特征在于，所述有源滤波单元包括串联的带阻滤波器和低通滤波器，所述带阻滤波器的输入端连接所述多路开关K的输出端，所述低通滤波器的输出端连接所述模数转换单元的输入端；所述带阻滤波器包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3、电容C4和运放U3，所述电阻R3一端连接多路开关K，所述电阻R3的另一端串联电阻R4后连接运放U3的同相输入端，所述电阻R3和电阻R4的公共点串联电容C2后接地，所述电容C3一端连接多路开关K，所述电容C3的另一端串联电容C4后连接运放U3的同相输入端，所述电容C3和电容C4的公共点串联电阻R5后接地，所述运放U3的反相输入端与运放U3的输出端连接；所述低通滤波器包括电阻R6、电阻R7、电容C5、电容C6和运放U4，所述电阻R6一端连接带阻滤波器的输出端，电阻R6的另一端串联电阻R7后连接运放U4的同相输入端，所述运放U4的同相输入端串联电容C6后接地，所述电阻R6与电阻R7的公共点串联电容C5后连接运放U4的反相输入端，所述运放U4的反相输入端连接运放U4的输出端，所述运放U4的输出端作为有源滤波单元的输出端。

5.根据权利要求1所述一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，其特征在于，所述功率源(3)包括依次连接的激励电压发生器、电压控制单元、功率放大单元，所述激励电压发生器、电压控制单元、功率放大单元分别连接所述控制运算单元(4)的输出，

所述激励电压发生器用于产生激励电压信号；

所述电压控制单元用于对所述激励电压信号的频率进行调节；

所述功率放大单元用于对激励电压信号的幅值进行调节后输出。

6.根据权利要求5所述一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，其特征在于，所述电压控制单元包括并联的第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器和第二电压跟随器的输入端分别连接激励电压发生器的两路输出端，所述第一电压跟随器和第二电压跟随器的输出端分别连接功率放大单元的输入端；所述第一电压跟随器包括运放U8，所述运放U8的同相输入端连接激励电压发生器的输出端，运放U8的反相输入端连接运放U8的输出端，运放U8的输出端连接功率放大单元的输入端；所述第二电压跟随器包括运放U9，所述运放U9的同相输入端连接激励电压发生器的输出端，运放U9的反相输入端连接运放U9的输出端，运放U9的输出端连接功率放大单元的输入端。

7.根据权利要求6所述一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，其特征在于，所述功率放大单元包括电压功率放大电路和电流源电路，所述电压功率放大电路包括电阻R8～R10、三极管Q1、三极管Q2和运放U5，所述运放U5的同相输入端连接第一电压跟随器的输出端，运放U5的同相输入端串联电阻R8后接地，运放U5的反相输入端串联电阻R9后连接第二电压跟随器的输出端，所述运放U5的输出端连接三极管Q1的控制端和三极管Q2的控制端，三极管Q1和三极管Q2串联，三极管Q1的输入端连接正电源，三极管Q2的输出端连接负电源，三极管Q1和三极管Q2的公共端串联电阻R9后连接运放U5的反相输入端，三极管Q1和三极管Q2的公共端作为电压功率放大电路的输出端；所述电流源电路包括电阻R11～电阻R20、运放U6、运放U7、功率开关管Q3和功率开关管Q4，所述运放U6的同相输入端串联电阻R14后、运放U7的同相输入端串联电阻R16后分别连接第一电压跟随器的输出端，所述运放U6的反相输入端串联电阻R15后、运放U7的反相输入端串联电阻R17后分别连接第二电压跟随器的输出端，所述运放U6的同相输入端串联电阻R13后连接正电源，运放U7的同相输入端串联电阻R18后连接负电源，所述运放U6的输出端连接功率开关管Q3的控制端，所述运放U7的输出端连接功率开关管Q4的控制端，所述功率开关管Q3与功率开关管Q4串联，功率开关管Q3的输入端串联电阻R11后连接正电源，功率开关管Q3的输入端串联电阻R12后连接运放U6的反相输入端，功率开关管Q4的输出端串联电阻R20后连接负电源，功率开关管Q4的输出端串联电阻R19后连接运放U7的反相输入端，所述功率开关管Q3与功率开关管Q4的公共端作为所述电流源电路的输出端。

8.根据权利要求7所述一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，其特征在于，所述功率源(3)的输出端设有电压耦合输出元件和电流输出端口(302)，所述电压耦合输出元件连接电压功率放大电路的输出端，所述电流输出端口(302)连接所述电流源电路的输出端。

9.根据权利要求8所述一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，其特征在于，所述电压耦合输出元件为大口径钳口(301)。

10.根据权利要求1所述一种多端口输电杆塔接地电阻测量设备，其特征在于，所述控制运算单元(4)上设有输入单元与显示单元，用于设定***参数以及显示测试数据。

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