接地電阻在線監測實現與分析

林世祺

摘要：本文基于電磁感應的非接觸式接地電阻測量法，構建GPRS功能的接地電阻在線監測平臺，實現了接地電阻和接地狀態實時監測，有效提高監測效率和管理水平。利用2016年-2017年監測的數據，驗證在線監測平臺采集數據與現場檢測數據進行誤差對比分析。實驗結果表明：監測系統和環路電阻測試儀測量值總體一致，接地電阻數據整體誤差控制在5%以內，達到預期設計目標，系統能夠穩定可靠運行。

Abstract： Based on the non-contact grounding resistance measurement method of electromagnetic induction， this paper constructs a grounding resistance on-line monitoring platform with GPRS function， achieves the real-time monitoring of grounding resistance and grounding status， and effectively improves monitoring efficiency and management level. Using the data monitored from 2016 to 2017， it verifies the data collected in online monitoring platform and field test data for error comparison analysis. The experimental results show that the measured values of the monitoring system and the loop resistance tester are generally consistent， and the overall error of the grounding resistance data is controlled within 5%， so the expected design goal can be achieved and the system can operate stably and reliably.

關鍵詞：防雷設施；接地電阻；在線監測

Key words： lightning protection facilities；grounding resistance；online monitoring

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）30-0117-04

0 引言

在氣象系統防雷工作中，防雷設施接地性能成為評價防雷效果的重要參數之一。由于溫度、濕度、降水等氣象因素的影響，接地裝置每季度都會有不同程度的腐蝕，使建筑物和設備接地電阻阻值發生變化，從而存在安全隱患。一旦遭受雷擊，強電流入地時產生較高的殘壓，影響到附近人身安全和設備設施的安全運行。因此，必須加大力度對接地電阻變化進行監測。目前，測量接地電阻手段大部分都是依靠人工方式進行測量，智能化管理程度低、測量方式和操作存在諸多不便，無法做到實時檢測，也無法對接地狀態異常情況進行有效監控。本文分析基于GPRS電磁感應的接地電阻檢測方法，可以方便地實現接地電阻在線監測，實時掌握接地電阻的阻值變化，保障人民生命和財產的安全。

1 本系統的接地電阻測量原理和監測方法

1.1 接地電阻測量原理

本系統主要采用的是用接地電阻測試儀測量防雷系統回路電阻的監測方法。在監控回路上上選取合適的位置安裝接地電阻監測儀對接地電阻實時在線監測，使用非接觸式的鉗表法測試地網接地電阻阻值。接地電阻測試儀一般根據歐姆定律設計，本系統采用非接觸式的鉗表法，鉗表法基于法拉第電磁感應原理工作，測量時鉗口閉合，接地電阻監測儀的電壓發生器線圈發出激勵脈沖信號，在被測量的接地閉合回路上發生一個恒定的交流電壓E，在磁場的作用下被測回路感應出電流I。在測得接地回路中的電壓和電流后，根據歐姆定律：R=E/I便可獲得被測回路電阻，并采集提取接地電阻信息。若沒有形成回路的接地系統，需要增加輔助接地網使其形成回路。因此，在地網布設時，兩組地網是獨立分開的。測量原理如圖1所示。

接地電阻監測儀所測量出的接地電阻R是由被測物地網A接地電阻R1、地網B接電阻值R2和其它回路電阻值R3（防雷接地引下線的阻值、金屬連接線的阻值和接線之間的接觸電阻之和）等3部分組成。也就是儀表顯示出來的是R1、R2和R3總和，如果地網B阻值為1歐姆，其它回路電阻為0.5歐姆，那么被測物地網A接地電阻R1為2.5歐姆。根據這個原理就可以判斷電阻值是否合格。

1.2 接地狀態的監測方法

我們利用上述這個特點，將防雷接地引下線或輔助接地引線穿過在線監測儀中心并形成回路，在儀器上實時在線監測地網接地阻值，從而判斷所測接地電阻是否合格和接地狀況（閉合或分開）。

2 系統總體架構

本系統基于WINDOWS環境開發，組合選用B/S架構和C/S架構。系統組成一個完整的信息化管理系統，可實現接地電阻采集、實時監控接地狀態、數據處理分析、出現異常及時報警、通訊管理、數據保存、歷史數據查詢等功能。

接地電阻在線監測系統整體架構主要由：數據采集系統、監測信息傳輸系統、WebGIS平臺3個部分組成。數據采集系統主要功能是對電阻阻值數據、接地狀態及空開狀態等信息采集。監測信息傳輸系統主要完成從數據采集模塊到云平臺及管理后臺的數據傳輸。WebGIS平臺基于地圖數據的信息展示分析平臺，將監測點地理位置上傳到基于WebGIS平臺上實時顯示和報警，采用可視化曲線顯示電阻數值和變化趨勢，對超出設定閥值部位進行報警。（圖2）

3 接地電阻在線監測平臺實現

3.1 接地電阻在線監測網點分布圖（圖3）

3.2 實時監測數據

監測點實時數據及設備狀態，采集模塊采集數據后通過GPRS傳輸至云平臺中心，經運算分析后在WebGIS平臺上實時顯示。點擊“設備監控”，顯示“實時監測”頁簽，在“站點名稱”“開始時間”“結束時間”和“按屬性值”內選擇相應參數值，按“查詢”鍵后顯示“站點名稱”“監測位置”“測量時間”“接地電阻”“報警閥值”和“地網狀態”等監測內容。也可以根據需要設定條件，選擇“導出excel表”來導出所需實時監測的接地電阻值。（圖4）

3.3 接地地阻監測和預警

數據采集器通過與配置接地電阻測試儀通訊，獲取測量的接地電阻值。監測實時顯示并保存地網接地電阻的數值。操作時點擊“實時監測”和“地網”進行實時監測，測量等待時間大約需要20秒，結束后頁面中的“測量時間”，“地網阻值”，“地網狀態”會顯示結果。兩次測量間隔不得小于1分鐘。設定接地電阻阻值的上限值與下限值，當實測阻值大于設定閾值時，地網狀態顯示異常，顏色為紅色。監控平臺實時發送異常情況報警窗口，系統根據預設信息，發送短信報警內容告知測試點現場工作人員。

3.4 歷史數據查詢

選擇“統計分析”模塊，按需選擇“站點名稱”等條件信息，點擊“統計”鍵出現如圖5所示的接地電阻趨勢信息。接地地阻統計方式可以選擇日平均或周平均。可以統計最近一天最近一周或最近一月。

4 接地電阻數據對比及誤差分析

接地電阻在線監測儀采用非接觸式的鉗表法測試地網接地電阻阻值。我們采用測量儀器CA6412環路電阻測試儀進行做實驗，通過儀器所測數據與系統檢測數據進行比對，分析所測數據誤差大小。由于測量儀器的精度比較高，經排查測試現場沒有干擾信號，測量儀器誤差可忽略不計。如圖6和圖7所示分別為中山市監測點1、2從2016年11月至2017年2月系統測試電阻值與環路電阻測試儀測出的電阻值趨勢對比圖。

從兩個測試點數據對比分析：

兩個測試點，從11月到次年2月總趨勢是接地電阻在不斷變大。原因為冬季雨水減少，中山地區受土壤含水量下降等氣象因素影響變得干燥，導致接地體附近土壤電阻率上升，防雷接地系統接地電阻抬升。

從數據可知，環路電阻測試儀和監測系統測量值總體一致，在可控誤差范圍。環路電阻測試儀檢測數據經過計量機構檢定，設備誤差可以忽略不計。測試點1測得的接地電阻值在2.2～3.4歐姆之間，相對差值最高為0.3歐姆。其中1月12日至2月11日數值基本吻合，整體誤差普遍在3%以內；另外監測點2接地電阻值在1.7～2.5歐姆之間，相對差值最高為0.3歐姆，整體誤差普遍在5%以內。接地電阻監測儀誤差是由于在測量時受到測量角度、方向方法的作用，同時測量時間不一致也會導致誤差，總體上符合系統設計要求誤差控制在5%以內的目標。

通過實驗對比，分析所測數據誤差大小。分別在線監測系統與環路電阻測試儀采用監測設備進行精確誤差分析，再結合監測參數值進行誤差對比分析。經過驗證比對實驗，結果表明：環路電阻測試儀和監測系統測量值總體一致，接地電阻數據整體誤差控制在5%以內，達到預期設計目標，能夠穩定運行。

5 總結

本接地電阻在線監測系統，基于無線傳感網絡實現了對檢測數據的實時傳輸、監控、分析以及處理，實現了接地阻值變化趨勢的實時監測，大大提高了接地電阻檢測的自動化程序，節約了人力、物力資源且提高了效率。本文利用2016～2017年監測的數據，通過監測數據誤差對比結果表明：環路電阻測試儀和監測系統測量值總體一致，接地電阻數據整體誤差控制在5%以內，達到預期設計目標，系統運行穩定可靠。

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