一种模块化的变电站接地网地表磁场检测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种模块化的变电站接地网地表磁场检测系统，由激励电流源模块A、磁场测量模块B和上位机C三种模块组成，其中激励电流源模块A产生激励电流I，从任一个接地网上引接地体注入电流，并从另一个接地网上引接地体抽出电流；多个磁场测量模块B等间距布置在地表，获取接地网地表测量区域S内各个测量点处的磁感应强度，并上传采集数据；上位机C控制激励电流I输出，启动磁场测量，接收采集数据，并显示输出测量区域S的磁感应强度分布情况。各模块之间单独供电，相互之间以RS485总线或无线通信模块进行通信。整个检测系统结构简单，便于模块化搭接和系统维护。

A modularized ground surface magnetic field detection system for substation grounding grids

The utility model relates to a modular substation grounding grid surface magnetic field detection system consists of three modules excitation current source module A, magnetic field measurement module B and PC C, the excitation current source module A to generate the excitation current of I, grounding the injected current from any grounding net, and from another online grounding grounding body out of current; a plurality of magnetic field measurement module B spacing at the surface, get the magnetic induction intensity of grounding surface measurement area S each measurement point, and upload the collected data; the excitation current of the I output control PC C, start the magnetic field measurement, data reception, and that the magnetic induction intensity distribution of output measurement area S. Each module is powered separately and communicates with each other by RS485 bus or wireless communication module. The whole inspection system is simple in structure, easy for modular lapping and system maintenance.

【技术实现步骤摘要】
一种模块化的变电站接地网地表磁场检测系统
本技术涉及电力系统故障检测
，尤其涉及一种模块化的变电站接地网地表磁场检测系统。
技术介绍
接地网是变电站安全运行的重要保证，其接地性能一直受到设计和生产运行部门的重视。接地网在变电站安全运行中，不仅为变电站内各种电气设备提供一个公共的电位参考地，在接地网遭受雷击或电力系统发生短路故障时，还能迅速排泄故障电流，并降低变电站的地电位升。接地网接地性能的优劣直接关系到变电站内工作人员的人身安全和各种电气设备的安全及正常运行。我国接地网一般采用扁钢制成,相互连接成网格形状，水平埋在地下深约0.3～2米，网格的间距通常3～7米，两侧的网格的比例通常为1:1～1:3。由于接地网长期运行容易发生腐蚀,需要及时检测接地网的缺陷并采取修复措施。基于电磁场理论的分析方法作为目前接地网腐蚀诊断的主要方法之一，主要是通过向接地网注入一定频率的电流，并测量接地网地表磁场强度，最后根据磁场的分布对接地网腐蚀程度进行诊断。在接地网地表磁场测量过程中，测量区域较大，测量点数目较多，同时要求测量点间距相等，普通的单个磁场检测单元无法满足现场测量需求，因此需要设计结构简单、使用方便、测量准确的接地网地表磁场测量系统。
技术实现思路
本技术针对检测接地网地表磁场，提供了一种模块化的变电站接地网地表磁场检测系统，用于检测接地网地表磁场分布。为了实现上述目的本技术采用如下技术方案：一种模块化的变电站接地网地表磁场检测系统，包括激励电流源模块、至少2个磁场测量模块和上位机，其中所述激励电流源模块产生激励电流，其输入输出端分别与接地网中任意两个上引接地体连接构成回路，激励电流源模块的通信端通过RS485总线或无线通信方式与上位机和磁场测量模块进行通信；磁场测量模块采集测量点的磁感应强度，磁场测量模块的通信端通过RS485总线或无线通信方式与上位机和电流源模块进行通信。在本技术的具体实施例中，所述激励电流源模块包括电池Ⅰ、DC-DC变换单元Ⅰ、功率放大单元、D/A转换单元、信号滤波单元、数据通信单元Ⅰ和微控制器单元Ⅰ，所述电池Ⅰ与DC-DC变换单元Ⅰ连接，DC-DC变换单元Ⅰ将电池电压变换为±5V、+3.3V电压为功率放大单元、D/A转换单元、信号滤波单元、数据通信单元Ⅰ和微控制器单元Ⅰ供电。所述微控制器单元Ⅰ的数据端与数据通信单元Ⅰ连接，数据通信单元Ⅰ与上位机和磁场测量模块进行通信，微控制器单元Ⅰ的输出端与D/A转换单元的输入端连接，D/A转换单元的输出端依次串联信号滤波单元和功率放大单元，功率放大单元输出激励电流。上述激励电流是频率为20~2000Hz、幅值为0~10A的稳定正弦信号。进一步，所述磁场测量模块包括电池Ⅱ、DC-DC变换单元Ⅱ、检测线圈、信号处理单元、A/D转换单元、数据通信单元Ⅱ和微控制器单元Ⅱ，其中所述电池Ⅱ与DC-DC变换单元Ⅱ连接，DC-DC变换单元Ⅱ将电池电压变换成±5V、±12V、+3.3V电压，为检测线圈、信号处理单元、A/D转换单元、数据通信单元Ⅱ和微控制器单元Ⅱ供电。还包括与微控制器单元Ⅱ连接的外部存储器。所述检测线圈将磁感应强度转换为电压信号，检测线圈与信号处理单元连接，信号处理单元与A/D转换单元连接，A/D转换单元的输出端与微控制器单元Ⅱ的数据输入端连接，微控制器单元Ⅱ的数据端与数据通信单元Ⅱ连接。本技术中，所述磁场测量模块B中具有n个检测线圈和n个信号处理单元，A/D转换单元具有n个采集通道，一个检测线圈、一个信号处理单元和一个A/D转换单元采集通道组成一路测量通道，每路测量通道单独采集一个测量点处的磁感应强度，其中1≤n≤16。所述n个检测线圈布置在测量区域内，布置时各检测线圈间距相等。本技术的方法在检测变电站接地网地表磁场时能够达到的有益技术效果如下：变电站接地网地表磁场检测系统采用模块化设计，由激励电流源模块A、磁场测量模块B和上位机C三种模块组成，其中激励电流源模块A产生激励电流I，从任一个接地网上引接地体注入电流，并从另一个接地网上引接地体抽出电流；多个磁场测量模块B等间距布置在地表，获取接地网地表测量区域S内各个测量点处的磁感应强度，并上传采集数据；上位机C控制激励电流I输出，启动磁场测量，接收采集数据，并显示输出测量区域S的磁感应强度分布情况。各模块之间单独供电，相互之间以RS485总线或无线通信模块进行通信。整个检测系统结构简单，便于模块化搭接和系统维护。本技术能够获得接地网地表磁场分布，便于后期对变电站接地网的拓扑结构和腐蚀情况进行分析。附图说明图1为本技术的变电站接地网地表磁场检测系统示意图；图2为本技术的激励电流源模块A结构图；图3为本技术的磁场测量模块B结构图；图4为本技术的变电站接地网地表磁场检测系统工作流程图。具体实施方式参见图1，变电站接地网地表磁场检测系统由一个激励电流源模块A、k个磁场测量模块B和一个上位机C组成,其中k≥2，激励电流源模块A、磁场测量模块B和上位机C分别单独供电，并相互之间以RS485总线或无线通信模块进行通信。激励电流源模块A负责产生激励电流I，利用接地网的上引接地体，从任一个上引接地体注入电流，并从另一个上引接地体抽出电流；磁场测量模块B负责采集测量点处的磁感应强度，在接地网地表面确定一个测量区域S，布置k个磁场测量模块B，获取所述测量区域S的磁感应强度；上位机C先控制激励电流源模块A输出激励电流I，之后启动磁场测量模块B进行磁场信号采集,并接收磁场测量模块B上传的采集数据，最后显示输出测量点处的磁感应强度。激励电流源模块A产生频率为1kHz、幅值为1A的激励电流I，从任一个接地网的上引接地体注入电流，并从另一个接地网的上引接地体抽出电流，激励电流I在地表产生交变磁场；在接地网地表确定一个测量区域S，面积为0.5m×3.1m，测量面积S划分成2×32个网格，选定网格的节点为测量点，其中行间距为0.5m，列间距为0.1m；每个磁场测量模块B具有n=8个采集通道，以相邻8个测量点为一组布置一个磁场测量模块B，总共布置k=8个磁场测量模块B来获取所述测量区域S的磁感应强度。磁场测量模块B布置步骤包括：（a）以垂直于测量区域S向上为z轴正方向，建立右手直角坐标系xyz，其中坐标轴x轴和y轴与测量区域S的边平行或垂直。（b）将测量区域S划分成M×N网格，网格的行与y轴平行，网格的行间距相等，网格的列间距相等，选定网格的节点为测量点，其中M为网格的行数，N为网格的列数，且列数N为采集通道n的整数倍。（c）沿y轴正方向，以相邻n个测量点为一组布置一个磁场测量模块B，M×N网格上布置磁场测量模块B的数量为k=M×N/n。参见图2，所述激励电流源模块A由电池Ⅰa1、DC-DC变换单元Ⅰa2、功率放大单元a3、D/A转换单元a4、信号滤波单元a5、数据通信单元Ⅰa6和微控制器单元Ⅰa7组成；电池a1为14.8V锂电池组，DC-DC变换单元a2采用芯片NCP3155、NCP3163、NCP1117将电池Ⅰa1电压变换成±5V、+3.3V电压为功率放大单元a3、D/A转换单元a4、信号滤波单元a5、数据通信单元Ⅰa6和微控制器单元a7Ⅰ供电；微控制器单元Ⅰa7采用芯片ST本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化的变电站接地网地表磁场检测系统，其特征在于：包括激励电流源模块（A）、至少2个磁场测量模块（B）和上位机（C），其中所述激励电流源模块（A）产生激励电流，其输入输出端分别与接地网中任意两个上引接地体（E）连接构成回路，激励电流源模块（A）的通信端通过RS485总线或无线通信方式与上位机（C）和磁场测量模块（B）进行通信；磁场测量模块（B）采集测量点的磁感应强度，磁场测量模块（B）的通信端通过RS485总线或无线通信方式与上位机（C）和电流源模块（A）进行通信。

【技术特征摘要】
1.一种模块化的变电站接地网地表磁场检测系统，其特征在于：包括激励电流源模块（A）、至少2个磁场测量模块（B）和上位机（C），其中所述激励电流源模块（A）产生激励电流，其输入输出端分别与接地网中任意两个上引接地体（E）连接构成回路，激励电流源模块（A）的通信端通过RS485总线或无线通信方式与上位机（C）和磁场测量模块（B）进行通信；磁场测量模块（B）采集测量点的磁感应强度，磁场测量模块（B）的通信端通过RS485总线或无线通信方式与上位机（C）和电流源模块（A）进行通信。2.根据权利要求1所述一种模块化的变电站接地网地表磁场检测系统，其特征在于：所述激励电流源模块（A）包括电池Ⅰ（a1）、DC-DC变换单元Ⅰ（a2）、功率放大单元（a3）、D/A转换单元（a4）、信号滤波单元（a5）、数据通信单元Ⅰ（a6）和微控制器单元Ⅰ（a7），所述电池Ⅰ（a1）与DC-DC变换单元Ⅰ（a2）连接，DC-DC变换单元Ⅰ（a2）将电池电压变换为±5V、+3.3V电压为功率放大单元（a3）、D/A转换单元（a4）、信号滤波单元（a5）、数据通信单元Ⅰ（a6）和微控制器单元Ⅰ（a7）供电；所述微控制器单元Ⅰ（a7）的数据端与数据通信单元Ⅰ（a6）连接，微控制器单元Ⅰ（a7）的输出端与D/A转换单元（a4）的输入端连接，D/A转换单元（a4）的输出端依次串联信号滤波单元（a5）和功率放大单元（a3），功率放大单元（a3）输出激励电流。3.根据权利要求1或2所述一种模块化的变电站接地网地表磁场检测系统，其特征在于：所述激励电流是频率为20~2000Hz、幅值为0~10A的稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，王晓宇，高兵，刘凯，李星，何为，韩升，张莉，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：新型
国别省市：重庆,50