專利名稱：運用沖擊電流測量接地網(wǎng)電阻和電感的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與電力系統(tǒng)模擬在雷電流流過地網(wǎng)時的接地參數(shù)的測量系統(tǒng)和方法有關(guān)。
背景技術(shù)：
-在2006年最新的測量導(dǎo)則中，規(guī)定用接地阻抗代替接地電阻的概念。這使得接 地裝置的參數(shù)概念更加準(zhǔn)確，也為電力系統(tǒng)接地測量地提出了新的要求。我們知道， 通常所說的接地電阻并不是接地裝置的純電阻，而是含電抗分量在內(nèi)的接地阻抗， 它分為工頻接地阻抗和沖擊接地阻抗。工頻電流向大地散流時接地介質(zhì)呈現(xiàn)的阻抗 為工頻接地阻抗，雷電流^沖擊電流)流過接地裝置呈現(xiàn)的阻抗為沖擊接地阻抗。 且接地裝置對沖擊電流所呈現(xiàn)的阻抗是與工頻接地阻抗和直流電阻不同的。目前的 接地阻抗測試儀一般只能測出接地裝置的工頻接地阻抗和直流電阻，所以研制用沖 擊電流測量接地阻抗系統(tǒng)是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抗干擾能力強，測量精度高，測量簡單實用的運用沖 擊電流測量接地網(wǎng)電阻和電感的系統(tǒng)和方法。 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明運用沖擊電流測量接地網(wǎng)電阻和電感的系統(tǒng)，沖擊電流發(fā)生器B的輸入與隔離變壓器A的輸出連接，隔離多壓器A的輸入與交流電源連接，沖擊電流發(fā)生 器B的輸出經(jīng)硅堆C和保護(hù)電阻D對電容I進(jìn)行沖電，可控硅G控制電容I對測試 回路放電，分流電阻F、可調(diào)電感E和等效地網(wǎng)H串聯(lián)于電容I的放電回路中，串 聯(lián)的第一、第二分壓電阻M,， M2與等效地網(wǎng)I并聯(lián)。分流電阻F和第二分壓電阻M2 與A/D轉(zhuǎn)換器J的輸入連接，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出與微處理器K連接。沖擊電流發(fā)生器B為6倍壓電路，由串連的六個電容d—Ce和并聯(lián)的6個二極管D,—De組成。第一、第二分壓電阻M,, M2的阻值在2—20KQ范圍內(nèi)可調(diào)，分流電阻F和第 一、第二分壓電阻M,, M2為無感電阻器。 電感E為可調(diào)電感。系統(tǒng)的測量方法，包括如下步驟-(1) 計算機讀入A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制電壓U信號、電流I信號數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn) 換單元轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)U U,)和I (/,), /為采集的數(shù)據(jù)點數(shù)排序值，采集的數(shù) 據(jù)點數(shù)n由A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率確定w = /T，其中/為采樣頻率，r為采樣周期，(2) 快速付立葉變換單元把U (/,)和I O,)變換為頻域內(nèi)的頻率和幅值的對應(yīng)關(guān)系u ( ,)禾n i (",)， w為基頻，必=工-(3) 阻抗計算單元計算沖擊阻抗Z(w,)-^^/ = 1，2，..."，(4) 計算單元計算頻域內(nèi)的一組電阻分量R 和電感分量L (q)(5)計算單元計算電阻R、電感L ，<formula>formula see original document page 5</formula>本發(fā)明運用沖擊電流作為模擬雷電的測量電流，并用一套較新的計算方法計算 接地參數(shù)，該方法能把電阻和電抗分量分開，能測量出其它方法不能測出的沖擊接 地阻抗。測量裝置簡單，便于操作，抗干擾能力強，測量精度高，有較高的工程實 用價值。


圖1為本發(fā)明的電路原理圖。圖2為沖擊電流發(fā)生器的電路原理圖。圖3為本發(fā)明的計算機程序的流程圖
具體實施例方式本發(fā)明的硬件主要是沖擊電流發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集裝器。沖擊電流發(fā)生器的設(shè)計 思想是在箱體絕緣足夠的情況下，盡量小型化，便于攜帶。根據(jù)實際工程的要求， 沖擊電流發(fā)生器設(shè)計為輸出電壓可調(diào)，最大電壓5kV，波頭較陡的沖擊電流波形。沖擊電流發(fā)生器電源采用220V交流供電電源，經(jīng)倍壓整流電路對1 10KV、 10 2004F (主機電容為1(￥F,可并接更大的外接充電電容L)的電容I充電，充電完 畢后切斷電源，控制可控硅G導(dǎo)通，電容I對放電回路進(jìn)行放電。沖擊電流發(fā)生器 可以通過調(diào)節(jié)分壓電阻和電感得到所需要的沖擊電流波形。本發(fā)明的圖1中的各元 器件如下所示 'A:隔離變壓器B: 6倍壓電路。電容6個(CJ41-2 630V-4nF)， 二極管6個；C:硅堆(2DLlA10kV)D:保護(hù)電阻(RX20—200W)E:電感線圈(線圈直徑7cm， 7匝)F:分流電阻(RX20-200W)可控硅控制開關(guān)(控制充電電容放電)G:可控硅開關(guān) H:等效地網(wǎng)I:電容(充電電容5kV， 50uF) J: 10bitAD采樣器(ADS805E)K: 586 EX微處理器(ELANSC520-133)，進(jìn)行時序邏輯控制，數(shù)據(jù)處理，程序 計算(見軟件計算部分) L:外接充電電容 M,， M2:分壓電阻(RX20-200W)測量電流取自220V交流，自隔離變壓器A傳輸?shù)紹，在B內(nèi)經(jīng)6倍放大后經(jīng) C放電，D為回路保護(hù)電阻。E為可調(diào)電感，充電電容I充電完成后，可控硅開關(guān) G控制放電。F為分流電阻，H為等效地網(wǎng)，AD轉(zhuǎn)換器經(jīng)F、 M2上分別采得電流、 電壓模擬信號并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入微處理器K進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計算，通過數(shù)據(jù)采集器采集到電壓、電流數(shù)據(jù)以后傳送到計算機進(jìn)行處理，計算機軟 件應(yīng)能計算出接地體的電阻、電感和沖擊接地阻抗。對于沖擊接地阻抗的計算，根據(jù)沖擊接地阻抗的定義，最大電壓值與最大電流 值的比值即為沖擊接地阻抗值。本方法采用頻譜分析方法，在頻域內(nèi)，相同頻率下 電壓與電壓之比為此頻域下的沖接地阻抗值。然后選擇其穩(wěn)定下求其平均值。如何把接地阻抗的電阻和電抗分量分開，得出接地體的電阻和電感，是沖擊測 量法重點研究的問題，本發(fā)明的具體算法如下(1)計算機讀入A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制電壓U信號，電流I信號數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)U (。)和I (()， /為采集的數(shù)據(jù)點數(shù)的排序值，采集的 數(shù)據(jù)點數(shù)n由A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率確定，"=/7\其中/為采樣頻率，r為釆樣 周期，(2) 快速付立葉變換單元把U (/,)和I (()變換為頻域內(nèi)的頻率和幅值的 對應(yīng)關(guān)系U 和J ( ,)， 《為基頻，<formula>formula see original document page 7</formula>(3) 阻抗計算單元計算沖擊阻抗Z(w,)-^<formula>formula see original document page 7</formula>(4 )計算單元計算頻域內(nèi)的<formula>formula see original document page 7</formula>(5)計算單元計算r、 l<formula>formula see original document page 7</formula>二進(jìn)制數(shù)據(jù)為A/d轉(zhuǎn)換器從分壓電阻、分流電阻上采集到的電壓u信號、電流 I信號。計算機軟件將二進(jìn)制的u和I數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后變?yōu)槭M(jìn)制數(shù)據(jù)t/")、 /《)，其中i為采集的數(shù)據(jù)點數(shù)的排序值，如采樣頻率為lMHz，那么-一個工頻周期0.02s, 共得采集2乂104個數(shù)據(jù)點，那么n-2X104。 f/";), /(0為時域內(nèi)時間和幅值對應(yīng) 關(guān)系。經(jīng)快速傅立葉變換后得到電壓、電流頻域內(nèi)頻率和幅值對應(yīng)關(guān)系C/(A),/(q)。沖擊阻抗Z(w,)-^^。通過公式計算出i (w,)和丄(6),)后，求其平均值R， L。
權(quán)利要求
1、運用沖擊電流測量接地網(wǎng)電阻和電感的系統(tǒng)，其特征在于沖擊電流發(fā)生器(B)的輸入與隔離變壓器(A)的輸出連接，隔離多壓器(A)的輸入與交流電源連接，沖擊電流發(fā)生器(B)的輸出經(jīng)硅堆(C)和保護(hù)電阻(D)對電容(I)進(jìn)行沖電，可控硅(G)控制電容(I)對測試回路放電，分流電阻(F)、可調(diào)電感(E)和等效地網(wǎng)(H)串聯(lián)于電容(I)的放電回路中，串聯(lián)的第一、第二分壓電阻(M1，M2)與等效地網(wǎng)(I)并聯(lián)，分流電阻(F)和第二分壓電阻(M2)與A/D轉(zhuǎn)換器(J)的輸入連接，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出與微處理器(K)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求！所述的系統(tǒng)，其特征在于沖擊電流發(fā)生器(B)為6倍壓電 路，由串連的六個電容C,一"和并聯(lián)的6個二極管D,—D6組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求〗所述的系統(tǒng)，其特征在于第一、第二分壓電阻((M,, M2) 的阻值在2—20KQ范圍內(nèi)可調(diào)，分流電阻(F)和第一、第二分壓電阻(M" M2)為 無感電阻器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于電感(E)為可調(diào)電感A.
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)的測量方法，包括如下步驟(1) 計算機讀入A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制電壓U,信號、電流I信號數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn) 扭i單元轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)U U,)和I (,,)， /為采集的數(shù)據(jù)點數(shù)排序值，采集的數(shù)據(jù)點數(shù)n由A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率確定n = yr，其中/為采樣頻率，r為采樣周期，(2) 快速付立葉變換單元把U和I 變換為頻域內(nèi)的頻率和幅值的 對應(yīng)關(guān)系U 和I (",)， 《為基頻，w = Z，(4)計算單元計算頻域內(nèi)的一組電阻分量r ( a)和電感分量l ,(3)阻抗計算單元計算沖擊阻抗Z(化)-(5)計算單元計算電阻R、電感L<formula>formula see original document page 3</formula>
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于步驟(1)中A/D轉(zhuǎn)換器采樣頻率 /與采樣周期T為使用者自行設(shè)定，/最高可設(shè)定為lMHz， T一般設(shè)為一個工頻周 期G.02s即可滿足采樣要求，則采樣點數(shù)"必須滿足"/T-2、 A;為正整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明為運用沖擊電流測量接地網(wǎng)電阻和電感的系統(tǒng)和方法，解決雷電流流過接地網(wǎng)時的接地阻抗、電阻和電感的測量問題。沖擊電流發(fā)生器(B)的輸入與隔離變壓器(A)的輸出連接，隔離多壓器(A)的輸入與交流電源連接，沖擊電流發(fā)生器(B)的輸出經(jīng)硅堆(C)和保護(hù)電阻(D)對電容(I)進(jìn)行充電，可控硅(G)控制電容(I)對測試回路放電，分流電阻(F)、可調(diào)電感(E)和等效地網(wǎng)(H)串聯(lián)于電容(I)的放電回路中，串聯(lián)的第一、第二分壓電阻(M₁，M₂)與等效地網(wǎng)(I)并聯(lián)。分流電阻(F)和第二分壓電阻(M₂)與A/D轉(zhuǎn)換器(J)的輸入連接，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出與微處理器(K)連接。
文檔編號G01R27/08GK101236222SQ200810044810
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月25日
發(fā)明者李建明 申請人:四川電力試驗研究院;李建明