智能接地导通检测系统的研究与设计

王荣 徐懂理 张留玲

摘 要：给出实用的接地导通检测系统测量原理及方法，针对干扰提出系统的调节方式，进而罗列出导通性检测性能判定范围，并设计出智能接地导通检测系统的硬件结构和软件流程。现场调试及运行检测说明了所依据测量原理的正确性以及设计方法的可行性，具有广泛的工程研究价值，可以保障作业人员的安全，在电力设备的应用与生产中具有十分重要的现实意义。

关键词：导通性;接地;干扰;智能;检测系统

0    引言

接地线是电力检修过程中的必备工具，可以在已停电的设施、线路上意外呈现电压或临近带电体产生静电感时，保证工作人员的安全，在电力生产中具有十分重要的意义[1-2]。因此，需考虑接地设备与地网的连接是否牢固，焊接点、接地线是否发生腐蚀，更为重要的是检查接地线有无断裂。即使地网的接地电阻等其他指标都合格，若设备的接地引下线或地网主干线发生断裂，仍会导致严重的事故[3-4]。在挂设接地线时，电力工作者不知道所挂接地设备是否接地良好，需要进行相关的电位检测以防设备假接地而造成人身伤害及设备损坏[5-7]。另外，在两次接地线检测工作的间隙时间，存在因外力引起的接地线内部断股、断线而操作人员并不知晓这些问题的隐患，从而会导致感应电伤人等危险的发生[8-9]。

鉴于接地线通断无法自我直接检测出来，为判断接地是否良好，计划在原装置基础上改造设计出接地导通检测系统，使得其能够自我检测并警示现场检修人员。通过先前对电网职工的问询和现场调研，我们研发出一种便携式接地线智能检测装置，能从检测技术上确认输电线路的接地线状态，从而有效避免安全事故的发生。

1    工作原理

1.1    检测方法

综合接地电阻测量以及等电位连接检测的特点，本系统采用伏安法测量电阻值，测量过程采用非接触式的钳表法。如图1所示，钳表法的工作原理是法拉第电磁感应定律：交流激励通过激励钳口进入回路，当导线中有激励通过时，即可提取出电阻信息。

图中U和I为测量仪的电压钳口输入电压和电流钳口感应输出电流，Rx为被测电阻，R1，R2，…，Rn为其他接地点的电阻，皆存在于多点接地系统中。通常Rx远大于并联R1，R2，…，Rn所得的总电阻值，简化后的测量原理如图2所示。

1.2    计算方法

在计算过程中，对所需变量做如下假设：引线间干扰电流量为I0，被测回路中电流量为I，被测电阻为R0。U0表示电阻通过干扰电流量时的电压值，此时Ur0表示导通电阻的电压值。引线之间的电阻值为Rx，R1、Rref是标准的分压电阻，满足条件R1远大于Rref（导通电阻的电压是Uref）。差分放大电路对所得电压信号放大K倍，得到的处理后的电压信号为Uin0，Uin1则是电压信号Uref经过处理放大之后的测量信号。根据要求，信噪比需要大于60 dB，其公式如下：

SNR=10lg

=10lg

=20lg≥60                  （1）

由式（1）计算出：

Is≥1 000I0   （2）

在电源模块运行前，处理器依照式（2）和先前测量的干扰电流I0=U0/R0预调整输出电流。

在电源模块运行后，则可根据采集的测量电路原理得出：

=                 （3）

=  （4）

==K  （5）

Rx=·（R1+Rref）-（Rm+R0）     （6）

2    导通性判别

经实验得出，导通性能状况与导通电阻值存在表征关系，如表1所示。当导通电阻值在50 mΩ以下时，接地导体及接地引线才能处于相对良好的工作状态;当导通电阻值在50～200 mΩ范围时状态尚可，应当在之后的测试中注重观察其变化并检查重要电气设备的接地引线;当导通电阻值在200～1 000 mΩ范围内表示状况不佳，应当尽快排查接地引线故障的问题所在，并在必要时检查处理其他设备;当导通电阻值在1 Ω以上时，表明问题出现在接地导体与引线间，易发生腐蚀断裂，使接地装置的安全运行受到阻碍，应当及时排查故障。

3    检测系统的设计

3.1    具体功能

（1）首先装置对被测试电气设备接地引下线之间的连接电阻进行测量，按图2连接好线路。

（2）被测回路上的电阻的电压接受该检测系统中I/V转换电路的采样、放大、分析之后，电压信号U0经过A/D转换传入处理器。

（3）将信号U0传输到本装置的处理器上，运用其计算功能计算出干扰电流，并将输出的测试电流值调整到Is≥1 000I0，以达到信噪比公式的条件。

（4）被测回路上的电阻及导通电阻的电压接受该检测系统中I/V转换电路的采样、放大、分析处理后，电压信号Uin1和Uin2经过A/D转换传入处理器。

（5）处理器接收A/D转换电路传输的信号Uin1和Uin2时，通过计算程序，计算得到导通电阻的值为：

Rx=（R1+Rref）-（Rm+R0）               （7）

（6）LCD显示电路接收處理器处理的数据之后，经过分析处理，以语音的形式将信息传递给工作人员。