基于柔性互感器的接地電阻測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用

英自才，孔碧光，張興文，劉曉欣，普碧才

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司怒江供電局，云南 怒江 673200）

0 引言

近年來，在輸電線路安全運(yùn)行方面，雷擊跳閘故障的發(fā)生概率最高，并成為輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要影響因素。根據(jù)相關(guān)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，輸電線路雷擊事故頻發(fā)，占全部跳閘事故的42.57%［1］，對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成極大影響。在輸電線路上安裝架空避雷線、接地引下線以及接地體等接地裝置，是提高輸電線路耐雷水平的一種基本措施。目前，對(duì)于輸電線路接地裝置的測(cè)量?jī)H限于桿塔接地電阻的測(cè)量，其廣泛采用三極法［2-3］和鉗表法［4］。但是，無(wú)論是傳統(tǒng)三極法還是鉗表法，在原理上均需打輔助地極或解開多余引下線，并且在測(cè)量中由于人為操作原因還會(huì)造成一些人為誤差。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作規(guī)范，需對(duì)桿塔各條引下線單獨(dú)測(cè)量，工作量繁重。

針對(duì)上述問題，高有生、王亞軍等人均以不同的方式提出了輸電線路多引下線桿塔接地電阻免接線測(cè)量的方法［5-6］。但該方法僅限于理論研究，并沒有進(jìn)行應(yīng)用。并且，上述方法不能實(shí)現(xiàn)輸電線路桿塔接地裝置的整體性能檢測(cè)，也不能準(zhǔn)確判斷故障位置。

提出一種新型輸電線路接地裝置智能檢測(cè)系統(tǒng)，并研制測(cè)量設(shè)備。以鉗表法為基礎(chǔ)，測(cè)量時(shí)無(wú)須解開引下線，便于輸電線路桿塔接地電阻的快速準(zhǔn)確測(cè)量。設(shè)備具有GPS 定位及3G 網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳輸功能，可通過GPS 定位技術(shù)自動(dòng)識(shí)別輸電線路及桿塔號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果可通過3G 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸至中心服務(wù)器，便于歷史測(cè)量數(shù)據(jù)的管理和統(tǒng)計(jì)。

1 新型接地裝置智能檢測(cè)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

新型輸電線路接地系統(tǒng)智能檢測(cè)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備、通信控制器、中心服務(wù)器軟件平臺(tái)3 部分構(gòu)成，如圖1 所示。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備即為桿塔接地裝置測(cè)試儀，用于測(cè)量輸電線路桿塔接地體接地電阻阻值，并具有桿塔引下線狀態(tài)及架空避雷線狀況判斷功能。對(duì)桿塔接地裝置測(cè)量完后，將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至通信控制器。通信控制器中集成GPS 模塊以及3G 通信模塊，在接收桿塔接地裝置測(cè)試儀測(cè)量結(jié)果的同時(shí)，調(diào)取GPS 模塊的定位數(shù)據(jù)以及時(shí)間數(shù)據(jù)，一并通過3G 模塊發(fā)送至中心服務(wù)器。中心服務(wù)器軟件平臺(tái)用于接收現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)服務(wù)器，以便于數(shù)據(jù)的管理、統(tǒng)計(jì)等操作。

圖1 新型接地裝置智能檢測(cè)系統(tǒng)

桿塔接地裝置測(cè)試儀為系統(tǒng)的核心設(shè)備，由3部分組成，包括測(cè)試儀主機(jī)1 臺(tái)、導(dǎo)線收納器4 個(gè)、互感器8 個(gè)。其中4 個(gè)互感器為電壓互感器，用于發(fā)出電壓信號(hào)，另外4 個(gè)互感器為電流互感器，用于測(cè)量引下線所產(chǎn)生的電流信號(hào)。具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

1.2 系統(tǒng)工作原理

圖2 桿塔接地裝置測(cè)試儀結(jié)構(gòu)

測(cè)試儀主機(jī)內(nèi)的硬件構(gòu)成如圖3 所示，由MCU單元、信號(hào)發(fā)生模塊、電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)放大模塊、信號(hào)選擇模塊、功率放大模塊、電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、濾波模塊、交直流轉(zhuǎn)換模塊、AD 轉(zhuǎn)換模塊組成。其中，MCU 單元為系統(tǒng)的總控制器，信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)出正弦交流信號(hào)并通過電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)放大模塊輸出確定電壓值的正弦交流信號(hào)，再通過信號(hào)選擇模塊將不同的電壓值分配至4 路電壓互感器輸出支路中。同時(shí)，由功率放大模塊提高電路的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力從而驅(qū)動(dòng)電壓互感器。當(dāng)電壓互感器感應(yīng)到被測(cè)回路電壓信號(hào)時(shí)，回路中應(yīng)產(chǎn)生電流，由4 個(gè)電流互感器分別將4 路電流信號(hào)檢測(cè)出，并通過電流電壓轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為電壓值，再通過濾波模塊濾波及交直流轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為直流量并測(cè)量其大小，經(jīng)過AD 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入MCU 單元，MCU 單元根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算得到桿塔接地電阻阻值。

圖3 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

1.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

該系統(tǒng)與傳統(tǒng)接地電阻檢測(cè)方式相比，具有較為明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1）系統(tǒng)最終測(cè)量結(jié)果為桿塔接地回路的接地電阻阻值，并且可以分別測(cè)量4 條引下線的電阻值，能夠更好地體現(xiàn)桿塔接地性能及防雷性能。

2）測(cè)量時(shí)無(wú)須解開桿塔的多余接地引下線，提高了勞動(dòng)效率。同時(shí)，該方法適用于無(wú)法解開引下線桿塔的接地電阻測(cè)量。

3）測(cè)量時(shí)無(wú)須打輔助地極，因此適用于無(wú)法打輔助地極的桿塔接地電阻測(cè)量。

4）傳統(tǒng)鉗表法在測(cè)量較小電阻時(shí)，感應(yīng)電流將較大，從而影響測(cè)量精度。本系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)楸粶y(cè)接地電阻太小而導(dǎo)致的感應(yīng)電流過大，從而保證了小電阻時(shí)的測(cè)量精度。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

利用本設(shè)備對(duì)怒江供電局江賴線150 號(hào)桿塔進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。該桿塔處于山頂，具有以下特點(diǎn)：一是接地良好，并且同線路周圍桿塔接地良好；二是4條引下線接地，但有銹蝕，不易解開；三是所處環(huán)境較為惡劣，雖可以打輔助地極，但難度較大。

2.1 傳統(tǒng)方法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試存在的問題

1）解開引下線困難。需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間解開和安裝桿塔接地引下線。其中，耗費(fèi)約20 min 解開接地引下線，測(cè)量完畢后，耗費(fèi)10 min 安裝接地引下線。

2）鋪設(shè)輔助地極困難。測(cè)量共有3 種方法采用三極法測(cè)量，均需鋪設(shè)輔助地極，每次測(cè)量鋪設(shè)輔助地極耗費(fèi)約10 min。每測(cè)量只測(cè)量A，B，C，D 引下線接地阻值，而不測(cè)量桿塔整體接地電阻，在鋪設(shè)輔助地極方面，耗費(fèi)時(shí)間約40 min。

3）存在安全隱患。測(cè)量中，由于桿塔接地引下線難以拆解，在拆解過程中，可能出現(xiàn)人員受傷；在鋪設(shè)輔助地極時(shí)，為了達(dá)到輔助地極所需距離，部分人員已站在山頂?shù)膽已逻叄嬖谳^大安全隱患。

4）人員操作困難。采用三極法測(cè)量接地電阻時(shí)，輔助地極的鋪線長(zhǎng)度、電壓極與電流極引線的夾角等因素都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，因此該方法對(duì)于輔助地極的鋪設(shè)有嚴(yán)格的技術(shù)要求。而實(shí)際操作中，這些因素往往難以掌握，從而影響測(cè)量精度。在解開和安裝桿塔接地引下線時(shí)，由于多次繁重操作，有可能出現(xiàn)螺絲安裝不緊、少安裝螺母或墊片等情況，為桿塔的安全運(yùn)行帶來隱患。

2.2 接地電阻測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量操作步驟

1）打開平板控制端，打開系統(tǒng)APP，進(jìn)入測(cè)量操作界面；

2）輸入線路名和桿塔號(hào)，打開主機(jī)電源，軟件會(huì)自動(dòng)與設(shè)備通過藍(lán)牙連接；

3）取出副機(jī)配備的主副機(jī)連接線，將插頭插在主機(jī)對(duì)應(yīng)位置；

4）點(diǎn)擊“自檢”查看設(shè)備狀態(tài)是否正常；

5）分別將4 對(duì)測(cè)試鉗鉗入桿塔接地引下線，鉗口不能夾住異物；

6）打開主機(jī)電源，點(diǎn)擊APP 中“測(cè)量”按鍵，系統(tǒng)開始測(cè)量，測(cè)量按鍵變?yōu)榛疑?。測(cè)量完成后，按鍵由灰色變回藍(lán)色，測(cè)量結(jié)果顯示在相應(yīng)位置上；

7）測(cè)量結(jié)束后，再將測(cè)試鉗從引下線取下，通過按動(dòng)對(duì)應(yīng)位置的卷線按鈕將信號(hào)線收回至測(cè)試主機(jī)收納盒中；

8）關(guān)閉主機(jī)電源，將主副機(jī)連接線斷開并收納，關(guān)閉平板控制端，完成測(cè)量。

2.3 接地電阻測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況及分析

便攜式接地電阻測(cè)試儀操作簡(jiǎn)便，省時(shí)省力，測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，極大方便了現(xiàn)場(chǎng)接地電阻的測(cè)量，全部測(cè)量過程不超過10 min。測(cè)量中，設(shè)備免解線、無(wú)輔助地極、一次性測(cè)量5 個(gè)接地阻值、斷線報(bào)警四大優(yōu)勢(shì)均明顯體現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量狀況如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

2.4 測(cè)量結(jié)果分析

測(cè)量實(shí)驗(yàn)共采用3 種不同的測(cè)量設(shè)備或測(cè)量方法，包括ZC-29B 三極法、CA6411 鉗表法、便攜式接地電阻測(cè)試儀的免解線測(cè)量方法。測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 測(cè)量結(jié)果對(duì)比 Ω

從測(cè)試結(jié)果看，由于地勢(shì)情況復(fù)雜，輔助地極的設(shè)置對(duì)于測(cè)量結(jié)果造成較大影響，因此各測(cè)量方法之間出現(xiàn)了較大的偏差，但均不影響對(duì)于桿塔接地性能的判斷。利用本系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果與其他測(cè)試方法的測(cè)量結(jié)果無(wú)太大差別，體現(xiàn)出本系統(tǒng)具備實(shí)用性。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)輸電線路防雷接地性能，提出了基于柔性互感器的接地電阻測(cè)量方法，并且開展實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證其較好的應(yīng)用效果。該系統(tǒng)避免了桿塔接地電阻測(cè)量時(shí)的繁重勞動(dòng)，消除了操作過程中對(duì)于人員及設(shè)備的安全隱患，避免了人為操作所引入的測(cè)量誤差。同時(shí)，能夠快速準(zhǔn)確測(cè)量桿塔接地系統(tǒng)整體接地性能，更充分地體現(xiàn)出輸電線路的防雷指標(biāo)，具有較好的應(yīng)用和推廣前景。