接地装置工频接地电阻测量的扫频测试方法及其测试仪

摘要

本发明提供了一种接地装置工频接地电阻测量的扫频测试方法及其测试仪，用于解决现有测量中存在的线路铺设不便、测量干扰等问题，该测量方法包括按预先规定的接地电阻测试方式布置电压极、电流极和引线，选取干扰信号小的频率作为测试频率，测量所选取测试频率下的接地阻抗，按所测量的接地阻抗求取工频接地电阻。所采用的测试仪包括变频交流电源、电流感应器、分压器、隔离变压器、信号采集器、A/D转换器和便携PC。本发明的接地装置工频接地电阻测量的扫频测试方法及其测试仪，能够有效避开各个干扰频率，获取可靠测试结果。

说明书

技术领域

本发明涉及高电压技术领域，尤其涉及一种接地装置工频接地 电阻测量的扫频测试方法及其测试仪。

背景技术

工频接地电阻值是发变电站接地系统的重要技术指标，它是确认 接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合设计要求的重 要参数。接地网工频接地电阻的测量，是接地网验收和运行中检查其 合格与否的唯一手段，已成为保障电力系统安全运行的一项重要工 作。目前，有关技术规程规定工频接地电阻需要定期测试。

对于工频接地电阻的定期测试，由于变电站不能停运，测试的背 景干扰很大，尤其是工频不平衡电流通过接地网入地，严重影响工频 接地电阻测试结果的准确性。

为了减少接地电阻测试中的工频干扰影响，传统的方法是使用工 频大电流法。这种方法通过向接地网施加正向和反向的远大于工频不 平衡入地电流的工频电流各一次，再通过标准公式计算，来消除工频 干扰的影响，得到工频接地电阻值。这种测试方法由于使用大电流造 成很多问题：1、设备很笨重；2、电流引线很粗，放线工作量大；3、 不安全，需要派大量人员防止沿线发生触电事故；4、正向和反向各 施加一次电流，设备复杂；5、仪表读数跳变，很难读准。

减少接地电阻测试中的工频干扰影响的另一种方法是使用异频 法或变频法。这种方法不使用工频电流作为测试电流，而是使用工频 附近但与工频不同的频率下的电流作为测试电流。这种测试方法最主 要的好处是躲过了工频干扰，设备仅需输出较小的电流就可以得到较 准确的测试结果。由于输出电流小，设备轻便、电流引线细，放线较 为方便；对引线沿线的人员安全危害较小。

但是，异频法或变频法还存在一些问题，尤其是在背景环境的骚 扰频率越来越丰富、骚扰频带越来越宽的情况下，如存在大功率新型 无功补偿装置、电气化铁道附近等，不仅工频干扰非常强，工频周围 的干扰都很强。此时，如果采用异频法或变频法，由于其输出电流的 频率固定不变，该频率虽然躲过了工频干扰，但却正好落在了另一个 干扰频率下，且由于通常异频法或变频法输出电流小，可能无法消除 干扰的影响，造成测量结果存在较大误差。

总之，目前工频接地电阻测试的异频法或变频法及其仪器虽然较 大电流法测试具有测试简单、设备轻便、测试工作量小、较为安全的 优势，但仍然存在由于背景干扰导致测量结果误差较大的问题，需要 进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效避开各个干扰 频率，获取可靠测试结果的接地装置工频接地电阻测量的扫频测试 方法及其测试仪。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种接地装置工频接地电 阻测量的扫频测试方法，包括：

按预先规定的接地电阻测试方式布置电压极、电流极和引线；

选取干扰信号小的频率作为测试频率；

测量所选取测试频率下的接地阻抗；

按所测量的接地阻抗求取工频接地电阻。

进一步地，所述选取干扰信号小的频率作为测试频率，包括以下 子步骤：

电流极不施加电压的情况下，测试电压极引线的背景干扰信号时 域波形；

分析背景信号的频谱分布，从中选取干扰信号小的频率作为测试 频率。

进一步地，所述测量所选取测试频率下的接地阻抗，包括以下子 步骤：

分别测量每个测试频率下电压极引线相应电压的时域波形和电 流极引线相应电流的时域波形；

通过频谱分析获得与电源输出频率一致的电压和电流的幅值和 相位差；

按照电压和电流的幅值和相位差，计算相应频率下接地阻抗的实 部和虚部。

进一步地，所述按所测量的接地阻抗求取工频接地电阻，包括以 下子步骤：

将所测量的各频率下的接地阻抗实部和虚部进行插值处理；

按照插值处理结果求取工频接地电阻。

进一步地，所述工频为50HZ。

本发明还提供一种实施所述接地装置工频接地电阻测量的扫频 测试方法的测试仪，包括用于产生指定频率范围的电压并施加到被测 接地体的变频交流电源、用于测量注入点电流的电流感应器、用于测 量电流注入点电压的分压器、用于为变频交流电源供电，将变频交流 电源与被测接地体所在变电站进行电气隔离的隔离变压器、用于采集 电压和电流时域信号的信号采集器、用于完成模拟信号向数字信号转 换的A/D转换器和控制变频交流电源输出，接收所测电压和电流信 号，确定变频交流电源输出频率，计算接地阻抗并输出测试分析结果 的便携PC。

进一步地，所述便携式PC包括以下模块：

频谱分析模块，用于分析测得的背景电压和电流信号的频谱；

最小干扰频率分析和选取模块，用于由测得的背景信号的频谱分 析结果，选择干扰信号幅值最小的预设数量的频率；

变频交流电源输出频率和输出电压控制模块，用于控制变频交流 电源输出的频率、输出的电压和输出的顺序；

接地阻抗幅值计算模块，用于由各测试频点下的电压幅值除以电 流幅值获取各测试频点下的接地阻抗幅值；

工频接地电阻计算模块，用于由各频率下的接地阻抗幅值求取工 频接地电阻；

结果显示模块，用于显示测试的电压、电流、频域波形和接地阻 抗分析结果。

综上，本发明具备以下特点和优点：

1)测试结果有效避免了各种背景干扰信号的影响，即使输出电流 很小也可以获得准确的测量结果；

2)测试所需电流小，测试设备功率小，体积小，便于携带；

3)测试放线工作量小、安全可靠。

4)测试方法和仪器由便携式计算机自动控制完成，无需人工干 预，具有操作简单的特点。

5)通过便携式计算机(PC)直接现场分析，可视化好，可即时给出 工频接地电阻。

附图说明

图1是本发明的接地装置工频接地电阻测量的扫频测试方法实 施例的流程图；

图2是本发明的接地装置工频接地电阻测量的扫频测试仪实施 例的结构框图；

图3是本发明的某大型接地网工频接地电阻测试中注入电流频 率依次为33Hz、80Hz和120Hz电压时，电流时域和频域的波形示意 图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1所示的接地装置工频接地电阻测量的扫频测试方法实 施例一，包括以下步骤：

步骤101，按预先规定的接地电阻测试方式布置电压极、电流极 和引线；

实际应用中，上述预先规定的接地电阻测试方式为标准规定。

步骤102，选取干扰信号小的频率作为测试频率；

电流极不施加电压，测试电压极引线的背景干扰信号时域波形， 通过计算机软件将这些背景干扰信号进行频谱分析，找出工频50Hz 附近干扰信号强度最小的若干频率点。

进一步的，所述步骤102具体包括以下子步骤：

步骤21，电流极不施加电压的情况下，测试电压极引线的背景 干扰信号时域波形；

步骤22，分析背景信号的频谱分布，从中选取干扰信号小的频 率作为测试频率。

由于背景环境的骚扰频率越来越丰富、骚扰频带越来越宽，如存 在大功率新型无功补偿装置、电气化铁道附近等，不仅工频干扰非常 强，工频周围的干扰都很强。因此测试频率不能固定不变，而应当依 照实际情况动态调整。为了准确获得测试具体环境的背景干扰，选出 干扰较小的测试频率，本测试系统首先在电流极不施加电压的前提 下，测试电压极引线的背景干扰信号时域波形，并同步输出到便携式 计算机，通过计算机频谱分析软件分析背景信号的频谱分布，从中选 择干扰信号小的频率作为测试频率。由于实际需要测得工频接地电 阻，测试频率不希望离工频偏离太远，因此选择测试频率时只找工频 50Hz附近干扰信号小的频率。为了减少测试结果的偶然因素影响， 测试频率选择多个。在本测试系统中，选择30Hz-150Hz范围内干扰 强度小的5个频率点。这样做与其他方法相比的优势有：

1)测试频率因实际背景干扰情况动态调整，工频和其他频率干扰 均可避免，测试结果更准。

2)由于小信号也可以测准，设备的输出功率可以降低，体积减少， 便于实测应用。

3)测试频率选择多个，避免了偶然干扰因素的影响。

4)可以直接用于测试其他频率下的接地电阻(比如60Hz)。

步骤103，测量所选取测试频率下的接地阻抗；

分别让电源依次输出所选频率下的电压，测试电压极引线相应电 压的时域波形和电流引线相应电流的时域波形，采用计算机软件分别 将这些时域波形进行频谱分析，找出与电源输出频率一致的电压和电 流的幅值和相位差。分别将各频率下测得的电压除以对应的电流，得 到相应频率下的接地阻抗。

进一步地，所述步骤103具体包括以下子步骤：

步骤31，分别测量每个测试频率下电压极引线相应电压的时域 波形和电流极引线相应电流的时域波形；

步骤32，通过频谱分析获得与电源输出频率一致的电压和电流 的幅值和相位差；

步骤33，按照电压和电流的幅值和相位差，计算相应频率下接 地阻抗的实部和虚部。

由便携式计算机控制，分别让电源依次输出所选频率下的电压， 由于背景干扰信号的瞬时强度可能高于被测信号，为了获得准确结 果，需要测试每个施加频率下，电压极引线相应电压的时域波形和电 流引线相应电流的时域波形，并同步输出到便携式计算机，进行频谱 分析以获得与电源输出频率一致的电压和电流的幅值和相位差。通过 电压和电流的幅值和相位差，由便携式计算机计算得到相应频率下的 接地阻抗实部和虚部。这样做与其他方法相比的优势有：

1)在背景干扰很强的情况下获得被测频率信号的特征。

2)即使电源输出电压信号不标准，依然可以通过频谱分析获得实 际施加的频率。

3)由于测量得了电压、电流的时域波形，可以得到相应频率下的 接地阻抗实部和虚部。

步骤104，按所测量的接地阻抗求取工频接地电阻。

将所测得的各频率下的接地阻抗进行插值处理，求出工频50Hz 下的接地电阻。

进一步地，所述步骤104具体包括以下子步骤：

步骤41，将所测量的各频率下的接地阻抗实部和虚部进行插值 处理；

步骤42，按照插值处理结果求取工频接地电阻。

在便携式计算机中将所测得的各频率下的接地阻抗实部和虚部 进行插值处理，求出工频50Hz下的接地电阻。这样做与其他方法相 比的优势有：即使所选测试频率与工频50Hz差异较大，也可以保证 测试结果的可靠性。

参见图2，所述本发明的接地装置工频接地电阻测量的扫频测试 仪实施例的结构框图，该测试仪包括用于产生指定频率范围的电压 并施加到被测接地体的变频交流电源201、用于测量注入点电流的电 流感应器202、用于测量电流注入点电压的分压器203、用于为变频 交流电源供电，将变频交流电源与被测接地体所在变电站进行电气隔 离的隔离变压器204、用于采集电压和电流时域信号的信号采集器 205、用于完成模拟信号向数字信号转换的A/D转换器206和控制变 频交流电源输出，接收所测电压和电流信号，确定变频交流电源输出 频率，计算接地阻抗并输出测试分析结果的便携PC207。

其中，所述变频交流电源201所产生电压的频率范围为 30Hz-150Hz。所述信号采集器的采样频率为2000Hz以上。

进一步地，所述便携式PC207包括以下模块：

频谱分析模块2071，用于分析测得的背景电压和电流信号的频 谱；

最小干扰频率分析和选取模块2072，用于由测得的背景信号的 频谱分析结果，选择干扰信号幅值最小的预设数量的频率；

实际应用中，所述最小干扰频率分析和选取模块2072通常会在 30Hz-150Hz范围内选择干扰信号幅值最小的8个频率。

变频交流电源输出频率和输出电压控制模块2073，用于控制变 频交流电源输出的频率、输出的电压和输出的顺序；

接地阻抗幅值计算模块2074，用于由各测试频点下的电压幅值 除以电流幅值获取各测试频点下的接地阻抗幅值；

工频接地电阻计算模块2075，用于由各频率下的接地阻抗幅值 求取工频接地电阻；

结果显示模块2076，用于显示测试的电压、电流、频域波形和 接地阻抗分析结果。

下面以某大型接地网工频接地电阻测试为例，进一步说明本发明 所述的接地装置工频接地电阻测量的扫频测试方法及其测试仪的 有效性。某大型接地网在接地电阻测试中发现变压器中性点入地电流 较大，严重影响测试效果，为此使用本发明的扫频测量装置进行测量。 经过背景的扫频测量，发现在30Hz-150Hz范围内，33Hz、80Hz、 99Hz、120Hz、143Hz下的背景干扰较小，将这5个频率作为测试频 率，测得的接地阻抗幅值如下表所示。通过插值方法得到工频接地电 阻也在表中给出。33Hz、80Hz、120Hz下的电压、电流的时域和频域 波形如图3所示。从图3中可以看到，该大型接地网背景工频干扰很 大，甚至超过了所测频率的信号强度。但是，由于使用了本发明的扫 频测量，有效地避开了工频干扰，采用较小的测量信号通过频谱分析 也可以较好的获得测量结果。各被测频点的接地电阻非常稳定，能够 通过插值方法得到工频接地电阻。

  频率(Hz)   接地阻抗(欧)   33   0.2801   80   0.2829   99   0.2872   120   0.2869   143   0.2903   工频   0.28548

本发明的接地装置工频接地电阻测量的扫频测试方法及其测 试仪广泛用于测量变电站、发电厂的工频接地电阻。

本发明中的各个实施例均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 相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法 实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施 例的部分说明即可。

以上对本发明所提供的接地装置工频接地电阻测量的扫频 测试方法及其测试仪进行了详细介绍，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；同时，对于本领域的一 般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上 均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明 的限制。