一种接地极冲击散流特性测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种接地极冲击散流特性测量装置，包括冲击电流发生器、半球形试验槽、模拟接地极、电流传感器阵列、铜针、高速数据采集卡、控制处理模块、显示模块；冲击电流发生器的输入端通过导线分别与220V工频电源和模拟接地极的电流注入点连接；模拟接地极埋在半球形试验槽中；电流传感器阵列布置在模拟接地极四周土壤中各待测点处，其铜针与模拟接地极轴向垂直；电流传感器阵列的信号输出端通过同轴屏蔽电缆与高速数据采集卡的输入端连接；控制处理模块与高速数据采集卡及显示模块连接。本装置对接地极冲击散流规律的测量效率高，测量过程简便易行。本发明还公开了一种应用上述装置的接地极冲击散流特性测量方法。

说明书

技术领域

本发明涉及输变电设备辅助器材技术领域，特别涉及一种接地极 冲击散流特性测量装置。本发明还涉及一种应用该装置的接地极冲击 散流特性测量方法。

背景技术

在目前的电力系统运行维护过程中，大多数输变电线路事故都是 由于雷击输电线路或杆塔而引起的跳闸现象所导致的。而通过测量接 地极冲击散流特性，能够全面地研究接地极的散流规律，并对科学地 提高输变电线路的防雷效果具有重要的意义。

目前现有的接地极冲击散流特性测量设备中，其通常是采用模拟 实验的方法模拟雷电流通过接地装置向周围土壤流散时的土壤放电过 程，并对各个位置的冲击散流分布规律进行测量，然而，该种测量方 式虽然能够满足基本的冲击散流特性测量需要，但由于其需要反复改 变传感器的布置位置以测试不同区域的相关数据，操作过程较为复杂， 测量效率低下，给后续的数据处理和相关工序的顺利实施造成不便。

因此，如何使得接地极冲击散流特性测量过程更加简便高效是本 领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种接地极冲击散流特性测量装置，该装置 能够使得接地极冲击散流特性测量过程更加简便高效。本发明的另一 目的是提供一种应用上述接地极冲击散流特性测量装置的接地极冲击 散流特性测量方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种接地极冲击散流特性测量 装置，包括冲击电流发生器、半球形试验槽、模拟接地极、电流传感 器阵列、铜针、高速数据采集卡、控制处理模块、显示模块；

所述冲击电流发生器的输入端通过导线分别与220V工频电源和 所述模拟接地极的电流注入点连接；所述模拟接地极埋在所述半球形 试验槽中；所述电流传感器阵列布置在所述模拟接地极四周土壤中各 待测点处，其铜针与模拟接地极轴向垂直；所述电流传感器阵列的信 号输出端通过同轴屏蔽电缆与高速数据采集卡的输入端连接；所述控 制处理模块与所述高速数据采集卡及所述显示模块连接。

优选地，所述电流传感器阵列包括若干电流传感器，所述电流传 感器包括不导磁骨架、铜质线圈、积分电路、刺刀螺母连接器插座和 聚合物绝缘外壳和铜针，所述铜制线圈套设于所述不导磁骨架的外部。

优选地，所述半球形试验槽内装设有粒径为0.05～1mm的含水砂 子。

本发明还提供一种接地极冲击散流特性测量方法，包括步骤：

确定模拟实验条件，根据实际工况和试验需求确定相应的试验条 件；

连接试验回路，根据实际工况，将接地极冲击散流特性测量装置 与试验回路进行接线；

设置控制处理参数，根据试验需要，设定相关的控制处理参数；

试验测量，测量当前工况环境下的接地极冲击散流特性相关数 据。

相对上述背景技术，本发明所提供的接地极冲击散流特性测量装 置，包括冲击电流发生器、半球形试验槽、模拟接地极、电流传感器 阵列、铜针、高速数据采集卡、控制处理模块、显示模块；所述冲击 电流发生器的输入端通过导线分别与220V工频电源和所述模拟接地 极的电流注入点连接；所述模拟接地极埋在所述半球形试验槽中；所 述电流传感器阵列布置在所述模拟接地极四周土壤中各待测点处，其 铜针与模拟接地极轴向垂直；所述电流传感器阵列的信号输出端通过 同轴屏蔽电缆与高速数据采集卡的输入端连接；所述控制处理模块与 所述高速数据采集卡及所述显示模块连接。在单次充放电过程中，本 装置能测量12个关键待测点的流散电流值，不需再次重新布置传感 器，对接地极冲击散流规律的测量效率高，测量过程简便易行；且各 测量点的电流值乃一次充放电时所测得，测量结果更为准确可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的接地极冲击散流特性测 量装置的系统连接图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的接地极冲击散流特性测 量装置的原理图；

图3为图2中电流传感器部分的结构示意图；

图4为本发明一种具体实施方式所提供的接地极冲击散流特性测 量方法的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种接地极冲击散流特性测量装置，该装置 能够使得接地极冲击散流特性测量过程更加简便高效；同时，提供一 种应用上述接地极冲击散流特性测量装置的接地极冲击散流特性测量 方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图 和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1、图2和图3，图1为本发明一种具体实施方式所提 供的接地极冲击散流特性测量装置的系统连接图；图2为本发明一种 具体实施方式所提供的接地极冲击散流特性测量装置的原理图；图3 为图2中电流传感器部分的结构示意图。

在具体实施方式中，本发明所提供的接地装置的冲击特性模拟试 验装置，主要包括冲击电流发生器1、半球形试验槽13、模拟接地极 14、电流传感器阵列20、铜针21、高速数据采集卡18、控制处理模 块19、显示模块20等。冲击电流发生器1主要包括：智能控制系统2、 调压器3、升压变压器4、硅堆5、调波电阻6、调波电感7、脉冲电 容器组8、气动点火球隙9、空气压缩机10。冲击电流发生器1的输 入端通过导线与220V工频电源连接，输出端产生冲击幅值、波前时 间、波尾时间可调的冲击大电流，并与模拟接地极14的电流注入点连 接；模拟接地极14埋在半球形试验槽13中；自制电流传感器阵列21 布置在模拟接地极14四周土壤中各待测点处，其铜针22与模拟接地 极14轴向垂直；电流传感器阵列21的信号输出端通过同轴屏蔽电缆 16与高速数据采集卡18的输入端连接；控制处理模块19与高速数据 采集卡18及显示模块20连接。在单次充放电过程中，本装置能测量 12个关键待测点的流散电流值，不需再次重新布置传感器，对接地极 冲击散流规律的测量效率高，测量过程简便易行；且各测量点的电流 值乃一次充放电时所测得，测量结果更为准确可靠。

进一步地，电流传感器阵列21由一组2~12个电流传感器构成， 每个传感器包括不导磁骨架23、铜质线圈25、积分电路27、刺刀螺 母连接器插座26和聚合物绝缘外壳24和铜针22。为便于加工和现场 安装,不导磁骨架23在设计中选用了圆形截面的圆环形结构，为了使 线匝截面上的磁场强度趋于处处相等，尽量减少对一次载流导线的位 置要求,通常取骨架截面的直径和骨架内环半径的比值在1/6左右， 其内外环半径分别为a、b，取b=(1.1~1.2)a。的不导磁骨架23为内 径为30mm、外径为35mm、截面直径为5mm、材质为不导磁聚合物 的圆环，其主要作用是固定铜质线圈25。的铜质线圈25由标称直径 为0.49mm的铜漆包圆线均匀绕制在圆环形的不导磁骨架23上，绕制 的匝数为300匝，铜质线圈25两端的引出线与积分电路27的输入端 连接，用以对感应电动势u₁(t)进行积分，从而得到感应电流i₁(t)。考 虑到杂散电容很小，只在测量10MHz以上频率信号时才对测量结果 有大的影响，因此，在本发明中可忽略不计。积分电路27的输出端通 过刺刀螺母连接器插座26与同轴屏蔽电缆16一端的刺刀螺母连接器 插头26连接，同轴屏蔽电缆16的另一端通过刺刀螺母连接器插头26 与高速数据采集卡18的输入端连接。在的电流传感器21表面浇铸有 厚度为8～10cm的聚合物绝缘外壳24，用以防止大电流窜入电流传感 器所在的测量回路而损毁测量设备。铜针22的材料为标称直径为 2.44mm铜漆包圆线，由不导电的塑料套件固定于圆环的中部，其主 要作用是引流待测点的冲击电流。电流传感器阵列21的测量带宽为 200Hz～10MHz，其不仅具有良好的响应特性，能够准确的测量冲击 大电流，而且电流传感器通过电磁场耦合测量冲击电流，测量线圈本 身与被测电流回路没有直接的电的联系，因此与主回路有着良好的电 气绝缘，结构简单，线性良好。

更具体地，半球形试验槽13装设有粒径为0.05～1mm的含水砂 子，通过改变砂子的含水量来改变土壤电阻率；在试验槽中水平分层 铺装岩石和砂子可模拟土壤的分层模型，通过调整砂石比例可方便的 改变土壤的复合电阻率。

请参考图3，图3为本发明一种具体实施方式所提供的降低冲击 接地阻抗值方法的流程图。

在具体实施方式中，本发明所提供的线圈尺寸测量方法，包括：

步骤101：确定模拟实验条件；

根据实际工况和试验需求确定相应的试验条件按下表确定模拟 试验条件；

模拟试验对冲击特性的模拟

上表中，n为模拟试验的比例尺，根据实际条件，一般可取为 10~50。

步骤102：连接试验回路；

根据实际工况，将接地极冲击散流特性测量装置与试验回路进行 接线。用编织铜带作连接线将冲击电流发生器1的下半铜球的底座与 模拟接地极14的电流注入点相连；将电流传感器阵列21布置在模拟 接地极14四周土壤中各待测点处，其铜针22与模拟接地极14轴向垂 直；电流传感器阵列21的信号输出端通过同轴屏蔽电缆16与高速数 据采集卡18的输入端连接；控制处理模块19与高速数据采集卡18 及显示模块20连接。最后检查接线是否正确，连接是否可靠，当全部 接线连接良好后，才能进行下一步。

步骤103：设置控制处理参数；

根据试验需要，设定相关的控制处理参数。启动冲击电流发生器 1的智能控制系统2，设置充电方式、充电电压、充电时间、触发方式 等；在数据采集端，通过人机交互界面完成高速数据采集卡18的采样 通道、采样频率、触发电平、存储位置等设置，完成数据的简单处理， 以及信号的显示模式、通道选择等。

步骤104：试验测量；

测量当前工况环境下的接地极冲击散流特性相关数据。按下冲击 电流发生器1的智能控制系统2的“开始充电”键，待脉冲电容器组 8充电达到预设电压值时，按下“触发”键，冲击电流i_c作用在半球形 试验槽内13的模拟接地极14上，从而完成一次冲击放电试验。读取 传感器阵列21的冲击电流值，得到模拟接地极14四周土壤中各待测 点的冲击散流值，从而得到冲击电流在接地极四周土壤中的散流特性。 为保证测量数据的可靠性，在不改变冲击电流和电流传感器布置位置 的前提下可重复进行多次测量。

综上可知，本发明中提供的接地极冲击散流特性测量装置，包括 冲击电流发生器、半球形试验槽、模拟接地极、电流传感器阵列、铜 针、高速数据采集卡、控制处理模块、显示模块；所述冲击电流发生 器的输入端通过导线分别与220V工频电源和所述模拟接地极的电流 注入点连接；所述模拟接地极埋在所述半球形试验槽中；所述电流传 感器阵列布置在所述模拟接地极四周土壤中各待测点处，其铜针与模 拟接地极轴向垂直；所述电流传感器阵列的信号输出端通过同轴屏蔽 电缆与高速数据采集卡的输入端连接；所述控制处理模块与所述高速 数据采集卡及所述显示模块连接。在单次充放电过程中，本装置能测 量12个关键待测点的流散电流值，不需再次重新布置传感器，对接地 极冲击散流规律的测量效率高，测量过程简便易行；且各测量点的电 流值乃一次充放电时所测得，测量结果更为准确可靠。

此外，本发明提供的应用上述接地极冲击散流特性测量装置的接 地极冲击散流特性测量方法，其测量过程简便易行，测量效率较高。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说 明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互 相参见即可。

以上对本发明所提供的接地极冲击散流特性测量装置以及应用 该接地极冲击散流特性测量装置的接地极冲击散流特性测量方法进行 了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行 了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心 思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本 发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进 和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。