CN219625672U - 一种牵引供电设备接地状态在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种牵引供电设备接地状态在线监测装置，包括：数据采集单元、计算评估单元和交直流激励单元，数据采集单元分别与接地引下线和计算评估单元连接，被测电力设备通过接地引下线与接地网连接，交直流激励单元，交直流激励单元与接地引下线连接，用于产生直流信号或不同于工频的交流电流测试信号；当交直流激励单元产生不同于工频的交流电流测试信号时，数据采集单元用于获取接地引下线交流电位数据，当交直流激励单元产生直流信号时，数据采集单元用于获取接地引下线直流电位数据；该监测装置，通过手动切换激励(直流或交流)，从而实现了设备接地电阻的监测以及接地网腐蚀的诊断，为接地网运行状态监测提供巨大支撑。

Description

一种牵引供电设备接地状态在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及设备接地状态监测技术领域，具体涉及一种牵引供电设备接地状态在线监测装置。

背景技术

牵引变电所是电气化铁路的核心设施，为保障铁路的安全运营与人员安全，所内包括牵引变压器在内的众多电气设备均进行了防雷接地处理，因此，其接地状态良好是保障电气化铁路安全运营的重要因素。由于牵引供电***利用钢轨、大地作为主要回流通路，在正常运行时就有较大的牵引回流流过牵引变电所接地***。而我国牵引变电所接地网一般采用普通钢材作为接地导体，近年来为提高防腐性能也开始使用镀锌钢材。但由于受到现场施工条件限制、土壤腐蚀以及牵引地回流造成的电化学腐蚀，一般在运行8至10年后就会出现比较严重的腐蚀情况，导致接地性能大大降低，严重威胁设备与人员安全。

一直以来，铁路上对于牵引变电所接地***运行状态缺乏有效的检测或评估手段，特别是针对接地网腐蚀、断线等故障的检测，主要采用停电抽样开挖的方法。这种方法带有盲目性，工作量大、速度慢，并且受现场运行条件的限制，不能准确的判断断点与腐蚀导体。同时，这种方法会造成牵引变电所的长时间停电，影响电气化铁路的正常运行。

在中国专利申请CN107290592A中公开了一种接地网电阻在线监测***，利用大功率异频设备在被测地网与电流极间激起回路电流，使用数据采集单元同步采集各被测电力设备与电压极之间的电压波形，通过滤波分析单元计算各设备与零电位之间的异频电压差，从而计算各设备的接地电阻。但由于地网导体腐蚀甚至断点时，接地电阻仍可能正常，因此，该***无法实现导体腐蚀甚至断点的检测，待发现接地电阻不合格或引起事故后再大面积开挖寻找断点或腐蚀段，则较为盲目，工作量大，还影响电力***的运行。

实用新型内容

针对上述问题，发明人提供了一种牵引供电设备接地状态在线监测装置，根据现场实测电路环境与需求，通过切换交/直流电源作为***激励(电流测试信号)的输入，向牵引所接地网中注入相应激励，实现各设备的接地电阻监测以及接地网防雷接地所用钢材的腐蚀情况检测数据，从而确认牵引变电所的防雷接地回流通路状况，保证电气化铁路安全运营与人员安全。

具体地，本实用新型是这样实现的：

一种牵引供电设备接地状态在线监测装置，包括：

数据采集单元；

计算评估单元，所述数据采集单元分别与接地引下线和计算评估单元连接，被测电力设备通过接地引下线与接地网连接；

交直流激励单元，所述交直流激励单元与接地引下线连接，用于产生直流信号或不同于工频的交流电流测试信号；

当交直流激励单元产生不同于工频的交流电流测试信号时，所述数据采集单元用于获取接地引下线交流电位数据，并将接地引下线交流电位数据传输给计算评估单元；

当交直流激励单元产生直流信号时，所述数据采集单元用于获取接地引下线直流电位数据，并将接地引下线直流电位数据传输给计算评估单元。

进一步地，所述交直流激励单元包括：

直流电源；

变频交流电源；

双电源切换开关，与直流电源和变频交流电源连接，用于电源切换；

限流电阻，与双电源切换开关串联。

进一步地，所述计算评估单元包括：

数据处理模块，与所述数据采集单元连接；

显示屏，与所述数据处理模块连接，用于显示测量的参数。

进一步地，所述数据采集单元通过接线夹头与接地网支路连接，且与计算评估单元数据连接。

进一步地，所述数据采集单元为多通道数据采集单元，每一通道采集一条支路的接地引下线电位数据，所述数据采集单元与计算评估单元无线连接。

进一步地，所述数据采集单元包括16个数据监测端子与4个GND端子，可实现16路电气量信号的采集。

进一步地，该牵引供电设备接地状态在线监测装置还包括箱体，所述交直流激励单元和计算评估单元集成于所述箱体内。

本实用新型的工作原理：

在进行接地网电阻监测时，通过变频交流电源产生不同于工频的电流测试信号,在被测地网与电流极间激起回路电流，使用数据采集单元采集被测设备与电压极之间的电压波形，通过数据处理模块计算各设备与零电位之间的异频电压差，从而计算各设备的接地电阻，获得基础的接地网电阻监测，实现确认该牵引变电所的防雷接地回流通路实时状况。

在进行地网导体腐蚀、断点检测时，通过变频交流电源产生直流电源，检测被测接地网支路的电阻值，当检测人员发现检测到的电阻值与该支路的原始阻值相比变大，则可判断出该支路存在腐蚀或者发生断裂。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

(1)本申请提供的牵引供电设备接地状态在线监测装置既可以利用交流激励进行接地特性参数的测量，还可以利用直流激励来量化辨识接地网的腐蚀状态，为接地网运行状态监测提供巨大支撑。

(2)通过手动控制开关的方式，在交直流电源之间进行切换，产生直流信号或不同于工频的交流电流测试信号，操作简单方便。

附图说明

图1为本申请中牵引供电设备接地状态在线监测装置的原理示意图；

图2为实施例1中的牵引供电设备接地状态在线监测装置使用状态示意图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为实施例1中的牵引供电设备接地状态在线监测装置结构框图；

图5为实施例1中的交直流激励单元的结构示意图；

图6为实施例1中的数据采集单元的端子排列图；

图7为图2中B处的局部放大图；

图8为实施例2中牵引供电设备接地状态在线监测装置使用状态示意图。

附图标记：

1-交直流激励单元；11-调节旋钮；2-数据采集单元；3-计算评估单元；31-显示屏；32-数据处理模块；4-接地网；41-接地引下线；5-箱体；6-导线；61-接线夹头。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

接地网多为扁钢、角钢或钢管横纵交错呈矩形状网络，纵横交错点为节点，接地引下线多与节点连接，节点与节点之间为一支路，若干支路组合成接地网络。

实施例1

如图1-5所示，本实施例提供了一种牵引供电设备接地状态在线监测装置，包括：交直流激励单元1、数据采集单元2和计算评估单元3，交直流激励单元1和计算评估单元3集成于箱体5内，箱体5上设有接线接口，交直流激励单元1通过接线接口和导线6与接地引下线41连接，接地引下线41一端与电气设备连接，另一端与接地网4连接，交直流激励单元1向牵引所接地网4中注入相应激励，以测量接地特性参数。在本实施例中，数据采集单元2为电压采集器，其通过导线6与接地引下线41连接，用于采集电压值。由于接地引下线41多为扁钢，为方便导线6与接地引下线41连接，因此，再导线6的端部设置接线夹头61，利用接线夹头61即可实现导线6与接地引下线41的快速连接。数据采集单元2通过数据接口与箱体5连接，在采集到电压值以后，将电压值反馈到计算评估单元3，由计算评估单元3根据现有算法计算出电阻值。

具体地，如图5所示，交直流激励单元1包括直流电源DC、变频交流电源AC、双电源切换开关K以及限流电阻R，通过双电源切换开关K来进行直流电源DC和变频交流电源AC的切换。其分别与任意两根接地引下线41连接，已构成回路。

在进行电气设备接地电阻监测时，切换至变频交流电源AC，根据现场实测电路环境与需求，通过调节旋钮11调整变频交流电源AC输入的交流电流测试信号大小，此时数据采集单元2所测量的是各被测电力设备与电压极之间的电压波形，通过计算评估单元3计算各被测电力设备与零电位之间的异频电压差，从而计算各被测电力设备的接地电阻。

在进行接地网腐蚀诊断时，切换至直流电源DC，此时数据采集单元2所测量的是各被测支路的电压值。其中接地网腐蚀诊断方程组为：

得到节点电压U_n与支路电阻R_j的关系为：

其中，支路导纳对第j支路电阻的偏导为：

数据处理求解器中求解支路电阻增大倍数的内嵌算法由CPLEX求解器、微量处理法、PSO算法等组成。其中各算法的理论方程如下：

(1)CPLEX求解器

以等式(1)△U_可及节点＝V△L_n为求解方程，满足约束条件(4)，以(5)最小为目标函数，已知可及节点电位与灵敏度矩阵，求出支路电阻增大倍数。

△L_n≥0，n＝1,2,…b (4)

min||U_es-U_et||₂ (5)

(2)微量处理法

采用微量处理法对诊断模型进行预处理，将非线性模型分段线性化。

△U_e0＝k_s*(U_es-U_et) (6)

其中k_s为微量系数，取较小的值，保证每一次迭代求解都在较小的范围内波动。

目标函数：

min f(△X₁,△X₂,…Ω,△X_b+1)＝||△U_e0-M*△X|| (7)

逐步迭代求解方程(53)，得到△X_j,j＝1,2,…b，更新节点电位U与灵敏度矩阵M。

X_j＝X_j*(1+△X_j) (9)

R”_j＝R_j*X_j (10)

迭代终止条件：

(3)PSO算法

以确定性算法求出的解来确定粒子上下限范围，并将该确定解作为第一个粒子的初始位置，其余的初始位置随机设置。

粒子i在第k次迭代时的适应度函数：

粒子i在第d维的位置与速度更新规则：

其中：

当粒子触碰到下边界时，此刻粒子i的速度与位置会更新为：

当粒子碰到上边界时，粒子i速度与位置分别更新为：

当迭代步数k达到上限步数k_max时终止算法，此刻输出全体粒子群的粒子最优位置即最优解，根据算法所求得支路电阻增大倍数。

需要说明的是，上述的接地电阻计算以及接地网腐蚀诊断均为现有算法，本申请不涉及对上述算法的改进。

进一步地，数据采集单元2可采用单路电压采集器，该方式主要用于小范围的特定设备接地电阻监测或特定支路腐蚀的诊断。在针对整个接地网4或较多电气设备时，则采用多路电压采集器，优选地，如图6所示，数据采集单元2采用16路电压采集器，其包括16个数据监测端子与4个GND端子，可实现16路电气量信号的采集。

计算评估单元3包括：数据处理模块32和显示屏31，数据处理模块32接收到数据采集单元2采集的数据后，通过现有算法得出相应的数据，并通过显示屏31进行显示，显示屏31可显示电压波形、电阻值等数据。

实施例2

如图8所示，本实施例中，数据采集单元2采用为多路电压采集器，数据采集单元2与无线发射器进行集成，箱体内5设有无线接收器，无线接收器与数据处理模块32连接，数据采集单元2采集的数据通过无线发射器发送到无线接收器，再由无线接收传输给数据处理模块32。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (7)

1.一种牵引供电设备接地状态在线监测装置，包括：数据采集单元(2)和计算评估单元(3)，所述数据采集单元(2)分别与接地引下线(41)和计算评估单元(3)连接，被测电力设备通过接地引下线(41)与接地网(4)连接；其特征在于，还包括：

交直流激励单元(1)，所述交直流激励单元(1)与接地引下线(41)连接，用于产生直流信号或不同于工频的交流电流测试信号；

当交直流激励单元产生不同于工频的交流电流测试信号时，所述数据采集单元(2)用于获取接地引下线(41)交流电位数据，并将接地引下线(41)交流电位数据传输给计算评估单元(3)；

当交直流激励单元产生直流信号时，所述数据采集单元(2)用于获取接地引下线(41)直流电位数据，并将接地引下线(41)直流电位数据传输给计算评估单元(3)；

所述计算评估单元(3)包括：数据处理模块(32)，数据处理模块(32)与所述数据采集单元(2)连接。

2.如权利要求1所述的牵引供电设备接地状态在线监测装置，其特征在于，所述交直流激励单元(1)包括：

直流电源(DC)；

变频交流电源(AC)；

双电源切换开关(K)，与直流电源(DC)和变频交流电源(AC)连接，用于电源切换；

限流电阻(R)，与双电源切换开关(K)串联。

3.如权利要求1所述的牵引供电设备接地状态在线监测装置，其特征在于，所述计算评估单元(3)包括：

显示屏(31)，与所述数据处理模块(32)连接，用于显示测量的参数。

4.如权利要求1所述的牵引供电设备接地状态在线监测装置，其特征在于，所述数据采集单元(2)通过接线夹头(61)与接地网支路连接，且与计算评估单元(3)数据连接。

5.如权利要求1所述的牵引供电设备接地状态在线监测装置，其特征在于，所述数据采集单元(2)为多通道数据采集单元，每一通道采集一条支路的接地引下线电位数据，所述数据采集单元(2)与计算评估单元(3)无线连接。

6.如权利要求5所述的牵引供电设备接地状态在线监测装置，其特征在于，所述数据采集单元(2)包括16个数据监测端子与4个GND端子，可实现16路电气量信号的采集。

7.如权利要求1-6任一项所述的牵引供电设备接地状态在线监测装置，其特征在于，还包括箱体(5)，所述交直流激励单元(1)和计算评估单元(3)集成于所述箱体(5)内。