基于柔性互感器的接地電阻測量系統應用

英自才，孔碧光，張興文，劉曉欣，普碧才

（云南電網有限責任公司怒江供電局，云南 怒江 673200）

0 引言

近年來，在輸電線路安全運行方面，雷擊跳閘故障的發生概率最高，并成為輸電線路安全穩定運行的重要影響因素。根據相關權威數據統計，輸電線路雷擊事故頻發，占全部跳閘事故的42.57%［1］，對電力系統安全穩定運行造成極大影響。在輸電線路上安裝架空避雷線、接地引下線以及接地體等接地裝置，是提高輸電線路耐雷水平的一種基本措施。目前，對于輸電線路接地裝置的測量僅限于桿塔接地電阻的測量，其廣泛采用三極法［2-3］和鉗表法［4］。但是，無論是傳統三極法還是鉗表法，在原理上均需打輔助地極或解開多余引下線，并且在測量中由于人為操作原因還會造成一些人為誤差。同時，根據現場操作規范，需對桿塔各條引下線單獨測量，工作量繁重。

針對上述問題，高有生、王亞軍等人均以不同的方式提出了輸電線路多引下線桿塔接地電阻免接線測量的方法［5-6］。但該方法僅限于理論研究，并沒有進行應用。并且，上述方法不能實現輸電線路桿塔接地裝置的整體性能檢測，也不能準確判斷故障位置。

提出一種新型輸電線路接地裝置智能檢測系統，并研制測量設備。以鉗表法為基礎，測量時無須解開引下線，便于輸電線路桿塔接地電阻的快速準確測量。設備具有GPS 定位及3G 網絡無線傳輸功能，可通過GPS 定位技術自動識別輸電線路及桿塔號，現場測量結果可通過3G 網絡遠程傳輸至中心服務器，便于歷史測量數據的管理和統計。

1 新型接地裝置智能檢測系統

1.1 系統構成

新型輸電線路接地系統智能檢測系統由現場測試設備、通信控制器、中心服務器軟件平臺3 部分構成，如圖1 所示。現場測試設備即為桿塔接地裝置測試儀，用于測量輸電線路桿塔接地體接地電阻阻值，并具有桿塔引下線狀態及架空避雷線狀況判斷功能。對桿塔接地裝置測量完后，將測量結果發送至通信控制器。通信控制器中集成GPS 模塊以及3G 通信模塊，在接收桿塔接地裝置測試儀測量結果的同時，調取GPS 模塊的定位數據以及時間數據，一并通過3G 模塊發送至中心服務器。中心服務器軟件平臺用于接收現場測量數據，并將數據保存至數據服務器，以便于數據的管理、統計等操作。

圖1 新型接地裝置智能檢測系統

桿塔接地裝置測試儀為系統的核心設備，由3部分組成，包括測試儀主機1 臺、導線收納器4 個、互感器8 個。其中4 個互感器為電壓互感器，用于發出電壓信號，另外4 個互感器為電流互感器，用于測量引下線所產生的電流信號。具體結構如圖2 所示。

1.2 系統工作原理

圖2 桿塔接地裝置測試儀結構

測試儀主機內的硬件構成如圖3 所示，由MCU單元、信號發生模塊、電流電壓轉換模塊、信號放大模塊、信號選擇模塊、功率放大模塊、電流電壓轉換模塊、濾波模塊、交直流轉換模塊、AD 轉換模塊組成。其中，MCU 單元為系統的總控制器，信號發生模塊發出正弦交流信號并通過電流電壓轉換模塊、信號放大模塊輸出確定電壓值的正弦交流信號，再通過信號選擇模塊將不同的電壓值分配至4 路電壓互感器輸出支路中。同時，由功率放大模塊提高電路的負載驅動能力從而驅動電壓互感器。當電壓互感器感應到被測回路電壓信號時，回路中應產生電流，由4 個電流互感器分別將4 路電流信號檢測出，并通過電流電壓轉換模塊轉換為電壓值，再通過濾波模塊濾波及交直流轉換模塊轉換為直流量并測量其大小，經過AD 轉換模塊轉換為數字量送入MCU 單元，MCU 單元根據測量數據，經計算得到桿塔接地電阻阻值。

圖3 系統整體結構

1.3 系統特點

該系統與傳統接地電阻檢測方式相比，具有較為明顯的技術優勢。

1）系統最終測量結果為桿塔接地回路的接地電阻阻值，并且可以分別測量4 條引下線的電阻值，能夠更好地體現桿塔接地性能及防雷性能。

2）測量時無須解開桿塔的多余接地引下線，提高了勞動效率。同時，該方法適用于無法解開引下線桿塔的接地電阻測量。

3）測量時無須打輔助地極，因此適用于無法打輔助地極的桿塔接地電阻測量。

4）傳統鉗表法在測量較小電阻時，感應電流將較大，從而影響測量精度。本系統不會因為被測接地電阻太小而導致的感應電流過大，從而保證了小電阻時的測量精度。

2 系統應用

利用本設備對怒江供電局江賴線150 號桿塔進行實際測量。該桿塔處于山頂，具有以下特點：一是接地良好，并且同線路周圍桿塔接地良好；二是4條引下線接地，但有銹蝕，不易解開；三是所處環境較為惡劣，雖可以打輔助地極，但難度較大。

2.1 傳統方法現場測試存在的問題

1）解開引下線困難。需要花費較長時間解開和安裝桿塔接地引下線。其中，耗費約20 min 解開接地引下線，測量完畢后，耗費10 min 安裝接地引下線。

2）鋪設輔助地極困難。測量共有3 種方法采用三極法測量，均需鋪設輔助地極，每次測量鋪設輔助地極耗費約10 min。每測量只測量A，B，C，D 引下線接地阻值，而不測量桿塔整體接地電阻，在鋪設輔助地極方面，耗費時間約40 min。

3）存在安全隱患。測量中，由于桿塔接地引下線難以拆解，在拆解過程中，可能出現人員受傷；在鋪設輔助地極時，為了達到輔助地極所需距離，部分人員已站在山頂的懸崖邊，存在較大安全隱患。

4）人員操作困難。采用三極法測量接地電阻時，輔助地極的鋪線長度、電壓極與電流極引線的夾角等因素都會對測量結果產生影響，因此該方法對于輔助地極的鋪設有嚴格的技術要求。而實際操作中，這些因素往往難以掌握，從而影響測量精度。在解開和安裝桿塔接地引下線時，由于多次繁重操作，有可能出現螺絲安裝不緊、少安裝螺母或墊片等情況，為桿塔的安全運行帶來隱患。

2.2 接地電阻測試儀現場測量操作步驟

1）打開平板控制端，打開系統APP，進入測量操作界面；

2）輸入線路名和桿塔號，打開主機電源，軟件會自動與設備通過藍牙連接；

3）取出副機配備的主副機連接線，將插頭插在主機對應位置；

4）點擊“自檢”查看設備狀態是否正常；

5）分別將4 對測試鉗鉗入桿塔接地引下線，鉗口不能夾住異物；

6）打開主機電源，點擊APP 中“測量”按鍵，系統開始測量，測量按鍵變為灰色。測量完成后，按鍵由灰色變回藍色，測量結果顯示在相應位置上；

7）測量結束后，再將測試鉗從引下線取下，通過按動對應位置的卷線按鈕將信號線收回至測試主機收納盒中；

8）關閉主機電源，將主副機連接線斷開并收納，關閉平板控制端，完成測量。

2.3 接地電阻測試儀現場測試情況及分析

便攜式接地電阻測試儀操作簡便，省時省力，測量數據實時存儲，極大方便了現場接地電阻的測量，全部測量過程不超過10 min。測量中，設備免解線、無輔助地極、一次性測量5 個接地阻值、斷線報警四大優勢均明顯體現。現場測量狀況如圖4所示。

圖4 現場測量

2.4 測量結果分析

測量實驗共采用3 種不同的測量設備或測量方法，包括ZC-29B 三極法、CA6411 鉗表法、便攜式接地電阻測試儀的免解線測量方法。測量結果如表1所示。

表1 測量結果對比 Ω

從測試結果看，由于地勢情況復雜，輔助地極的設置對于測量結果造成較大影響，因此各測量方法之間出現了較大的偏差，但均不影響對于桿塔接地性能的判斷。利用本系統的測量結果與其他測試方法的測量結果無太大差別，體現出本系統具備實用性。

3 結語

針對輸電線路防雷接地性能，提出了基于柔性互感器的接地電阻測量方法，并且開展實際現場測試驗證其較好的應用效果。該系統避免了桿塔接地電阻測量時的繁重勞動，消除了操作過程中對于人員及設備的安全隱患，避免了人為操作所引入的測量誤差。同時，能夠快速準確測量桿塔接地系統整體接地性能，更充分地體現出輸電線路的防雷指標，具有較好的應用和推廣前景。