本發(fā)明涉及一種基于雙極板結(jié)構(gòu)的雷擊桿塔地中電流測評系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用上述系統(tǒng)對雷擊桿塔地中電流進行測量及對桿塔周邊安全范圍進行評估的方法。

背景技術(shù)：

圍繞著我國的“西電東輸”戰(zhàn)略工程，為了滿足未來持續(xù)增長的電力需求，國家電網(wǎng)公司提出了加快建設(shè)由百萬伏級交流和正負800千伏級直流系統(tǒng)構(gòu)成的特高壓電網(wǎng)的發(fā)展目標，也進一步加快了建設(shè)高電壓等級、遠距離、大容量的輸電線路工程。桿塔是輸電線路中必不可少的環(huán)節(jié)，桿塔接地網(wǎng)對于輸電系統(tǒng)的安全運行具有重要意義。在電力系統(tǒng)運行維護過程中，大多數(shù)輸變電線路事故都是由于雷擊輸電線路或桿塔而引起的跳閘現(xiàn)象所導(dǎo)致的的。桿塔接地網(wǎng)起著快速排泄故障電流、雷電流，降低桿塔電位，保證附近設(shè)備和人身安全的作用，是電力系統(tǒng)可靠運行的一個重要保證。

對于桿塔接地系統(tǒng)的設(shè)計要滿足國標規(guī)定的要求，即桿塔接地電阻需要小于國標的規(guī)定值。在保證接地系統(tǒng)良好的情況下，人們往往會忽視電流在地表的流動情況，不能及時測算地表的沖擊電流，往往會導(dǎo)致嚴重的后果。沖擊電流會影響地表的金屬管道，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢加快腐蝕等，甚至地表電流會通過變壓器等接地端流入變壓器或其他二次設(shè)備影響設(shè)備工作，造成嚴重的經(jīng)濟損失。

目前對接地裝置沖擊散流特性的研究中，通常只能測得某一方向上的地中散流，測量其他方向的電流需要改變傳感器位置，操作過程復(fù)雜，測量效率低下，在具體實施過程中很不方便。因此，很有必要開發(fā)一套能對地中散流進行多方位測評的實驗系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于雙極板結(jié)構(gòu)的雷擊桿塔地中電流測評系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)U塔沖擊電流地中散流進行測評，且對裝置放置方向無要求，布置方便。

本發(fā)明的技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：

一種基于雙極板結(jié)構(gòu)的雷擊桿塔地中電流測評系統(tǒng)，由沖擊電流發(fā)生模塊100的輸出分別與銅棒電極和接地網(wǎng)120構(gòu)成回路；信號控制平臺210分別與沖擊電流發(fā)生模塊100和數(shù)據(jù)處理模塊220連接，圖形處理模塊230與數(shù)據(jù)處理模塊220連接；電流測量模塊240連接在信號控制平臺210與電流采集模塊之間，構(gòu)成完整測評系統(tǒng)。沖擊電流發(fā)生模塊100的輸出并聯(lián)四個呈90度分度的銅棒電極；接地網(wǎng)120置于四個銅棒電極所圍范圍的幾何中心；四個雙極板電流采集模塊亦呈撐90度置于接地網(wǎng)四周。所述雙極板電流采集模塊由兩組金屬極板構(gòu)成，兩組極板由絕緣桿呈直角支撐，每組極板由兩片方形金屬極板由絕緣柱支撐相對而立；對于每組極板，有一絕緣導(dǎo)線焊接于每片極板上方；雙極板電流采集模塊置于地表以下，極板所在平面與地平面垂直，且其放置角度任意。

進一步地，所述沖擊電流發(fā)生模塊輸出幅值可調(diào)的8/20us或10/350us兩種等級標準雷電流沖擊波。

本發(fā)明的另一目的是提供一種應(yīng)用該系統(tǒng)對雷擊桿塔地中電流進行測評的方法。采用如上所述系統(tǒng)的雷擊桿塔地中電流測評方法，測評時將四套所述雙極板電流采集模塊均勻布置在與接地網(wǎng)中心距離為r的地中，測得電流數(shù)據(jù)可表示為矩陣根據(jù)下式計算得流經(jīng)每套采集模塊的電流：

若不等式im≤i0,(m＝1,2,3,4)恒成立，則認為以接地網(wǎng)中心為原點，r為半徑的范圍內(nèi)均是安全范圍，其中i0為參考安全電流。

所述的圖形處理模塊根據(jù)數(shù)據(jù)處理模塊所計算的數(shù)據(jù)繪出流經(jīng)雙極板電流采集模塊的電流波形。

由于上述技術(shù)方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1)能夠準確測得雷擊桿塔入地沖擊散流，且對電流采集模塊的放置方向無要求，可測得各方向的入地電流，布置方便；

2)主要的操作與控制在信號控制平臺完成，所計算得數(shù)據(jù)可在圖形處理模塊中顯示電流波形，方便對沖擊電流地中散流特性進行分析；

3)實驗裝置操作方便，安全可靠。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明一種基于雙極板結(jié)構(gòu)的雷擊桿塔地中電流測評系統(tǒng)原理圖；

附圖2為圖1中電流測量模塊部分結(jié)構(gòu)放大示意圖；

附圖3為本發(fā)明中雙極板電流采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記說明：

100、沖擊電流發(fā)生模塊，110、銅棒電極，120、接地網(wǎng)，130、收流環(huán)，200、雙極板電流采集模塊，201、金屬極板，202、銅質(zhì)墊片，203、盤頭螺絲，204、雙通尼龍柱六角內(nèi)螺紋隔離柱，205、直角端部帶螺紋環(huán)氧樹脂支架，206、絕緣導(dǎo)線，210、信號控制平臺，220、數(shù)據(jù)處理模塊，230、圖形處理模塊，240、電流測量模塊，241、磁芯，242、開合裝置，243、外包絕緣漆銅線，250、同軸電纜。

具體實施方式

本發(fā)明的目的是提供一種基于雙極板結(jié)構(gòu)的雷擊桿塔地中電流測評系統(tǒng)，該發(fā)明是一個完整系統(tǒng)，便捷高效，可用于實驗分析。同時本發(fā)明中提供一種應(yīng)用上述系統(tǒng)對雷擊桿塔地中電流進行測量及對桿塔周邊安全范圍進行評估的方法。

為了使使用本系統(tǒng)的人員能夠更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的保護范圍。

請參考圖1、圖2和圖3，圖1為本發(fā)明一種具體實施方式所提供的基于雙極板結(jié)構(gòu)的雷擊桿塔地中電流測評系統(tǒng)連接圖；圖2為電流測量模塊部分電流感應(yīng)單元局部放大圖；圖3為圖1中雙極板電流采集裝置。

在具體實施中，外接電源接入沖擊電流發(fā)生模塊100，沖擊電流發(fā)生模塊100中包括升壓模塊、整流模塊、調(diào)波模塊和通訊接口，通訊接口與信號控制平臺210通過同軸電纜相連，信號控制平臺210向升壓模塊、調(diào)波模塊分別發(fā)出控制信號，實現(xiàn)沖擊電流波形及峰值的調(diào)節(jié)；沖擊電流發(fā)生模塊100輸出端分別與接地網(wǎng)120及銅棒電極110相連，銅棒電極110間由編制銅線相連構(gòu)成收流環(huán)130。其中，接地網(wǎng)120與銅棒電極110的填埋深度和填埋距離可根據(jù)試驗需要進行調(diào)整。

信號控制平臺210有通訊接口，通過同軸電纜與工頻電流發(fā)生模塊110、電流測量模塊240以及上位機模塊230相連；信號控制平臺210內(nèi)部包含單片機控制電路、數(shù)據(jù)存儲電路、繼電器信號驅(qū)動電路，通過繼電器信號驅(qū)動電路可控制電流測量模塊240工作狀態(tài),在信號控制平臺210可以向電流測量模塊240發(fā)出信號控制其繼電器驅(qū)動電路，從而控制是否進行采集數(shù)據(jù)并向信號控制平臺210傳輸數(shù)據(jù)。由此，實驗人員可通過信號控制平臺210對實驗直接進行控制，保證了實驗的安全性及便利性。

所述數(shù)據(jù)處理模塊220包括數(shù)據(jù)存儲電路和計算電路；信號控制平臺210接收到由電流測量模塊測得的隨時間變化的電流數(shù)據(jù)后通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊220中的存儲器，由計算電路讀取存儲器中兩路采集的電流數(shù)據(jù)，并往計算電路中寫入計算公式通過公式處理得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D形處理模塊230；圖形處理模塊230接收到數(shù)據(jù)進行繪圖，得到流經(jīng)雙極板電流采集模塊200沖擊散流隨時間變化圖。

測評時將四套所述雙極板電流采集模塊200均勻布置在與接地網(wǎng)中心距離為r的地中，測得電流數(shù)據(jù)可表示為矩陣根據(jù)電流計算公式可計算得流經(jīng)每套采集模塊的電流，若不等式im≤i0,(m＝1,2,3,4)恒成立，則可認為以接地網(wǎng)中心為原點，r為半徑的范圍內(nèi)均是安全范圍，其中i0為參考安全電流。

具體地，電流測量模塊240包括電流感應(yīng)單元和數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)換器，參考圖2，圖2為電流感應(yīng)單元，包括磁芯241、開合裝置242、外包絕緣漆銅線243；磁芯有兩個半圓形磁芯241通過開合裝置242組合而成，材料相同，導(dǎo)磁性能一致，兩半圓磁芯閉合成內(nèi)直徑20mm外直徑30mm的環(huán)形磁芯，設(shè)計成可開合式，最大張口為10mm；絕緣導(dǎo)線206選用bvr14mm²規(guī)格，將磁芯打開放入絕緣導(dǎo)線206，閉合磁芯；絕緣導(dǎo)線206與數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)換器連接，數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)換器中cpu控制a/d轉(zhuǎn)換芯片對輸入信號進行采樣，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存入存儲芯片中。

具體的，請參考圖3，圖3為本發(fā)明一種具體實施方式中雙極板電流采集模塊，包括bvr14mm²規(guī)格絕緣導(dǎo)線206、5cm*5cm*0.1cm規(guī)格金屬極板201，m3銅質(zhì)墊片202，規(guī)格m3*8的十一字盤頭螺絲203，規(guī)格m3*10雙通尼龍柱六角內(nèi)螺紋隔離柱204，直角端部帶螺紋環(huán)氧樹脂支架205；四片金屬極板201分成兩組，每組兩片；兩金屬極板201之間需要保持一定絕緣間隙，通過兩個平行的規(guī)格m3*10雙通尼龍柱六角內(nèi)螺紋隔離柱204實現(xiàn)絕緣隔離，端部由m3*8的十一字盤頭螺絲203擰入隔離柱204，使之形成相距10mm的相互平行的一組匯流板，上端規(guī)格m3*8的十一字盤頭螺絲203下面墊有m3銅質(zhì)墊片202，m3銅質(zhì)墊片202與bvr14mm²規(guī)格絕緣導(dǎo)線206相連；另兩片金屬極板201使用同樣方式形成另一組匯流板；兩組匯流板通過直角端部帶螺紋環(huán)氧樹脂支架205連接，形成一個牢固整體；將此雙極板電流采集模塊200布置在地表待測位置，金屬極板201垂直于地表面，角度任意。