本發(fā)明屬于接地電阻測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及電力線鐵塔的接地電阻測試技術(shù)，具體為一種基于電流比例檢測的電力線鐵塔接地電阻在線測試儀。

背景技術(shù)：

為保證高壓輸電線路安全穩(wěn)定運行,減少雷擊帶來的危害,高壓輸電鐵塔都鋪設(shè)有接地網(wǎng)絡(luò)。為提高接地效果，除單個鐵塔自身的接地網(wǎng)絡(luò)外，還通過架空線將各鐵塔依次連通，接地電流通過單個鐵塔自身地網(wǎng)流入大地，也通過架空線經(jīng)鄰近鐵搭的地網(wǎng)流入大地；顯然，每個鐵塔的接地電阻都需要控制在一定范圍內(nèi)。

當(dāng)前，鐵塔接地電阻測量方式主要有兩種，一種是將鐵塔的接地引下線斷開，采用機(jī)械搖表式或電子式地阻儀通過三線法測量，另一種是近年出現(xiàn)的鉗形表測量。利用現(xiàn)有三線法測量的問題在于必須斷開接地引下線，導(dǎo)致必須人工參與，使檢測效率低下，每個鐵塔每年只能檢測有限的幾次；鉗形表的測量假定了其它鐵塔的并聯(lián)電阻極小，這一假設(shè)并不符合實際情況，同時，其測量方式在鐵塔有雙接地引下線甚至多接地引下線時，由于引下線自身的影響，無法進(jìn)行測量。目前，采用物聯(lián)網(wǎng)來監(jiān)測各個鐵塔的地網(wǎng)阻值，替代人工巡檢的工作方式，極大地提高檢測效率、頻度和靈活性，是一種現(xiàn)實的需求，但必須首先解決人工參與的問題，而不斷開接地引下線就是最重要的前提。為解決不斷開接地引下線就能測量鐵塔接地電阻，現(xiàn)有技術(shù)中已提出了在三線法的基礎(chǔ)上通過增加檢流線圈測量各引下線的電流的方法，原理上講是可行的，但該測量方法要求檢流線圈在測量電流時需要極高的精度，因此，在實際應(yīng)用中非常復(fù)雜?；诖耍景l(fā)明提供一種基于電流比例檢測的方式，通過參數(shù)相同的檢流線圈同時檢測上行和下行電流，通過和差方式準(zhǔn)確測量電流比例，并選擇合適的電壓取樣點，準(zhǔn)確測量電壓比例，通過數(shù)據(jù)處理給出接地網(wǎng)絡(luò)電阻值，不需要檢流線圈精確測量電流，更加簡單可靠。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于電流比例檢測的電力線鐵塔接地電阻在線測試儀，用于實現(xiàn)不斷開接地引下線的條件下測試電力線鐵塔接地電阻，并且測試簡便可靠，從而使電力線鐵塔接地電阻的數(shù)據(jù)能夠通過物聯(lián)網(wǎng)的方式實現(xiàn)智能化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于電流比例檢測的電力線鐵塔接地電阻在線測試儀，包括電流檢測主件1、若干個電流檢測輔件2、電流發(fā)送電極3、電壓取樣電極4及信號處理模塊5，其特征在于，所述電流檢測主件1由自上而下的一個上檢流線圈6、一個取樣夾頭7和一個下檢流線圈8構(gòu)成，安裝于電力線鐵塔的任意一根接地引下線上，所述上檢流線圈6和下檢流線圈8環(huán)套于接地引下線且非接觸，所述取樣夾頭7固定于接地引下線上位于上檢流線圈6和下檢流線圈8中間、且與接地引下線保持導(dǎo)通；所述若干個電流檢測輔件2分別安裝于電力線鐵塔其余接地引下線上，沒跟接地引下線安裝一個，每個電流檢測輔件2由一個環(huán)套于接地引下線且非接觸的檢流線圈9構(gòu)成；所述電流發(fā)送電極3及電壓取樣電極4分別插入地中；所述信號處理模塊5連接電流檢測主件1、若干個電流檢測輔件2、電流發(fā)送電極3以及電壓取樣電極4，用于控制及數(shù)據(jù)處理。

進(jìn)一步的，所述電力線鐵塔接地電阻在線測試儀中所有線圈均采用相同參數(shù)。

更進(jìn)一步的，上述電力線鐵塔接地電阻在線測試儀的測試方法，包括以下步驟：

步驟1、通過信號處理模塊控制，接通電流檢測主件中上檢流線圈和下檢流線圈、電流檢測輔件及電流發(fā)送電極；信號處理模塊通過電流發(fā)送電極向大地發(fā)送預(yù)設(shè)頻率的正弦波電流，測得各電流檢測輔件中檢流線圈、以及電流檢測主件中上檢流線圈和下檢流線圈的輸出電壓，將若干個電流檢測輔件的檢流線圈輸出電壓模擬相加得電壓v_a，將電流檢測主件的電流檢測主件輸出電壓v_d與電壓v_a模擬相減得到v_d-v_a，將電流檢測主件的電流檢測主件輸出電壓v_u與電壓v_a模擬相加得到v_u+v_a，計算得電流比為：ρ＝(v_d-v_a)/(v_u+v_a)；

步驟2、通過信號處理模塊控制，接通電流檢測主件中取樣夾頭、電流發(fā)送電極和電壓取樣電極，信號處理模塊通過電流發(fā)送電極向大地發(fā)送與步驟1相同頻率的正弦波電流，測得電流檢測主件的取樣夾頭處電壓v_s和電壓取樣電極上的電壓v_p，計算得電壓比：δ＝v_p/v_s；

步驟3、信號處理模塊計算得電力線鐵塔接地電阻Rg＝Rs·(δ-1)·[(ρ+1)/ρ]。

進(jìn)一步的，上述測試方法中，還包括以下步驟：重復(fù)步驟1至步驟3，得到多個隨機(jī)頻率下的接地電阻測量值，構(gòu)成一個序列集合，通過統(tǒng)計處理得到接地網(wǎng)絡(luò)電阻值作為輸出結(jié)果。

本發(fā)明的工作原理為：由于電力線鐵塔架空線的存在，信號處理模塊通過電流發(fā)送電極向大地發(fā)送預(yù)設(shè)頻率的正弦波電流后，電流信號經(jīng)過兩個路徑；其中一個路徑從被測鐵塔接地網(wǎng)絡(luò)經(jīng)取樣夾頭回到信號處理模塊，該路徑的等效電阻即為被測鐵塔的接地電阻Rg；另一路徑經(jīng)過其它鐵塔及架空線回到被測鐵塔再經(jīng)取樣夾頭回到信號處理模塊，該路徑的等效電阻為Rt；采用電流檢測主件中的上檢流線圈和下檢流線圈分別測出取樣夾頭上、下流入的電流，同時用電流檢測輔件中的檢流線圈檢出對應(yīng)引下線上的電流，根據(jù)和差關(guān)系便可以得到分別流經(jīng)Rg、Rt的電流i_g、i_t之比ρ＝i_g/i_t；另外，取樣夾頭到信號處理模塊公共地之間有一個取樣電阻Rs，取樣夾頭處的電壓v_s和電壓取樣電極處的電壓v_p分別為v_s＝Rs·(i_g+i_t)、v_p＝v_s+i_g·Rg，結(jié)合ρ＝i_g/i_t，δ＝v_p/v_s，可知Rg＝Rs·(δ-1)·[(ρ+1)/ρ]。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供一種基于電流比例檢測的電力線鐵塔接地電阻在線測試儀，利用性能參數(shù)一致的檢流線圈，通過模擬相加和模擬相減處理提取出流經(jīng)Rg、Rt的電流之比，再利用電壓取樣電極處電壓和取樣電阻電壓信號之間的關(guān)系，解算出被測接地網(wǎng)絡(luò)的電阻值，保證了不斷開引下線時電力線鐵塔接地電阻的測試；同時，測量過程中不需要絕對精確地測量各個電流，而僅需要測量各電流之間的比例關(guān)系，因此僅要求各檢流線圈參數(shù)盡量一致，還具有不受正弦波頻率影響的好處，降低了生產(chǎn)難度及成本；另外，信號處理器控制采用多個隨機(jī)頻率進(jìn)行測試，得到多個接地電阻測算值來進(jìn)一步進(jìn)行統(tǒng)計處理，得到最終輸出結(jié)果，具有較強(qiáng)的抗干擾能力以及多鐵塔同時測量時的抗互擾能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于電流比例檢測的電力線鐵塔接地電阻在線測試儀原理結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為電流檢測主件，2為電流檢測輔件，3為電流發(fā)送電極，4為電壓取樣電極，5為信號處理板，6為上檢流線圈，7為取樣夾頭，8為下檢流線圈，9為檢流線圈。

圖2為與測試環(huán)境有關(guān)的等效電阻示意圖。

圖3為電流比例提取的信號流程示意圖。

圖4為電壓比例提取的信號流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，為本實施例提供雙引下線電力線鐵塔基于電流比例檢測的在線接地電阻測試儀原理結(jié)構(gòu)示意圖：

在鐵塔的一根接地引下線上安裝一套電流檢測主件1，在另一根接地引下線上安裝一套電流檢測輔件2，注意安裝方向不可倒置，并確保接線的正確性，另外按照傳統(tǒng)三線法接地測試標(biāo)準(zhǔn)確定距離然后將電流發(fā)送電極3(對應(yīng)電流極C)和電壓取樣電極4(對應(yīng)電壓極P)插入地中一定深度；電流檢測主件1、電流檢測輔件2、電流發(fā)送電極3和電壓取樣電極4都有引線通過接插件與測試儀主機(jī)5(信號處理模塊)相連接，信號處理板安裝在測試儀主機(jī)內(nèi)；其中所有檢流線圈的參數(shù)保持一致；電流檢測主件和電流檢測輔件都是獨立部件，除關(guān)鍵的檢流線圈、取樣夾頭及引出線外，還應(yīng)當(dāng)包括緊固、防水等附屬的部分，以確保安裝便利可靠并能夠在野外長期使用。

如圖2所示，為兩個路徑中的等效電阻示意圖：

測試回路中包含有兩個最重要的等效電阻，一個電阻是被測鐵塔接地電阻Rg，另一個為其余鐵塔及相關(guān)路徑共同作用產(chǎn)生的等效電阻Rt；電流發(fā)射電極向地上注入電流，再從取樣夾頭回到信號源的過程中，一部分電流流過Rg，另一部分電流流過Rt，如果能夠測得這兩部分電流i_g、i_t之比ρ＝i_g/i_t，進(jìn)一步結(jié)合其它參數(shù)的測量就可以求解Rg。

如圖3所示，為電流比例檢測的原理示意圖：

電流發(fā)送電極發(fā)送的正弦波電流經(jīng)過Rg、Rt后，經(jīng)電流檢測主件的取樣夾頭流回信號處理板，流經(jīng)Rg的電流為i_g，流經(jīng)Rt的電流為i_t，電流檢測主件所在的引下線上，分別有上、下流入取樣夾頭的電流i_u、i_d，電流檢測輔件所在的引下線上也會存在電流i_a，但方向卻是不確定的，在下檢流線圈與檢流線圈安裝方向一致時，有i_g＝i_d+i_a，i_t＝i_u-i_a；若檢流線圈的輸出響應(yīng)均為v＝k·i，k為常數(shù)，則有i_g/i_t＝(v_d-v_a)/(v_u+v_a)，因此將檢流線圈的輸出信號進(jìn)行模擬相加(13)、模擬相減(14)處理，得到v_d-v_a和v_u+v_a，各自經(jīng)過一路帶通濾波(15、16)和A/D(17、18)，并行送入信號處理器，即可求得ρ＝i_g/i_t，完成電流比例提取。

如圖4所示，為電壓比例提取的信號流程示意圖：

電流件測主件的取樣夾頭接有一個取樣電阻Rs到信號處理板的公共地，該地也是信號源的地，將由Rs得到的取樣電壓v_s和由電壓取樣電極取得的電壓v_p分別經(jīng)過帶通濾波(15、16)和A/D(17、18)轉(zhuǎn)換送入信號處理器中處理，得到δ＝v_p/v_s，完成電壓比例提取。

由Rg＝Rs·(δ-1)·[(ρ+1)/ρ]，代入上述已提取的電流比例ρ和電壓比例δ，即可以獲得接地電阻Rg的一個計算值。

信號處理板上的帶通濾波及A/D轉(zhuǎn)換，參數(shù)要盡可能一致，以避免兩路特性差異對測量產(chǎn)生大的影響。本發(fā)明中前兩個步驟的測量電路是一體的，僅通過繼電器控制通斷來達(dá)成各自的電路功能，也可以不用切換而采用四路帶通濾波和A/D轉(zhuǎn)換來合成一步完成；在不測量時，各個繼電器都是斷開的，使電路板與所有外部連線斷開，另外，在繼電器后加入壓敏電阻來進(jìn)一步保護(hù)電路板。為提高抗干擾以及提高多個鐵塔同時測量時抗互擾的能力，采用多個隨機(jī)頻率重復(fù)上述測量過程，得到被測鐵塔地阻值的一個序列集，通過統(tǒng)計處理方式得到被測鐵塔最終輸出的電阻值。

信號處理器可以采用FPGA，也可以采用其它類型的處理器，無論采用哪一種，都要求能夠完成傅里葉變換、電阻值的計算以及統(tǒng)計方法得到最終的電阻計算結(jié)果。

采用本發(fā)明制作的電力線鐵塔接地電阻在線測試儀，能夠?qū)崿F(xiàn)電力線鐵塔接地電阻的在線測試，不需要斷開接地引下線，為電力線鐵塔接地電阻的測試提供了便利。采用電流比例檢測原理對檢流線圈檢測的絕對精度沒有要求，也不受頻率變化的影響，便于生產(chǎn)和調(diào)試。由于具備在線測試功能，只需要將相關(guān)數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)的方式傳送到服務(wù)器，并通過軟件直接在電腦上或手機(jī)上監(jiān)測，而且還可以根據(jù)需要靈活設(shè)定何時檢測，完全可以替代電力行業(yè)傳統(tǒng)的人工巡檢方式，并大大地提高檢測效率。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其它等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。