基于GPS的接地网接地电阻测试系统及方法与流程

基于gps的接地网接地电阻测试系统及方法
技术领域
[0001]
本发明属于电力系统接地技术领域，更具体地，涉及一种基于gps的山地地区的接地网接地电阻测试方法及系统。


背景技术：

[0002]
电力系统的接地分类包括工作接地、保护接地和防雷保护接地。其中，(1)工作接地，也叫系统接地，在电力系统中，为运行需要所设的接地，如中性点直接接地或经其他装置接地等；(2)保护接地，也叫安全接地，电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止危及人身和设备的安全而设的接地；(3)防雷保护接地，为雷电保护装置，如避雷针、避雷线和避雷器等向大地泄放雷电流而设的接地；(4)静电接地。为释放电场中设备外壳存在的静电电荷，防止因静电过大或静电打火产生危险所设置的接地。
[0003]
现有技术中，对于放线距离的测量传统方法主要有人工步行测量法和红外测距法。人工测量一是很难保证电压极和电流极的距离，二是很难保证地网的参考点和电流极、电压极在同一直线上，精度误差较大。红外测距仪需要固定且较高的参照点，否则难以定位测距，实际应用极不方便。目前也有用手机进行模拟定位，但对于多数变电站分布于山地的电网系统，信号较差，且手机定位误差达，更无法实时计算显示电流极、电压极直线距离。以山区为主的地区，变电站周边地理环境复杂，根据放线长度和人工测距来确定电极的位置，会导致测试结果出现较大偏差。


技术实现要素：

[0004]
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种可基于gps的接地网接地电阻测试系统及方法，覆盖各大型变电站地网测试需求，测试操作人员可选择任意gps\北斗定位仪计算电流接地极与接地网接地极之间的距离、电压接地极与接地网接地极之间的距离以及电流线与电压线之间的夹角，实现地网接地网接地电阻测试的标准化、精准化。
[0005]
本发明采用如下的技术方案。一种基于gps的接地网接地电阻测试系统，包括：接地电阻测量仪、连接线缆、电流接地极、电压接地极、gps\北斗定位仪和接地电阻修正模块；接地电阻测量仪通过连接线缆与电流接地极、电压接地极以及接地网接地极相连接，用于以生成设定的测试电压和测试电流，获得视在接地阻抗；gps\北斗定位仪包括：输入模块、输出模块、控制与数据处理模块、gps\北斗双模定位模块和无线通信模块，控制与数据处理模块与输入模块、输出模块、gps\北斗双模定位模块和无线通信模块分别相连接；gps\北斗双模定位模块获得电流接地极、电压接地极和接地网接地极的位置，经无线通信模块在gps\北斗定位仪间传输，任意gps\北斗定位仪的控制与数据处理模块接收位置数据计算电流接地极与接地网接地极之间的距离、电压接地极与接地网接地极之间的距离以及电流线与电压线之间的夹角；接地电阻修正模块使用所述测试电压、测试电流、视在接地阻抗、电
流线长度、电压线长度和电流线与电压线之间的夹角修正视在接地阻抗，获得接地电阻修正值。
[0006]
优选地，模块接以如下公式计算获得电流接地极与接地网接地极之间的距离cg、电压接地极与接地网接地极之间的距离pg以及电流接地极与电压接地极之间的距离cp，
[0007][0008]
式中：
[0009]
d表示两个经纬度之间的距离，
[0010]
r表示地球半径，
[0011]
hav(
·
)表示半正失函数，
[0012]
表示第一位置的纬度，
[0013]
表示第二位置的纬度，
[0014]
λ1表示第一位置的经度，
[0015]
λ2表示第二位置的经度。
[0016]
优选地，控制与数据处理模块以如下公式对地球半径进行修正，
[0017]
r＝b+(a-b)
·
(90-n)
[0018]
式中：
[0019]
a表示赤道半径，a＝6378137m，
[0020]
b表示极半径，b＝6356725m，
[0021]
n表示gps\北斗定位仪所在纬度。
[0022]
优选地，控制与数据处理模块以如下公式计算获得电流线与电压线之间的夹角α，
[0023][0024]
式中：
[0025]
cp表示电流接地极与电压接地极之间的距离。
[0026]
优选地，接地电阻修正模块以如下公式对视在接地阻抗z0进行修正，得到接地阻抗修正值z，
[0027][0028]
式中：
[0029]
d表示接地网对角线长度，
[0030]
z0表示视在接地阻抗。
[0031]
优选地，gps\北斗定位仪还包括电源模块；电源模块包括12.6v/2600mah电池单元、开关电源单元和线性稳压单元，电源模块为无线通信模块提供5v工作电压，经线性稳压单元为输出模块、控制与数据处理模块和gps\北斗双模定位模块提供3.3v工作电压；还包括：定时关机模块，其与控制与数据处理模块相连接，用于延迟设定时间后自动关机。
[0032]
优选地，输出模块为黑白色点阵液晶屏，由控制与数据处理模块驱动控制，输入模块为键盘，与控制与数据处理模块相连接，用于黑白色点阵液晶屏界面的操作。
[0033]
优选地，无线通信模块接收其它gps\北斗定位仪的位置信息，并且发送至控制与
数据处理模块，以及控制与数据处理模块的数据发送至其它gps\北斗定位仪。
[0034]
优选地，gps\北斗双模定位模块包括gps\北斗天线和gps\北斗芯片模组，gps\北斗天线可独立接收gps信号、北斗信号，用于单gps定位、单北斗定位及gps与北斗双定位，gps\北斗双模定位模块除gps\北斗天线进线孔外其余由铝壳封闭屏蔽。
[0035]
本发明还公开了利用所述基于gps的接地网接地电阻测试系统的基于gps的接地网接地电阻测试方法，包括以下步骤：
[0036]
步骤1，设置电流接地极、电压接地极、连接接地电阻测量仪与电流接地极、电压接地极以及接地网接地极，以d表示接地网对角线长度；以任意一组gps\北斗定位仪获得接地网接地极的位置；
[0037]
步骤2，以第一组gps\北斗定位仪获得电流接地极的位置，进而获得电流接地极与接地网接地极之间的距离，以cg表示；以第二组gps\北斗定位仪获得电压接地极的位置，进而获得电压接地极与接地网接地极之间的距离，以pg表示；以第一组gps\北斗定位仪与第二组gps\北斗定位仪获得电流线与电压线之间的夹角，以α表示；
[0038]
步骤3，使用接地电阻测量仪生成设定的测试电压和测试电流，获得视在接地阻抗，以z0表示；
[0039]
步骤4，以如下公式对视在接地阻抗z0进行修正，得到接地阻抗修正值z，
[0040][0041]
步骤5，改变cg、pg和α重复步骤1至4多次，获得接地电阻记录表。
[0042]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，gps定位仪由gps模块、无线收发模块和数据处理模块组成，具有定位精度高、无线传输距离远的特点，本发明可覆盖各大型变电站地网测试需求，测试操作人员可选择任意gps\北斗定位仪计算电流接地极与接地网接地极之间的距离、电压接地极与接地网接地极之间的距离以及电流线与电压线之间的夹角，实现地网接地网接地电阻测试的标准化、精准化。
附图说明
[0043]
图1是本发明的一种基于gps的接地网接地电阻测试系统框图；
[0044]
图2是本发明的一种基于gps的接地网接地电阻测试方法流程图。
具体实施方式
[0045]
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
[0046]
实施例1：一种基于gps的接地网接地电阻测试系统
[0047]
如图1所示，本发明提供了一种基于gps的接地网接地电阻测试系统，包括：接地电阻测量仪、连接线缆、电流接地极、电压接地极、多个gps\北斗定位仪和接地电阻修正模块。
[0048]
接地电阻测量仪通过连接线缆与电流接地极、电压接地极以及接地网接地极相连接，用于以生成设定的测试电压和测试电流，获得视在接地阻抗。
[0049]
gps\北斗定位仪包括：输入模块、输出模块、控制与数据处理模块、gps\北斗双模定位模块和无线通信模块，控制与数据处理模块与输入模块、输出模块、gps\北斗双模定位
模块和无线通信模块分别相连接；多个gps\北斗定位仪分为第一组和第二组，第一组用于接地网接地电阻测试的电流极测距，第二组用于接地网接地电阻测试的电压极测距；第一组与第二组配合用于获得电流线与电压线之间的夹角。第一组gps\北斗定位仪与第二组gps\北斗定位仪不区分主分机，可根据需要自由设置。
[0050]
接地电阻修正模块使用所述测试电压、测试电流、视在接地阻抗、电流线长度、电压线长度和电流线与电压线之间的夹角修正视在接地阻抗，获得接地电阻修正值。
[0051]
控制与数据处理模块接以如下公式计算获得电流接地极与接地网接地极之间的距离cg、电压接地极与接地网接地极之间的距离pg以及电流接地极与电压接地极之间的距离cp，
[0052][0053]
式中：
[0054]
d表示两个经纬度之间的距离，
[0055]
r表示地球半径，
[0056]
hav(
·
)表示半正失函数，
[0057]
表示第一位置的纬度，
[0058]
表示第二位置的纬度，
[0059]
λ1表示第一位置的经度，
[0060]
λ2表示第二位置的经度。
[0061]
控制与数据处理模块以如下公式对地球半径进行修正，
[0062]
r＝b+(a-b)
·
(90-n)
[0063]
式中：
[0064]
a表示赤道半径，a＝6378137m，
[0065]
b表示极半径，b＝6356725m，
[0066]
n表示gps\北斗定位仪所在纬度。
[0067]
控制与数据处理模块以如下公式计算获得电流线与电压线之间的夹角α，
[0068][0069]
式中：
[0070]
cp表示电流接地极与电压接地极之间的距离。
[0071]
接地电阻修正模块以如下公式对视在接地阻抗z0进行修正，得到接地阻抗修正值z，
[0072][0073]
式中：
[0074]
d表示接地网对角线长度，
[0075]
z0表示视在接地阻抗。
[0076]
gps\北斗定位仪还包括电源模块；电源模块包括12.6v/2600mah电池单元、开关电源单元和线性稳压单元，电源模块为无线通信模块提供5v工作电压，经线性稳压单元为输
出模块、控制与数据处理模块和gps\北斗双模定位模块提供3.3v工作电压。
[0077]
输出模块为黑白色点阵液晶屏，由控制与数据处理模块驱动控制，输入模块为键盘，与控制与数据处理模块相连接，用于黑白色点阵液晶屏界面的操作。
[0078]
无线通信模块接收其它gps\北斗定位仪的位置信息，并且发送至控制与数据处理模块，以及控制与数据处理模块的数据发送至其它gps\北斗定位仪。
[0079]
gps\北斗双模定位模块包括gps\北斗天线和gps\北斗芯片模组，gps\北斗天线可独立接收gps信号、北斗信号实现单gps定位、单北斗定位及gps与北斗双定位。gps\北斗天线采用35mm*35mm有源方形天线，接收信号强度达42db，可实现设备的高速定位。gps\北斗芯片模组与控制与数据处理模块通过ttl电平相连，用于nmea协议的传输及模组的配置。
[0080]
gps\北斗双模定位模块除gps\北斗天线进线孔外其余由铝壳封闭屏蔽。
[0081]
基于gps的接地网接地电阻测试系统还包括定时关机模块，其与控制与数据处理模块相连接，用于延迟设定时间后自动关机。
[0082]
无线通讯模块用于接收对方的经纬度信息并传输至中央处理单元，或者接收中央处理单元指令并发送至其他设备。无线通讯模块根据实际需要设定特定的收发频率，因gps\北斗定位仪需要的数据量小、但要求传输距离远，故收发频率设为2400k，lora扩频调制。
[0083]
实施例2：一种基于gps的接地网接地电阻测试方法
[0084]
如图2所示，本发明还提供了一种使用如实施例1所述基于gps的接地网接地电阻测试系统的基于gps的接地网接地电阻测试方法，包括以下步骤：
[0085]
步骤1，设置电流接地极、电压接地极、连接接地电阻测量仪与电流接地极、电压接地极以及接地网接地极，以d表示接地网对角线长度；以任意一组gps\北斗定位仪获得接地网接地极的位置。
[0086]
步骤2，以第一组gps\北斗定位仪获得电流接地极的位置，进而获得电流接地极与接地网接地极之间的距离，以cg表示；以第二组gps\北斗定位仪获得电压接地极的位置，进而获得电压接地极与接地网接地极之间的距离，以pg表示；以第一组gps\北斗定位仪与第二组gps\北斗定位仪获得电流线与电压线之间的夹角，以α表示。更具体地，
[0087]
步骤2中，将获取的由度和分组成的经纬度信息ddmm.mmm转换为度的形式dd.ddddd，计算两个经度的差值，国内使用一般只涉及东经与北纬，并将经纬度信息用弧度表示。
[0088]
步骤2中，以如下公式计算获得cg、pg以及电流接地极与电压接地极之间的距离cp，
[0089][0090]
式中：
[0091]
d表示两个经纬度之间的距离，
[0092]
r表示地球半径，
[0093]
hav(
·
)表示半正失函数，
[0094]
表示第一位置的纬度，
[0095]
表示第二位置的纬度，
[0096]
λ1表示第一位置的经度，
[0097]
λ2表示第二位置的经度。
[0098]
步骤2中，计算地球在当前经纬度下的半径，地球是一个赤道半径为a＝6378137m,极半径为b＝6356725，平均半径为6371000m，平均半径在实际使用过程中会存在不大于3
‰
的误差，为减小地球不同纬度上半径对计算结果的影响，还以如下公式对地球半径进行修正，
[0099]
r＝b+(a-b)
·
(90-n)
[0100]
式中：
[0101]
a表示赤道半径，a＝6378137m，
[0102]
b表示极半径，b＝6356725m，
[0103]
n表示gps\北斗定位仪所在纬度。
[0104]
以如下公式计算获得电流线与电压线之间的夹角α，
[0105][0106]
式中：
[0107]
cp表示电流接地极与电压接地极之间的距离。
[0108]
步骤3，使用接地电阻测量仪生成设定的测试电压和测试电流，获得视在接地阻抗，以z0表示。
[0109]
步骤4，以如下公式对视在接地阻抗z0进行修正，得到接地阻抗修正值z，
[0110][0111]
步骤5，改变cg、pg和α重复步骤1至4多次，获得接地电阻记录表。
[0112]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，gps定位仪由gps模块、无线收发模块和数据处理模块组成，具有定位精度高、无线传输距离远的特点，本发明可覆盖各大型变电站地网测试需求，测试操作人员可选择任意gps\北斗定位仪计算电流接地极与接地网接地极之间的距离、电压接地极与接地网接地极之间的距离以及电流线与电压线之间的夹角，实现地网接地网接地电阻测试的标准化、精准化。
[0113]
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。