一種接地體檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電站技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種接地體檢測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ]風(fēng)電場塔體、塔架間及風(fēng)電機(jī)組變電站都設(shè)置接地體體，這些接地裝置在風(fēng)電機(jī) 組安全運(yùn)行中起著十分重要的作用，它不僅為整個風(fēng)電機(jī)組內(nèi)的各種電氣設(shè)備提供一個公 共的參考地滿足工作需要，在機(jī)組系統(tǒng)短路或遭受雷擊時還能迅速排泄故障電流并降低被 保護(hù)區(qū)域的地電位升，保護(hù)工作區(qū)域技術(shù)工作人員的人身安全和各種電氣設(shè)備的安全和正 常運(yùn)行。風(fēng)電機(jī)組的接地裝置一般為環(huán)形或小型網(wǎng)格狀的接地體，通常利用扁鋼或圓鋼等 材料焊接組成環(huán)路或網(wǎng)格，接地體體一般埋入地下小于1米的深度，起到泄放故障電流、均 壓、和減小接地阻抗的作用。根據(jù)需要在接地體體不同位置處有接地導(dǎo)體與地面的電氣設(shè) 備相連。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)生短路或遭受雷擊等故障時，瞬間的大電流經(jīng)接地體體分散入地，從 而起到對設(shè)備和工作人員安全保護(hù)的作用。但是鋼質(zhì)材料的接地體，在土壤中隨投入運(yùn)行 年限的增加，易發(fā)生腐蝕，可能使接地導(dǎo)體截面積減小或斷裂，破壞原有的設(shè)計結(jié)構(gòu)，降低 接地性能，喪失保護(hù)功能。
[0003] 多年來，查找接地體體的斷點(diǎn)和腐蝕狀態(tài)已成為電力部門一項重要的預(yù)防事故措 施。電力部門診斷接地體腐蝕或斷裂缺陷的常用方法就是過一定年限后抽樣挖開檢查，根 據(jù)接地體體分布土壤的大致結(jié)構(gòu)和腐蝕率，憑經(jīng)驗(yàn)估計接地體體的腐蝕狀態(tài)。這種方法具 有盲目性，工作量大，需要消耗大量的人力、物力和財力，同時還受到現(xiàn)場運(yùn)行條件的制約， 很難準(zhǔn)確的診斷接地裝置的缺陷。
[0004] 對于大型網(wǎng)格狀接地體，研究人員也開展了大量研究工作，進(jìn)行了一些新方法的 嘗試，例如，電化學(xué)方法、探地雷達(dá)方法、節(jié)點(diǎn)互阻抗法、地表電位方法、瞬變電磁方法等。上 述方法為大型接地體體的檢測提供了一些思路，在實(shí)際運(yùn)用中還存在諸多局限性，其中，電 化學(xué)方法可分析項目少，只能獲得局部的信息，探地雷達(dá)用于接地體體的檢測存在分辨率 不足的問題，節(jié)點(diǎn)互阻抗法需要精準(zhǔn)的接地體體圖紙，需要跟蹤對比，且易受天氣、土壤條 件等因素的影響，檢測周期長、效率低。在實(shí)際工程中，當(dāng)接地體導(dǎo)體局部腐蝕或出現(xiàn)小斷 口時，地表電位變化較小，用于接地體體的腐蝕狀態(tài)和尋找斷點(diǎn)也是困難的。電磁方法對于 接地體體整體腐蝕變細(xì)的狀態(tài)也難以檢測。
[0005] 隨著我國清潔能源的發(fā)展，風(fēng)電場裝機(jī)容量逐年增加，針對風(fēng)電場接地體稀疏且 多為環(huán)形的特點(diǎn)，簡便、高效的檢測風(fēng)電場接地體體的斷點(diǎn)和腐蝕，是保障風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn) 定運(yùn)行的一個重要措施之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的狀況，提供一種接地體檢測系統(tǒng)，包括電 流發(fā)射系統(tǒng)、信號接收系統(tǒng)及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng);所述電流發(fā)射系統(tǒng)包括電流輸出單元、電流監(jiān) 測模塊和電壓監(jiān)測模塊，所述電流輸出模塊接于接地體相鄰的兩可觸及節(jié)點(diǎn)之間；所述信 號接收系統(tǒng)包括傳感探頭L、信號調(diào)理電路和示波模塊A，所述傳感探頭的信號輸出端接信 號調(diào)理電路的輸入端，信號調(diào)理電路的輸出端連接示波模塊的輸入端。
[0007] 進(jìn)一步地，所述的電流輸出單元包括整流濾波、功率逆變模塊、變壓濾波后輸出模 塊、測量反饋模塊、有效值采集模塊、SPWM合成模塊、PID控制模塊、電流控制模塊、主控制模 塊和波形合成模塊。
[0008] 進(jìn)一步地，所述信號處理電路包括第一儀表運(yùn)算放大器G1、機(jī)械選頻濾波器F和第 二儀表運(yùn)算放大器G2，所述第一儀表運(yùn)算放大器G1的輸入端接感應(yīng)探頭L，輸出端接機(jī)械選 頻濾波器F的輸入端，機(jī)械選頻濾波器F的輸出端接第二儀表運(yùn)算放大器G2的輸入端，第二 儀表運(yùn)算放大器G2的輸出端接不波模塊A的輸入端口。
[0009 ]進(jìn)一步地，所述電流輸出單元與市電連接，輸出的電流為點(diǎn)頻正弦電流信號。
[0010] 一種接地體檢測方法，步驟為：
[0011]步驟1:通過電流發(fā)射系統(tǒng)、信號接收系統(tǒng)查找接地體斷點(diǎn)缺陷：在環(huán)形接地體的 任意兩點(diǎn)的可觸及節(jié)點(diǎn)間注入點(diǎn)頻正弦交變電流，以接地體作為信號發(fā)射天線；利用信號 接收系統(tǒng)系統(tǒng)，在接地體上方地表面鄰近空間區(qū)域探測接收這一信號；
[0012] 步驟2:根據(jù)能否探測到點(diǎn)頻信號，判斷環(huán)形回路接地體有無斷點(diǎn)及斷點(diǎn)部位，能 探測到點(diǎn)頻信號的地表面下方接地體導(dǎo)體無斷點(diǎn)，不能檢測到該點(diǎn)頻信號的地表面下方接 地導(dǎo)體存在斷點(diǎn)；
[0013] 步驟3:依次對環(huán)形接地體所有相鄰的兩上引導(dǎo)體觸點(diǎn)輪換施加同頻及相同電流 強(qiáng)度的激勵；
[0014] 步驟4:依次測量激勵電流注入與抽出接地體觸點(diǎn)間接地導(dǎo)體地表面上方的點(diǎn)頻 信號幅值，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)構(gòu)建所有鄰近觸點(diǎn)間同頻、同電流強(qiáng)度下的點(diǎn)頻信號分布圖，依據(jù) 各段點(diǎn)頻信號幅值得到各支路電流及阻抗，通過阻抗的對比，分析診斷各段導(dǎo)體的腐蝕狀 ??τ 〇
[0015] 進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)的步驟為：
[0016] 步驟1:進(jìn)行開始和初始化；
[0017] 步驟2:輸入欲創(chuàng)建的數(shù)據(jù)存儲文件名和接地體的環(huán)路可觸及節(jié)點(diǎn)數(shù)；
[0018]步驟3:依次測量所有鄰近觸點(diǎn)發(fā)射點(diǎn)頻信號的觸點(diǎn)間電位差和對應(yīng)的點(diǎn)頻接收 信號；
[0019] 步驟4:全部測量結(jié)束后，創(chuàng)建方程組，根據(jù)求解信息分析各段導(dǎo)體的斷點(diǎn)和腐蝕 狀態(tài)信息，繪制接地體結(jié)構(gòu)圖，并輸出導(dǎo)體斷點(diǎn)的信息和腐蝕狀態(tài)信息，結(jié)束程序。
[0020] 進(jìn)一步地，所述方程組爻
[0021] 本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：
[0022] 采用點(diǎn)頻正弦電流發(fā)射源，通過接地體體與地表面的引線可觸及節(jié)點(diǎn)，直接注入 電流發(fā)射信號；
[0023] 基于法拉第電磁感應(yīng)定律，機(jī)械濾波和放大技術(shù)，利用磁場探頭接收接地體體在 地表面發(fā)射的點(diǎn)頻信號，經(jīng)過信號調(diào)理后得以提取和分辨。
[0024] 基于電磁場和電路理論，依據(jù)測量結(jié)果，有計算機(jī)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存 儲、處理和分析，最終得到接地體、接地體的斷點(diǎn)信息和腐蝕狀態(tài)。
[0025] 采用本發(fā)明方法和檢測系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)形接地體和網(wǎng)格狀接地體進(jìn)行現(xiàn)場測試，其 診斷結(jié)果與實(shí)際情況非常一致，誤差在5%以內(nèi)，能夠快速有效地診斷接地體、接地體的斷 點(diǎn)、腐蝕信息，評估其安全性能。
[0026] 本發(fā)明是一個以發(fā)射源、接收機(jī)測量裝置、計算機(jī)和仿真分析程序三者構(gòu)成的一 整套診斷測量系統(tǒng)。既可用于風(fēng)電場環(huán)形接地體的斷點(diǎn)和腐蝕狀態(tài)診斷，也可用變電站接 地體、輸電鐵塔、通訊塔及石化栗氣站等接地體、接地體的檢測和診斷。其方法簡便、診斷效 率高、工程實(shí)用性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0027]圖1為環(huán)形接地體斷點(diǎn)腐蝕檢測原理示意圖；
[0028]圖2為電流發(fā)射系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖3為信號接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖4為腐蝕狀態(tài)診斷數(shù)學(xué)分析原理圖；
[0031 ]圖5接地體斷點(diǎn)腐蝕數(shù)據(jù)分析程序流程圖；
[0032]圖6斷點(diǎn)診斷原理示例接地體；
[0033] 圖7斷點(diǎn)診斷原理點(diǎn)頻信號分布規(guī)律圖；
[0034] 圖8為現(xiàn)場測試某環(huán)形接地體的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖；
[0035] 圖9為在無斷點(diǎn)導(dǎo)體段地表面鄰近空間區(qū)域接收到的點(diǎn)頻信號圖；
[0036] 圖10為在有斷點(diǎn)導(dǎo)體段地表面鄰近空間區(qū)域接收機(jī)未能檢測到點(diǎn)頻信號的情況 圖；
[0037] 圖11為某110kV變電站網(wǎng)格狀接地體接收到的點(diǎn)頻信號分布圖。
[0038] 附圖標(biāo)注：1_接地體、2-電流發(fā)射系統(tǒng)、3-信號接收系統(tǒng)、4-電流監(jiān)測模塊、5-電壓 監(jiān)測模塊、6-可觸及節(jié)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明一種接地體檢測系統(tǒng)及方法做進(jìn)一步描述:該實(shí)施例僅用 于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修 改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0040] -種變電站接地體檢測系統(tǒng)，包括電流發(fā)射系統(tǒng)2、信號接收系統(tǒng)3及數(shù)據(jù)分析系 統(tǒng);所述電流發(fā)射系統(tǒng)包括電流輸出單元、電流監(jiān)測模塊4和電壓監(jiān)測模塊5,所述電流輸出 模塊接于接地體相鄰的兩可觸及節(jié)點(diǎn)6之間；所述信號接收系統(tǒng)包括傳感探頭L、信號調(diào)理 電路和示波模塊A，所述傳感探頭的信號輸出端接信號調(diào)理電路的輸入端，信號調(diào)理電路的 輸出端連接不波申旲塊A的輸入端。
[0041] 進(jìn)一步地，所述的電流輸出單元包括整流濾波、功率逆變模塊、變壓濾波后輸出模 塊、測量反饋模塊、有效值采集模塊、SPWM合成模塊、PID控制模塊、電流控制模塊、主控制模 塊和波形合成模塊。
[0042] 進(jìn)一步地，所述信號處理電路包括第一儀表運(yùn)算放大器G1、機(jī)械選頻濾波器F和第 二儀表運(yùn)算放大器G2，所述第一儀表運(yùn)算放大器G1的輸入端接感應(yīng)探頭L，輸出端接機(jī)械選 頻濾波器F的輸入端，機(jī)械選頻濾波器F的輸出端接第二儀表運(yùn)算放大器G2的輸入端，第二 儀表運(yùn)算放大器G2的輸出端接不波模塊A的輸入端口。
[0043 ]進(jìn)一步地，所述電流輸出單元與市電連接，輸出的電流為點(diǎn)頻正弦電流信號。
[0044] -種變電站接地體檢測方法，步驟為：
[0045] 步驟1:通過電流發(fā)射系統(tǒng)、信號接收系統(tǒng)查找接地體斷點(diǎn)缺陷：在環(huán)形接地體的 任意兩點(diǎn)的可觸及節(jié)點(diǎn)間注入點(diǎn)頻正弦交變電流，以接地體作為信號發(fā)射天線；利用信號 接收系統(tǒng)系統(tǒng)，在接地體上方地表面鄰近空間區(qū)域探測接收這一信號；
[0046] 步驟2:根據(jù)能否探測到點(diǎn)頻信號，判斷環(huán)形回路接地體有無斷點(diǎn)及斷點(diǎn)部位，能 探測到點(diǎn)頻信號的地表面下方接地體導(dǎo)體無斷點(diǎn)，不能檢測到該點(diǎn)頻信號的地表面下方接 地導(dǎo)體存在斷點(diǎn)；
[0047] 步驟3:依次對環(huán)形接地體所有相鄰的兩上引導(dǎo)體觸點(diǎn)輪換施加同頻及相同電流 強(qiáng)度的激勵；
[0048] 步驟4:依次測量激勵電流注入與抽出接地體觸點(diǎn)間接地導(dǎo)體地表面上方的點(diǎn)頻 信號幅值，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)構(gòu)建所有鄰近觸點(diǎn)間同頻、同電流強(qiáng)度下的點(diǎn)頻信號分布圖，依據(jù) 各段點(diǎn)頻信號幅值得到各支路電流及阻抗，通過阻抗的對比，分析診斷各段導(dǎo)體的腐蝕狀 ??τ 〇
[0049] 進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)的步驟為：
[0050] 步驟1:進(jìn)行開始和初始化；
[0051 ]步驟2:輸入欲創(chuàng)建的數(shù)據(jù)存儲文件名和接地體的環(huán)路可觸及節(jié)點(diǎn)數(shù)；
[0052]步驟3:依次測量所有鄰近觸點(diǎn)發(fā)射點(diǎn)頻信號的觸點(diǎn)間電位差和對應(yīng)的點(diǎn)頻接收 信號；
[0053]步驟4:全部測量結(jié)束后，創(chuàng)建方程組，根據(jù)求解信息分析各段導(dǎo)體的斷點(diǎn)