基于直流激勵源的農村配網線路臨時接地線檢測技術研究

張 秀 麗

(華南農業大學工程基礎教學與訓練中心，廣州 510640)

0 引 言

臨時接地線的掛接和拆除對農村配網線路停電改造和檢修工作至關重要，在改造或檢修工作完成以后和恢復送電之前，必須把包括原來人為設置的地線在內的所有安全措施拆除才能恢復系統供電[1]，否則就會發生帶地線合閘的重大事故。雖然各電力部門采取了嚴格的管理措施，并配置了相關檢測儀器，但近年來，配電線路帶地線合閘送電的惡性事故依然頻繁發生，約占到各種惡性誤操作事故的25%左右[2]。由于農村配網線路數量非常多、覆蓋面廣，并且檢修位置不固定，容易發生臨時接地線漏拆現象，對于人員素質較低、技術水平落后的地區和邊遠山區，發生事故的風險更高，管理手段已經不足以解決該問題，必須采用技術手段來防范此類事故的發生。

本文首先從農村配網線路的接地狀態理論計算入手，研究檢測農村配網線路是否存在接地隱患的方法，然后關注于檢測裝置使用的快速、可靠，不明顯增加操作人員的工作量和復雜程度，真正能夠起到防止帶地線合閘的預警作用。

1 基于直流激勵源的檢測方法

上述的檢測方法各有優缺點，但均不適合在農村配網線路上進行快速準確檢測，為此，本文提出了基于直流激勵源的檢測方法，以滿足農村配網線路臨時接地線檢測的需要。

1.1 原理介紹

線路對地絕緣電阻的檢測有多種方式，例如電壓法、電流法、電橋法等，但總體來說都需要一個激勵源對測量對象施加電壓或電流信號，文獻[8]所述的交流激勵源受線路分布參數和線路長度的影響，不適合對地絕緣電阻的測量。本方法采用直流激勵源，比較適合農村配網線路阻抗特性的測量。

對于直流信號，農村配網線路R的值只與線路的直徑和長度相關。其等值電路圖和測量原理如圖1所示。

圖1 線路等值電路及測量原理圖Fig.1 The principle diagram of the circuit equivalent circuit and measurement

圖1中L為沿線路長度均勻分布的電感，R為線路的電阻。在線路和大地之間施加直流激勵信號時，電感的感抗XL為：

XL=ωL=2πfL

(1)

式中：f為頻率。

由于直流信號的頻率f為0，因此，XL=0，線路無感抗，農村配網線路僅僅表現為純阻性，線路電阻計算公式為:

(2)

式中:ρ為材料的電阻率；L為導體的長度S為導體的橫截面積。

對于農村配網線路常用的LGJ-240/30鋼芯鋁絞線，直流電阻計算結果如表1所示。

文中提出了針對多能互補綜合能源系統的四維實時調度策略，攻克了能源互聯網運行調控關鍵技術，解決了含分布式能源及微網的多能源系統智能協同生產及優化調控難題。

表1 LGJ-240/30鋼芯鋁絞線直流電阻計算表Tab.1 LGJ-240/30 Steel core aluminum stranded wire DC resistance calculation table

顯然，即使線路長度達到100 km，其電阻也只有11.81 Ω，由于線路對地絕緣電阻一般都在幾百千歐以上，因此在測量回路中線路可以視為短路。

為了測量對地絕緣電阻，在線路和大地之間施加一定的直流激勵電壓V，根據歐姆定律：

(3)

式中：RL為對地絕緣電阻；R為-線路電阻(可以忽略不計)；V為直流激勵電壓；I為電路中流過的直流電流。

當直流激勵電壓V一定時，測量線路的直流電流，濾除交流干擾信號后，可以計算得到線路與大地之間的絕緣電阻值RL，可以進一步推導出線路的接地狀態。

因此，采用直流激勵源的對地電阻測量方法不受線路分布參數的影響，通過合理的電路設計，濾除交流干擾后，可以準確測量農村配網線路的對地絕緣電阻。

從上述分析可知，采用交流激勵源受線路分布參數影響非常大，且容易受環境干擾，其測量數據可靠性不高。而采用直流激勵源則幾乎不受環境干擾和分布參數的影響，計算公式簡單，電路易于實現，可以滿足農村配網線路臨時接地線漏拆的檢測要求。

1.2 硬件設計

根據理論分析結果，設計檢測裝置硬件框圖如圖2所示。

圖2 硬件設計框圖Fig.2 The hardware design block diagram

直流信號源由檢測裝置內置的電源模塊提供，通過DSP芯片控制開關管驅動，提供10 VA的直流電壓。電阻檢測模塊包括運算放大器和二階交流濾波器，電壓信號通過電阻分壓取樣，采用逐級放大的方式，有效抑制干擾信號和噪聲的影響。數據取樣模塊與DSP芯片A/D轉換模塊連接，進行數據采集。數據處理模塊主要包括樹狀數字濾波、阻抗分析計算及智能判斷幾部分，主要由DSP數據處理芯片完成，最后將測量結果通過蜂鳴器和指示燈2種方式指示農村配網線路接地狀態。實際檢測裝置外形如圖3所示。

圖3 實際檢測裝置外形圖Fig.3 The actual detection device appearance figure

1.3 軟件設計

為了實現對農村配網線路臨時接地線的檢測、判斷和報警功能，設計檢測裝置的軟件流程如圖4所示。

圖4 軟件流程圖Fig.4 Software flow chart

從軟件流程圖4中可以看出，檢測裝置軟件啟動后，首先控制直流激勵源模塊處于輸出狀態，輸出直流電壓信號，然后通過AD轉換模塊實現線路電流、激勵電壓信號的取樣和換算，再執行阻抗計算函數，計算當前線路的直流阻抗值。當直流阻抗RL≤L流阻kΩ時，檢測裝置紅色指示燈閃爍發光，蜂鳴器發聲，實現聲光報警，指示當前線路中存在未拆除的臨時接地線或弱絕緣現象。

2 現場試驗

為了驗證檢測裝置的檢測效果，本檢測裝置在農村配網線路施工現場進行了實地測試。分別進行了未拆除地線、拆除地線、距離地線掛接點1、5 km(條件限制，未到更大距離處)遠地測試等試驗，測試現場原理如圖5所示。

圖5 現場測量原理圖Fig.5 The principle diagram of the field measurement

圖5中左側為現場檢測儀器的接線示意圖，測試線通過絕緣檢測桿連接到被測農村配網線路上，另一端通過檢測儀接大地。為防止檢測儀誤接到帶電線路上造成人身安全隱患，測試線通過絕緣桿掛接，并在測試線上加裝了高壓保護模塊，防止高電壓引入儀器。圖中右側為農村配網線路中可能存在的接地引下線示意圖，當不存在接地引下線或線路不存在絕緣缺陷以及出現掛接了接地引下線或存在絕緣故障時，檢測儀會發出不同的狀態提示，指示當前線路的絕緣狀態并與兆歐表實測值進行對比，檢測結果見表2，實際現場檢測如圖6所示。

現場試驗表明，該檢測裝置能夠清晰地判斷農村配網線路的接地狀態，即使在5 km的遠端也能夠準確指示，其檢測結果與理論分析一致，檢測響應時間最多只需要5 s，因而本檢測方法和依據本方法研制的檢測裝置可有效判斷線路中是否存在額外的臨時接地線，同時，本裝置體積小巧，檢測快速，操作簡單，具有推廣價值。

3 結 語

本文為線路檢修時臨時接地線狀態的判斷提出了新的測量方法，并理論分析和現場試驗驗證了檢測方法的有效性。所提出的基于直流激勵源的檢測方法快速、簡單、實用，與其他的技術手段相比，無需大規模整改，不會明顯增加工作量和復雜程度，適用于所有不同文化層次和技術水平的施工人員，并且還可以檢測農村配網線路的絕緣情況，對弱絕緣或高阻接地現象也能很好地判斷，配合其他的接地線管理系統或方法來預防帶地線合閘送電，以消除人為因素造成惡性事故的隱患，為電力設備的安全運行和人員安全提供可靠保障。

表2 現場測量數據表Tab.2 Field measurement data tables

圖6 實際測試現場Fig.6 The actual test site

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