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1、接地电阻自动监测系统的设计与实现ronggang导语：目前接地电阻的测量主要靠人工手动测量，进展一次测量需要花费大量的时间和资金。针对这种现状，本文基于自动测试理论，网络通讯和嵌入式技术设计出一套接地电阻自动监测系统摘要：接地电阻可靠接地对电力系统的平安具有重要意义，目前接地电阻的测量主要靠人工手动测量，进展一次测量需要花费大量的时间和资金。针对这种现状，本文基于自动测试理论，网络通讯和嵌入式技术设计出一套接地电阻自动监测系统。系统的测试终端可以自动测量接地电阻，多个终端的测量结果通过网络自动上传，监测人员只需操纵软件即可完成测量经过。本系统的设计和实现进步了接地电阻的自动测量技术程度，系统已
2、在铁路系统的电力部门投入运行。关键词：接地电阻;自动测量;多点监测各类建筑和设备，尤其电力系统终端，防雷地线必须可靠接地，以确保电流平安泄入大地。诸多雷害事故的调查报告及电网的平安运行理论经历说明接地电阻的质量关系电力系统平安。工程上为进步防雷地线的抗雷击程度，必须降低地线的接地电阻。但是由于损伤，腐蚀，干旱等因素的影响，接地电阻很可能发生较大变化，因此，接地电阻阻值大小的实时监测对保证设备外壳静电以及雷击时避雷针强电流的平安泻入大地意义重大。目前，接地电阻的常用测量方法有摇表法,0.618法和等腰三角形法。摇表法是基于测量纯电阻的原理的一类方法，不适宜测量大面积地网的接地电阻。0.618法和
3、等腰三角形法都属于电压电流法，两者都是通过电流测试极和电压测试极之间的相对位置补偿极间电势影响以测得真实阻值，区别仅在测试极的几何位置不同。本文将基于电压电流法设计防雷地线实时监测系统，该系统改变目前接地电阻靠人工手动测量的现状，实现自动测量，多点同时监测，进步了测试效率和的准确性。2本系统的接地电阻测量方法电压电流法的测量方法如图1所示：align=center图1电压电流法原理图图20.618法和等腰三角形法极间位置比拟图/align其中，C2为待测接地点，P和C1为两个辅助桩。I为沟通电流源，V为极间电势差。通过测量接地回路C1-C2电流和C2相对P的电势便可得到电阻值。但实际测量环境复
4、杂多变，有众多影响电流电压测量的因素，比方大地的集肤效应，大地回路中的地电流干扰，特定自然环境的外加电场，测量环境温度，湿度，土质特性，接地桩测试点的接触状况都会对电阻测量造成影响。假设不考虑这些影响，将导致测量误差大甚至完全错误。电压电流法是以电场的方式来测量，插入地桩的电势的大小是决定测量结果的主要因素。为了屏蔽辅助桩和测试接地点间的极间电场影响，必须留意测试点和辅助桩间的相对位置。接地电阻的测量大都采用0.618法和等腰三角形法，它们适用于被测接地装置中心位置明确，接地装置四周地势平坦、土壤电阻率均匀的测试场合。三个接地桩的相对位置如图2：0.618法中d1/d2在0.618附近,d1为
5、测试点C2所在地网直径的4倍以上，等腰三角形法中d1与d2相等，为C2所在地网直径的3倍以上，辅助桩与测试点间隔越远，极间电场叠加越弱，影响越小。0.618法和等腰三角形法都是以电压电流法为理论根底的详细实现方式。3系统组成本文设计的系统由硬件和监测软件两局部组成。硬件局部称为下位机，主要负责接地电阻的自动测量，测量数据的计算，电阻值的显示以及与上位机计算机间的数据传送。下位机提供定时定点测量，手动按键测量和上位机命令测量三种方式，以知足自动测量，本地人工测量和远程监控测量三种需求。上位机安装监控所有下位机的监测软件，通过与下位机间的通讯得到测量数据，发送测量命令，发送校时同步命令等。系统组成
6、如图3：align=center图3接地电阻自动监测系统框图图4下位机构造图/align由图3可见，n路下位机的测量数据都可以经通讯线路传给计算机监控中心，计算机中心也可以通过发送测量命令的方式对每路测量终端进展控制。这样就能实现远端多点测试。上位机装载的监测软件由VC+编写，有良好的人机交互界面，治理人员通过简单的操纵就可以得到当前接地电阻值。也可以设置软件的工作方式实现天天定时定点指定号机或者多台下位机自动测量电阻并将数据发给上位机自动储存，当测量数据超出正常范围时现场和监控中心自动报警。这样便可以省去工作人员观察计算机测量数据消耗时间体力的现状。通讯线路根据详细测量场合可以改变形式，比方
7、RJ45有线局域网，CDMA无线广域网，串口等。本系统在测试时采用有线方式通过RS485总线连接测量终端设备和计算机。4系统实现4.1测试终端硬件构造图4给出了下位机即终端测量设备的构造，测试回路得到的电压和电流模拟量通过滤波电路后到达放大模块，然后由A/D转换模块得到数字信号给后继数字信号处理单元计算得到接地电阻值，最后将结果传给显示模块，假如要求将数据传给上位机，将同时送数据到通讯模块。各模块中，数字信号处理模块是整个下位机的核心模块，是下位机测量控制软件的载体，通经过序控制该模块的运行，由此实现数字滤波，电阻值的计算，整个测量终端外围所有硬件电路的控制，以及通过接口电路和其他功能模块的连
8、接，该模块可以由多种处理器芯片承当，比方ARM,DSP,C8051F系列嵌入式单片机等。可控电源模块可以提供多频率的测试电源，以根据实际测量环境选用最不易受干扰的频率。时钟芯片提供下位机时间基准，掉电可以保持时钟。将C程序下载到数字信号处理模块的flash中便可对整个下位机实现功能控制。上电后程序开场运行，假设有测试命令到来将通过中断方式控制测试电流源开启，下位机按照图4工作自动测量出接地电阻值。当上位机工作于多点监测状态时，通过与下位机间的数据通讯来下达测试命令和接收测量数据。4.2测试终端软件流程align=center图5下位机程序流程图/alignalign=center图6上位机主动
9、收集通讯流程图/align图5较为具体的描叙了下位机程序的主要流程，由图可见：下位机具有定点测试，等待测试命令两种测试方式，其中测试命令是广义命令，包括上位机发送的真实测试命令和现场手动按键测试两种情况。该程序在每次测量电阻后都能显示计算后的结果，并能自动比拟电阻是否在正常范围以内，假设越界便自动报警。该程序也能根据工作人员的要求选择发送测试数据与否，并能通过执行校时命令使多台测试终端的测试结果与同一时间标准相对应，这样监控中心便能得到测试结果测试时间的表格，这比照较同一时间不同终端现场的接地电阻值很有意义。对于同一现场接地电阻值随时间的变化曲线可以通太多次记录测量数据实现，这些都可以通过设置
10、上位机软件的工作方式来实现。4.3监控中心和测试终端的通讯机制监控中心和测试终端间要实现数据和命令的通讯，必须建立双方遵守的通讯协议，并在协议根底上产生双方认可的通讯机制，图6给出了本系统中的上位机主动收集的通讯流程图。上位机在校准时间后发送收集命令并开场侦听通讯接口等待测量数据的到来，假如能顺利收到正确数据便开场向下一号下位机发送收集命令，直到成功接收设定收集路数的所有下位机的测量数据。假如上位机某次发送收集命令后没有收到数据就进入错误处理单元。没有收到数据可能有多种原因，比方通讯链路出现故障等。接收到数据但数据不正确也可能由多种影响因素，比方波特率偏移等。一个可靠的系统不但本身的稳定性要好
11、，也要有应对突发问题的容错才能，这里的错误处理单元就是针对突发的通讯故障而设计的。错误处理单元可以用来处理通讯经过中的所有错误，由于本系统较高的稳定性这里可以采取简单的错误重传机制，对于比拟复杂的测量和通讯环境，可以改变错误处理机制。此外，通讯协议的质量也直接影响通讯的质量。本系统还考虑了另一种测量情况，即，检测人员在现场按下下位机测试键。这种情况下，下位机测量完接地电阻值后会自动向上位机发送测量数据，上位机根据协议判定数据正确与否，正确接收，错误进展相应处理，此种情况通讯经过流图和图6中相似，区别在于是下位机主动测量完后自动发送数据，不必等待上位机发送校时和收集命令。多点监测依靠轮询方式实现
12、，上位机按照图6的通讯流程图对每台下位机依次发出收集命令，各下位机在测量完成后便依次将数据发送给上位机，上位机便可收到所有下位机的测量结果。5系统的测试接地电阻自动监测系统可应用于各种需要监测接地电阻的电力系统，表1是在某电力系统接地电阻现场三台下位机在连续时间段内的测量数据，待测电阻真值依次是0.65,0.67,0.7欧姆，采用等腰三角形法测量。表1接地电阻现场测量值由表1可见测量结果非常接近真值，且波动在+0.02-0.02间，比拟稳定。表2为计量局鉴定时测得的数据，给出了一台下位机在非单一电阻值下测量值与真值的数据比拟表，该表仅给出了本系统对局部电阻值的测量结果。由表2可见下位机在不同阻
13、值时测量结果仍比拟准确。本系统的通讯环节也经过了严格测试，可以到达多点监测要求。表2电阻计量数据表6完毕语接地电阻的测量是电力系统中必不可少的检测工作。人工测量需要消耗大量人力和费用。本文设计的接地电阻自动监测系统将接地电阻测量技术、自动化技术和通讯技术有机地结合起来，通过选择定时测量，现场按测试键测量和远程软件控制测量三种方式实现了接地电阻自动测量和多点同时监测。本文设计的系统不仅能在现场显示测量数据，还能将测量数据自动上传，保存到计算机，便于对数据积累和比照。其自动报警功能改变工作人员需经常观测接地电阻值耗时耗力的现状，减轻工作人员工作量。系统配套的操纵软件有良好的人机交互界面，便于操纵，
14、替换了复杂的人工测试经过。不仅如此，该系统还具有稳定性好，功耗小，终端测量设备体积小等优点。大量实验和测试的结果说明，本文设计的接地电阻自动监测系统到达了设计要求。本文的创新点：运用当代电子技术实现电力系统的自动、远程监测将是电力系统测量技术的一个主要开展方向。本文设计的接地电阻自动监测系统正是将自动化控制技术引入接地电阻测量领域以到达远程自动监测的一个详细实现。经济效益：100万元1、罗智佳狄琤，基于以太网的分布式数据收集监控系统的应用，微计算机信息，2006年01期第29页2、沈连丰宋铁成等，嵌入式系统及其开发应用，北京：电子工业出版社，2005。3、张崘32位嵌入式系统硬件设计与调试.北京：机械工业出版社，2005。4、国家标准GBJ6583，工业与民用电力装置的接地设计标准。5、童诗白，华成英，模拟电子技术根底.北京：高等教育出版社，2001。6、马忠梅，马岩，张凯，籍顺心，单片机的C语言应用程序设计，北京：北京航空航天大学出版社，1997。