專利名稱：一種改進(jìn)的電力系統(tǒng)沖擊接地電阻的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)沖擊接地電阻的測(cè)量方法，具體涉及一種改進(jìn)的電力系統(tǒng)沖擊接地電阻的測(cè)量方法，用于研究不同結(jié)構(gòu)集中接地極的沖擊特性。
背景技術(shù)：
接地電阻是指在工頻或直流電流流過時(shí)的電阻，通常叫做工頻(或直流)接地電阻；而對(duì)于防雷接地雷電沖擊電流流過時(shí)的電阻，叫做沖擊接地電阻。為研究雷電流經(jīng)接地體泄散時(shí)的沖擊特性，人們一直致力于通過獲取沖擊接地電阻的方法來評(píng)估，其具體方法有如下幾種A.對(duì)具體接地裝置建立數(shù)學(xué)物理模型，通過數(shù)值計(jì)算求出該接地裝置的沖擊接地電阻瞬時(shí)值。這種方法一般都要進(jìn)行數(shù)學(xué)物理的簡(jiǎn)化處理，往往偏離事實(shí)，并無法驗(yàn)證其正確性。B.利用工頻接地電阻乘以沖擊系數(shù)，求出沖擊接地電阻，由于影響沖擊系數(shù)的因素多，沖擊系數(shù)本身的準(zhǔn)確性就有待確認(rèn)，故該方法的可靠性較差。C.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，雖然計(jì)算簡(jiǎn)單方便，但其缺點(diǎn)是準(zhǔn)確性低，參考價(jià)值不大。D.進(jìn)行模擬試驗(yàn)，通過采集接地體兩端的電壓和電流分量，分離出電壓和電流的峰值，計(jì)算該接地裝置的沖擊接地電阻。其計(jì)算結(jié)果最接近真實(shí)值，但往往由于試驗(yàn)場(chǎng)地和試驗(yàn)設(shè)備的限制，工程上并不適用。以上方法都是采用等值沖擊接地電阻來衡量接地體的沖擊特性。但該方法只有在忽略接地體的電感效應(yīng)的前提下，才可近似的用于估計(jì)在沖擊電流峰值條件下接地體可能產(chǎn)生的最大電位升。電力系統(tǒng)實(shí)際的接地體由于尺寸大、結(jié)構(gòu)非單一，并且雷電流的頻率高，電感效應(yīng)顯著，因此采用通常意義的沖擊接地電阻評(píng)估接地體的沖擊特性與實(shí)際情況有一定差異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種新的衡量電力系統(tǒng)接地極的沖擊特性的方法，利用一種新的沖擊接地電阻參數(shù)一暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻，真實(shí)地描述接地體在沖擊電流幅值下可能達(dá)到的最大電位升，為研究不同結(jié)構(gòu)集中接地極的沖擊特性提供更精準(zhǔn)的參數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻的定義如下按照沖擊接地電阻瞬時(shí)值的定義公式Rz = u(t)/i(t), u(t)是沖擊電壓的瞬時(shí)值，i(t)是沖擊電流的瞬時(shí)值。如圖1所示，由于沖擊接地電阻瞬時(shí)值隨著時(shí)間的增加迅速衰減，最終趨于某一定值。因?yàn)檫@一定值持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，該區(qū)間還包含了沖擊電流的半峰值時(shí)刻，所以本發(fā)明將接地體在沖擊電流半峰值時(shí)刻的電阻定義為暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻。其物理意義可表示如下當(dāng)沖擊電流經(jīng)接地體泄散時(shí)，接地體泄散電流的能力主要由瞬時(shí)電阻值決定，雖然在起始時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)電阻可能上升至某一危險(xiǎn)值，但由于其時(shí)間極其短暫并且電力系統(tǒng)承受沖擊的能力遠(yuǎn)高于穩(wěn)態(tài)值，如果忽略這一時(shí)間段，后期短暫的穩(wěn)定區(qū)域，即暫穩(wěn)態(tài)接地電阻，能夠最大程度地反映接地體在沖擊電流作用下的電阻特性，據(jù)此估算在沖擊電流幅值下接地體上產(chǎn)生的暫態(tài)電位升更準(zhǔn)確。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，首先需通過模擬試驗(yàn)方法采集電壓和電流分量，據(jù)此本發(fā)明提供的試驗(yàn)方案包括如下步驟通過沖擊電流發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)沖擊電流注入大地，以沖擊分壓器作為轉(zhuǎn)換裝置， 利用數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集接地極和電壓極兩端的電壓，以電流傳感器作為轉(zhuǎn)換裝置，利用數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集電流注入點(diǎn)的電流，將采集的數(shù)據(jù)通過MATLAB軟件處理便可得到接地極在沖擊電流下的沖擊接地電阻瞬時(shí)值隨時(shí)間變化的曲線，該沖擊接地電阻瞬時(shí)值隨著時(shí)間的增加迅速衰減，最終趨于某一定值，此定值即為所述接地極的暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、 圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。利用MATLAB軟件處理數(shù)據(jù)的具體原理如下如圖2(a)所示，由于干擾信號(hào)的影響，數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集的沖擊波形有振蕩， 而示波器采集的數(shù)據(jù)又是一系列離散的點(diǎn)，據(jù)此首先利用取平均值的方法對(duì)采集的數(shù)據(jù)去 “毛刺”處理，處理后的結(jié)果如圖2(b)所示。根據(jù)沖擊接地電阻瞬時(shí)值的定義可知，電流瞬時(shí)值作為分母不能為零，故而進(jìn)行計(jì)算時(shí)還需將電壓和電流數(shù)據(jù)等時(shí)間間隔延遲，躲過電流值為零的點(diǎn)，最后按照定義式Rz = u(t)/i(t)計(jì)算出沖擊接地電阻的瞬時(shí)值，繪出接地極在某一沖擊電流下的沖擊接地電阻瞬時(shí)值隨時(shí)間變化的曲線，如圖1所示，由此確定暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻值。本發(fā)明方法與現(xiàn)有方法相比，其優(yōu)越性可總結(jié)如下當(dāng)沖擊電流經(jīng)接地體泄散時(shí)， 接地體泄散電流的能力主要由瞬時(shí)電阻值決定，雖然在起始時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)電阻可能上升至某一危險(xiǎn)值，但由于其時(shí)間極其短暫并且電力系統(tǒng)承受沖擊的能力遠(yuǎn)高于穩(wěn)態(tài)值，可以忽略這一時(shí)間段，故暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻能真實(shí)的反映接地體泄散電流能力；對(duì)于尺寸較大的實(shí)際接地體，雷電流經(jīng)其泄散時(shí)電感效應(yīng)非常明顯，電壓的相位一般會(huì)超前電流，即電壓的幅值會(huì)超前電流的幅值，故利用暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻才能真實(shí)地描述接地體在沖擊電流幅值下可能達(dá)到的最大電位升。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明圖1是本發(fā)明分析的沖擊接地電阻瞬時(shí)值隨時(shí)間變化的曲線；圖2(a)、(b)是本發(fā)明中波形處理前后對(duì)比圖，其中圖2(a)是本發(fā)明數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集的沖擊波形曲線，圖2(b)是本發(fā)明MATLAB軟件去“毛刺”處理后的沖擊波形曲線.
一入 ，圖3是本發(fā)明的接地沖擊試驗(yàn)原理示意圖，圖3中，G為接地極，P為電壓極，C為電流極，DSO為數(shù)字存儲(chǔ)式示波器，數(shù)字存儲(chǔ)式示波器2通過同軸屏蔽電纜分別接于電流傳感器1和沖擊分壓器3的信號(hào)輸出端，沖擊電流發(fā)生器4輸出的電流經(jīng)接地極G注入，并由電流極返回。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)方案。如圖3所示，整個(gè)試驗(yàn)回路由電流傳感器1、數(shù)字存儲(chǔ)示波器2、沖擊分壓器3、沖擊電流發(fā)生器4、載流導(dǎo)線5、接地極G、電壓極P和電流極C組成。通過設(shè)置沖擊電流發(fā)生器的充電電壓調(diào)節(jié)輸出沖擊電流的大小，電流傳感器套在載流導(dǎo)線上，沖擊分壓器的高壓端與接地極的電流注入點(diǎn)相連，其低壓端與電壓極相連，數(shù)字存儲(chǔ)式示波器通過同軸屏蔽電纜分別接于電流傳感器和沖擊分壓器的信號(hào)輸出端，以采集電流傳感器和沖擊分壓器的信號(hào)，沖擊電流經(jīng)接地極流入，從電流極返回沖擊電流發(fā)生器。本發(fā)明所采用的電流傳感器頻帶寬(幾十Hz至幾百kHz)、鐵芯飽和時(shí)引起的波形畸變小，對(duì)波頭長(zhǎng)度大于ι μ s的沖擊電流波形具有較好的還原能力，由此計(jì)算出的暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻準(zhǔn)確。本發(fā)明所采用的數(shù)字存儲(chǔ)示波器采樣的持續(xù)時(shí)間必須超過沖擊電流的半峰值時(shí)刻，否則無法計(jì)算暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻。本發(fā)明所采用的沖擊分壓器額定電壓大于100kV，因?yàn)楸景l(fā)明采用的沖擊電流發(fā)生器的最大充電電壓為100kv，此外，由于熱容量的限制不能選擇電阻分壓器。本發(fā)明所采用的接地極G與所述沖擊分壓器3、電流極C與沖擊電流發(fā)生器4的電氣連接應(yīng)以焊接或螺絲的方式加固，否則回路電流太大，由之產(chǎn)生的電動(dòng)力可能引起接觸不良。本發(fā)明所采用的沖擊電流發(fā)生器，輸出的短路電流幅值可達(dá)IOOkA,并能輸出 8/20 μ S的沖擊電流波形。為盡可能地增大輸出沖擊電流的幅值，且保證接地極附近土壤的性質(zhì)不變的前提下，采用了增加電流極垂直接地體的數(shù)量或人工降低電流極附近土壤電阻率(如在電流極附近加鹽水)的方式，達(dá)到降低試驗(yàn)回路電阻的目的。沖擊電流經(jīng)接地體泄散時(shí)，接地體附近產(chǎn)生較高的暫態(tài)地電位升，因此測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)必須做好絕緣保護(hù)，現(xiàn)將注意事項(xiàng)總結(jié)如下載流導(dǎo)線穿過電流傳感器必須通過絕緣層加強(qiáng)保護(hù)，防止空氣間隙擊穿高電位竄入傳感器，對(duì)傳感器和示波器造成損害。由于接地極附近大地具有很高的沖擊暫態(tài)電位升， 因此必須使隔離變壓器外殼接地端遠(yuǎn)離接地極，防止燒壞隔離變壓器；另外，示波器經(jīng)過隔離變壓器接入供電，保證示波器三線式電源線的接地線是懸浮的，防止與地之間形成電位差被擊穿，示波器還需遠(yuǎn)離接地極，防止地電位升高對(duì)設(shè)備和測(cè)量人員造成危害；試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)所有線路對(duì)地0. 5m距離左右，防止地電位升高對(duì)線路造成反擊。 本發(fā)明涉及電壓和電流信號(hào)的采集，為了減小測(cè)量誤差，還需注意一些測(cè)量技巧， 現(xiàn)總結(jié)如下 載流導(dǎo)線盡量與傳感器軸線重合，以減小測(cè)量誤差；沖擊分壓器3接地端利用空氣絕緣，通過絕緣銅導(dǎo)線在離地0. 5m距離接至所述電壓極P，避免地電位升高抬高電壓極P 的電位，帶來測(cè)量誤差；為保證測(cè)量精度，需采用同一型號(hào)數(shù)字存儲(chǔ)示波器或同一數(shù)字存儲(chǔ)示波器的不同通道采集電壓和電流信號(hào)；示波器的時(shí)間刻度必須一致，如此采集的電壓和電流數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔才一致，方便后期數(shù)據(jù)處理。
本發(fā)明采用測(cè)量工頻接地電阻的方法——三極法或補(bǔ)償法進(jìn)行布線，前者采用等間距直線布置的方法，要求接地極和電壓極的距離DGP與接地極和電流極的距離DGC盡量遠(yuǎn)，以減小測(cè)量誤差，但一般受試驗(yàn)場(chǎng)地的限制；對(duì)于后者滿足Dep= α Dgc, α為補(bǔ)償系數(shù)， 為了補(bǔ)償由于零位面移近帶來的固有誤差，令α =0.618即可，但其在土壤不均勻的條件下卻難以收到理想的效果。電流極的接地結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸較小，一般選擇其幾何中心為參考點(diǎn)C，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大的接地極，若將其視為一等勢(shì)體，則應(yīng)選其最接近電流極的點(diǎn)為參考點(diǎn)G，然后根據(jù)參考點(diǎn)G、C確定的Dre計(jì)算出電壓極P的位置。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的電力系統(tǒng)沖擊接地電阻的測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟通過沖擊電流發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)沖擊電流注入大地，以沖擊分壓器作為轉(zhuǎn)換裝置，利用數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集接地極和電壓極兩端的電壓；以電流傳感器作為轉(zhuǎn)換裝置，利用數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集電流注入點(diǎn)的電流，將采集的數(shù)據(jù)通過MATLAB軟件處理便可得到接地極在沖擊電流下的沖擊接地電阻瞬時(shí)值隨時(shí)間變化的曲線，該沖擊接地電阻瞬時(shí)值隨著時(shí)間的增加迅速衰減，最終趨于某一定值，此定值即為所述接地極的暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻。
2.一種用權(quán)利要求1所述方法測(cè)量暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻的裝置，其特征在于該裝置包括電流傳感器、數(shù)字存儲(chǔ)示波器、沖擊分壓器、沖擊電流發(fā)生器、載流導(dǎo)線、接地極、電壓極和電流極，所述電流傳感器套在所述載流導(dǎo)線上，所述沖擊分壓器的高壓端與所述接地極的電流注入點(diǎn)相連，其低壓端與所述電壓極相連，所述數(shù)字存儲(chǔ)式示波器通過同軸屏蔽電纜分別接于所述電流傳感器和所述沖擊分壓器的信號(hào)輸出端，以采集電流傳感器和沖擊分壓器的信號(hào)；沖擊電流經(jīng)所述接地極流入，從電流極返回沖擊電流發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述測(cè)量暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻的裝置，其特征在于所述沖擊分壓器額定電壓大于100kv。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述測(cè)量暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻的裝置，其特征在于所述接地極與所述沖擊分壓器、電流極與所述沖擊電流發(fā)生器的電氣連接以焊接或螺絲的方式加固。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述測(cè)量暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻的裝置，其特征在于所述沖擊電流發(fā)生器輸出的短路電流幅值為IOOkA,并能輸出8/20μ s的沖擊電流波形。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述測(cè)量暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻的裝置，其特征在于所述載流導(dǎo)線穿過所述電流傳感器通過絕緣層加強(qiáng)保護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述測(cè)量暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻的裝置，其特征在于所述沖擊分壓器接地端利用空氣絕緣，通過絕緣銅導(dǎo)線在離地0. 5m距離接至所述電壓極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)沖擊接地電阻的測(cè)量方法，具體涉及一種改進(jìn)的電力系統(tǒng)沖擊接地電阻的測(cè)量方法，用于研究不同結(jié)構(gòu)集中接地極的沖擊特性。暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻的定義是接地體在沖擊電流半峰值時(shí)刻的電阻。其步驟是先通過沖擊電流發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)沖擊電流注入大地，以沖擊分壓器和電流傳感器作為轉(zhuǎn)換裝置，利用數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集不同結(jié)構(gòu)集中接地極和電壓極兩端的電壓和電流注入點(diǎn)的電流，并將采集的數(shù)據(jù)通過MATLAB軟件處理便可得到接地極在某一沖擊電流下的暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻。本發(fā)明提出的暫穩(wěn)態(tài)沖擊接地電阻可真實(shí)的反映接地體在沖擊電流下的散流能力，并較真實(shí)的描述接地體在沖擊電流幅值下的最大電位升。
文檔編號(hào)G01R27/20GK102435854SQ201110281989
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者周文俊, 喻劍輝, 夏長(zhǎng)征, 彭夢(mèng)飛, 徐斌, 韓學(xué)民 申請(qǐng)人:安徽省電力公司巢湖供電公司