張 秀 麗

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程基礎(chǔ)教學(xué)與訓(xùn)練中心，廣州 510640)

0 引 言

臨時(shí)接地線的掛接和拆除對(duì)農(nóng)村配網(wǎng)線路停電改造和檢修工作至關(guān)重要，在改造或檢修工作完成以后和恢復(fù)送電之前，必須把包括原來(lái)人為設(shè)置的地線在內(nèi)的所有安全措施拆除才能恢復(fù)系統(tǒng)供電[1]，否則就會(huì)發(fā)生帶地線合閘的重大事故。雖然各電力部門(mén)采取了嚴(yán)格的管理措施，并配置了相關(guān)檢測(cè)儀器，但近年來(lái)，配電線路帶地線合閘送電的惡性事故依然頻繁發(fā)生，約占到各種惡性誤操作事故的25%左右[2]。由于農(nóng)村配網(wǎng)線路數(shù)量非常多、覆蓋面廣，并且檢修位置不固定，容易發(fā)生臨時(shí)接地線漏拆現(xiàn)象，對(duì)于人員素質(zhì)較低、技術(shù)水平落后的地區(qū)和邊遠(yuǎn)山區(qū)，發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)更高，管理手段已經(jīng)不足以解決該問(wèn)題，必須采用技術(shù)手段來(lái)防范此類(lèi)事故的發(fā)生。

本文首先從農(nóng)村配網(wǎng)線路的接地狀態(tài)理論計(jì)算入手，研究檢測(cè)農(nóng)村配網(wǎng)線路是否存在接地隱患的方法，然后關(guān)注于檢測(cè)裝置使用的快速、可靠，不明顯增加操作人員的工作量和復(fù)雜程度，真正能夠起到防止帶地線合閘的預(yù)警作用。

1 基于直流激勵(lì)源的檢測(cè)方法

上述的檢測(cè)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均不適合在農(nóng)村配網(wǎng)線路上進(jìn)行快速準(zhǔn)確檢測(cè)，為此，本文提出了基于直流激勵(lì)源的檢測(cè)方法，以滿(mǎn)足農(nóng)村配網(wǎng)線路臨時(shí)接地線檢測(cè)的需要。

1.1 原理介紹

線路對(duì)地絕緣電阻的檢測(cè)有多種方式，例如電壓法、電流法、電橋法等，但總體來(lái)說(shuō)都需要一個(gè)激勵(lì)源對(duì)測(cè)量對(duì)象施加電壓或電流信號(hào)，文獻(xiàn)[8]所述的交流激勵(lì)源受線路分布參數(shù)和線路長(zhǎng)度的影響，不適合對(duì)地絕緣電阻的測(cè)量。本方法采用直流激勵(lì)源，比較適合農(nóng)村配網(wǎng)線路阻抗特性的測(cè)量。

對(duì)于直流信號(hào)，農(nóng)村配網(wǎng)線路R的值只與線路的直徑和長(zhǎng)度相關(guān)。其等值電路圖和測(cè)量原理如圖1所示。

圖1 線路等值電路及測(cè)量原理圖Fig.1 The principle diagram of the circuit equivalent circuit and measurement

圖1中L為沿線路長(zhǎng)度均勻分布的電感，R為線路的電阻。在線路和大地之間施加直流激勵(lì)信號(hào)時(shí)，電感的感抗XL為：

XL=ωL=2πfL

(1)

式中：f為頻率。

由于直流信號(hào)的頻率f為0，因此，XL=0，線路無(wú)感抗，農(nóng)村配網(wǎng)線路僅僅表現(xiàn)為純阻性，線路電阻計(jì)算公式為:

(2)

式中:ρ為材料的電阻率；L為導(dǎo)體的長(zhǎng)度S為導(dǎo)體的橫截面積。

對(duì)于農(nóng)村配網(wǎng)線路常用的LGJ-240/30鋼芯鋁絞線，直流電阻計(jì)算結(jié)果如表1所示。

文中提出了針對(duì)多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)的四維實(shí)時(shí)調(diào)度策略，攻克了能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)，解決了含分布式能源及微網(wǎng)的多能源系統(tǒng)智能協(xié)同生產(chǎn)及優(yōu)化調(diào)控難題。

表1 LGJ-240/30鋼芯鋁絞線直流電阻計(jì)算表Tab.1 LGJ-240/30 Steel core aluminum stranded wire DC resistance calculation table

顯然，即使線路長(zhǎng)度達(dá)到100 km，其電阻也只有11.81 Ω，由于線路對(duì)地絕緣電阻一般都在幾百千歐以上，因此在測(cè)量回路中線路可以視為短路。

為了測(cè)量對(duì)地絕緣電阻，在線路和大地之間施加一定的直流激勵(lì)電壓V，根據(jù)歐姆定律：

(3)

式中：RL為對(duì)地絕緣電阻；R為-線路電阻(可以忽略不計(jì))；V為直流激勵(lì)電壓；I為電路中流過(guò)的直流電流。

當(dāng)直流激勵(lì)電壓V一定時(shí)，測(cè)量線路的直流電流，濾除交流干擾信號(hào)后，可以計(jì)算得到線路與大地之間的絕緣電阻值RL，可以進(jìn)一步推導(dǎo)出線路的接地狀態(tài)。

因此，采用直流激勵(lì)源的對(duì)地電阻測(cè)量方法不受線路分布參數(shù)的影響，通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)，濾除交流干擾后，可以準(zhǔn)確測(cè)量農(nóng)村配網(wǎng)線路的對(duì)地絕緣電阻。

從上述分析可知，采用交流激勵(lì)源受線路分布參數(shù)影響非常大，且容易受環(huán)境干擾，其測(cè)量數(shù)據(jù)可靠性不高。而采用直流激勵(lì)源則幾乎不受環(huán)境干擾和分布參數(shù)的影響，計(jì)算公式簡(jiǎn)單，電路易于實(shí)現(xiàn)，可以滿(mǎn)足農(nóng)村配網(wǎng)線路臨時(shí)接地線漏拆的檢測(cè)要求。

1.2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)理論分析結(jié)果，設(shè)計(jì)檢測(cè)裝置硬件框圖如圖2所示。

圖2 硬件設(shè)計(jì)框圖Fig.2 The hardware design block diagram

直流信號(hào)源由檢測(cè)裝置內(nèi)置的電源模塊提供，通過(guò)DSP芯片控制開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)，提供10 VA的直流電壓。電阻檢測(cè)模塊包括運(yùn)算放大器和二階交流濾波器，電壓信號(hào)通過(guò)電阻分壓取樣，采用逐級(jí)放大的方式，有效抑制干擾信號(hào)和噪聲的影響。數(shù)據(jù)取樣模塊與DSP芯片A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)處理模塊主要包括樹(shù)狀數(shù)字濾波、阻抗分析計(jì)算及智能判斷幾部分，主要由DSP數(shù)據(jù)處理芯片完成，最后將測(cè)量結(jié)果通過(guò)蜂鳴器和指示燈2種方式指示農(nóng)村配網(wǎng)線路接地狀態(tài)。實(shí)際檢測(cè)裝置外形如圖3所示。

圖3 實(shí)際檢測(cè)裝置外形圖Fig.3 The actual detection device appearance figure

1.3 軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村配網(wǎng)線路臨時(shí)接地線的檢測(cè)、判斷和報(bào)警功能，設(shè)計(jì)檢測(cè)裝置的軟件流程如圖4所示。

圖4 軟件流程圖Fig.4 Software flow chart

從軟件流程圖4中可以看出，檢測(cè)裝置軟件啟動(dòng)后，首先控制直流激勵(lì)源模塊處于輸出狀態(tài)，輸出直流電壓信號(hào)，然后通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)線路電流、激勵(lì)電壓信號(hào)的取樣和換算，再執(zhí)行阻抗計(jì)算函數(shù)，計(jì)算當(dāng)前線路的直流阻抗值。當(dāng)直流阻抗RL≤L流阻kΩ時(shí)，檢測(cè)裝置紅色指示燈閃爍發(fā)光，蜂鳴器發(fā)聲，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，指示當(dāng)前線路中存在未拆除的臨時(shí)接地線或弱絕緣現(xiàn)象。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證檢測(cè)裝置的檢測(cè)效果，本檢測(cè)裝置在農(nóng)村配網(wǎng)線路施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試。分別進(jìn)行了未拆除地線、拆除地線、距離地線掛接點(diǎn)1、5 km(條件限制，未到更大距離處)遠(yuǎn)地測(cè)試等試驗(yàn)，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)原理如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量原理圖Fig.5 The principle diagram of the field measurement

圖5中左側(cè)為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器的接線示意圖，測(cè)試線通過(guò)絕緣檢測(cè)桿連接到被測(cè)農(nóng)村配網(wǎng)線路上，另一端通過(guò)檢測(cè)儀接大地。為防止檢測(cè)儀誤接到帶電線路上造成人身安全隱患，測(cè)試線通過(guò)絕緣桿掛接，并在測(cè)試線上加裝了高壓保護(hù)模塊，防止高電壓引入儀器。圖中右側(cè)為農(nóng)村配網(wǎng)線路中可能存在的接地引下線示意圖，當(dāng)不存在接地引下線或線路不存在絕緣缺陷以及出現(xiàn)掛接了接地引下線或存在絕緣故障時(shí)，檢測(cè)儀會(huì)發(fā)出不同的狀態(tài)提示，指示當(dāng)前線路的絕緣狀態(tài)并與兆歐表實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)如圖6所示。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該檢測(cè)裝置能夠清晰地判斷農(nóng)村配網(wǎng)線路的接地狀態(tài)，即使在5 km的遠(yuǎn)端也能夠準(zhǔn)確指示，其檢測(cè)結(jié)果與理論分析一致，檢測(cè)響應(yīng)時(shí)間最多只需要5 s，因而本檢測(cè)方法和依據(jù)本方法研制的檢測(cè)裝置可有效判斷線路中是否存在額外的臨時(shí)接地線，同時(shí)，本裝置體積小巧，檢測(cè)快速，操作簡(jiǎn)單，具有推廣價(jià)值。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文為線路檢修時(shí)臨時(shí)接地線狀態(tài)的判斷提出了新的測(cè)量方法，并理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了檢測(cè)方法的有效性。所提出的基于直流激勵(lì)源的檢測(cè)方法快速、簡(jiǎn)單、實(shí)用，與其他的技術(shù)手段相比，無(wú)需大規(guī)模整改，不會(huì)明顯增加工作量和復(fù)雜程度，適用于所有不同文化層次和技術(shù)水平的施工人員，并且還可以檢測(cè)農(nóng)村配網(wǎng)線路的絕緣情況，對(duì)弱絕緣或高阻接地現(xiàn)象也能很好地判斷，配合其他的接地線管理系統(tǒng)或方法來(lái)預(yù)防帶地線合閘送電，以消除人為因素造成惡性事故的隱患，為電力設(shè)備的安全運(yùn)行和人員安全提供可靠保障。

表2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)表Tab.2 Field measurement data tables

圖6 實(shí)際測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)Fig.6 The actual test site

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