配网接地电阻监控系统的设计

配网接地电阻监控系统的设计

柯宙志 陈 汉 梁红武 刘伟生 余新彪

广东电网有限责任公司湛江供电局 524000

【文章摘要】

本文针对目前配网运行时户外接地线仅靠人工测量及维护，而经常出现被撞断裂、被盗缺失而未能及时发现等现象，提出了一种能够准确测量接地电阻并在后台进行监控显示的系统。本系统工作过程主要分成测量部分、通讯部分及监控系统部分。文中描述了配网接地电阻监控系统的基本原理、软硬件设计及芯片选型。并通过现场实际测试验证了本设计的可行性。

【关键词】

配网运行；接地电阻；监控系统

0 概述

电力设备的接地电阻正常与配电网的安全运行是息息相关的，但目前户外接地线往往会出现被撞断裂、被盗缺失、化学腐蚀或接触不良导致接地电阻过大等现象，对配电网安全运行造成很大的影响。另外，接地线是提供可靠接地的设备， 配网人员工作时往往会把接地线看做理想接地点，但是假如接地线已接触不良， 作业风险会大大提高。而即使配网人员每月定期巡视，也不可避免地会出现接地线被撞断、被盗等情况。

因此，本文设计了一种适用于配网运行全天候监控接地电阻，异常时可以自动提醒的装置。它能准确地测量出接地电阻并传输到后台，大大减轻配电运行人员的日常工作量，提高工作效率，节省资源。同时接地线被盗、断裂时，可以立即处理，保证配电网的安全运行，提高供电可靠性。

1 监控系统总体结构

本项目通过对配电变压器、架空线路等设备的接地线的运行环境及结构进行广度和深度的分析，专门研制符合现场装设的简易接地电阻测试仪。系统工作过程主要分成三个部分：测量部分、通讯部分、监控系统部分，组成框图如图1 所示。（1） 测量部分装设在现场的台变、配电站、架空导线的接地线处，通过CPU 发送控制信号到电压线圈，由于磁通量发生了变化， 接地回路便产生了电动势E，在电动势E 的作用下，接地回路产生电流I，通过电流线圈测量出电流I 的值。并通过一系列转换模块传输回CPU，由欧姆定律，可以得出接地电阻R=E/I。经过运算把数据传送到GSM 模块；（2）通讯部分分为现场机A 和终端机B，现场机A 接收CPU 数据后， 通过GSM 模块，把数据发送到装设在后台的终端机B ；（3）终端机B 接收数据后， 通过GSM 模块与电脑的通讯协议上传到系统软件，经过软件处理后，接地电阻值实时地呈现在电脑上，可以实现查询与极值报警等功能。

2 系统设计

2.1 CPU 模块

CPU 模块是整个监控系统的核心部分。主要负责定时控制信号输出、A/D 转换、数据运算等功能。因此，CPU 了选用了具备以上要求的C8051F340 芯片。C8051F340 器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU，带有10 位200 ksps 的单端/ 差分ADC。通过对CPU 的算法编程， 可以实现控制电压线圈的电压输入、电流线圈的电流检测、运算出接地电阻值并传送到GSM 发送等功能。

2.2 电压激发模块

该模块采用了555 定时器来产生1kHz 的脉冲A，通过74hc74 产生反向的脉冲B。通过脉冲A 和脉冲B 控制由2 个三极管S8050 和2 个三极管S8550 搭建成的H 桥电路，把直流5V 逆变成1kHz 交流5V 电压。由此1kHz 交流5V 电压通入电压线圈，即可在接地电阻回路中激发电动势E。

2.3 滤波模块

由于配网系统运行时是采用中性点直接接地方式，所以接地回路中还含有50Hz 等一系列频率的电流，对测量造成一定的影响。为此本系统有针对地制作了滤波模块。滤波模块是一个带通滤波器， 只允许1kHz 左右的频率波通过。通过单个运算放大器UA741 接成单电源供电模式，由于它的上限截止频率和下限截止频率可以非常近，所以具有很强的频率选择性。通过调整外围的R、C 的值，可以达到带通1kHz 滤波的效果。

2.4 U/I 转换模块及电流放大模块

在电压线圈的作用下，接地回路产生电流为mA 级的，必须放大才能被读取。为此本模块采用了电流检测放大器MAX4173 芯片，通过在电流线圈串联100mΩ 的精确电阻，直接把电流转换为电压，再经过MAX4173 线性放大，即可得到V 级的电压U。

再把TL062 芯片接成差分放大器，由TL431 提供5V 基准电压与U 进行比较及二次放大，并把数据接入CPU的A/D模块。由于以上转换均为线性放大，经过CPU 运算即可得出电流线圈中的电流值。

2.5 通讯模块

本系统的通讯模块采用了SIM300 的GSM 模块。CPU 得到以上电流值后，根据欧姆定律，经过简单运算即可得到接地回路的电阻值。通过RS232 串口编程与GSM 模块进行通信，使用标准的AT 命令来控制GSM 模块实现各种无线通信、数据传输等功能，可以把得出的电阻值，通过基站传输到后台的GSM 模块上。同理，后台的GSM 模块，通过RS232 串口编程与电脑进行通信，即可把电阻值传输到相应的软件。

2.6 软件设计

本系统的软件设计是在Visual C++ 平台上进行搭建的，主要包括了GSM 通信协议读取电阻值及查询界面的程序编写。通过RS232 串口与带有GSM 模块的终端机进行通信，实现监测接地电阻的功能， 同时可以通过指令控制实现极值报警的效果。经实际测试，数据传输准确稳定。

3 系统测试

为测试所设计的监控系统是否可以准确测量接地电阻，随机挑选了两个台变点进行现场测试，得出的结果如表1 所示。由表1 中的数据可知, 测量误差为±0.1Ω, 在可接受的误差范围内，说明监控系统准确。

表1 接地电阻测量结果

4 总结

本文介绍了配网接地电阻监控系统的功能及软硬件的设计，经现场实际测试对比，误差为±0.1Ω，后台监控数据传输正常。对于接地电阻异常的情况，本系统能及时提醒，通知配网运维人员及时处理缺陷，有效地保证了配电网的安全运行， 提高供电可靠性。

【参考文献】

[1]DL/T 596-1996. 电力设备预防性试验规程,1996.