王牧浪，彭紅剛，邱 烜，徐 研

(廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引 言

輸電線(xiàn)路桿塔的接地電阻是表征其接地系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。在輸電線(xiàn)路的運(yùn)行維護(hù)工作中，保證桿塔接地電阻在合理的區(qū)間內(nèi)，從而使輸電線(xiàn)路具有較高的耐雷水平，能有效減少雷害事故，并限制線(xiàn)路接地故障條件下桿塔附近的接觸電壓和跨步電壓，防止人畜觸電事故。因此，一般輸電線(xiàn)路桿塔接地狀態(tài)的運(yùn)行維護(hù)工作主要可以分為以下2個(gè)部分：一是桿塔接地電阻的測(cè)量，即根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(如DL/T 887—2018《桿塔工頻接地電阻測(cè)量》、DL/T 741—2019《架空送電線(xiàn)路運(yùn)行規(guī)程》等)開(kāi)展輸電線(xiàn)路桿塔接地電阻的測(cè)量工作，得到線(xiàn)路桿塔的接地電阻參數(shù)；另一個(gè)是桿塔接地電阻測(cè)量數(shù)據(jù)的管理分析，即基于桿塔接地參數(shù)測(cè)量結(jié)果，依照標(biāo)準(zhǔn)要求校核接地裝置的電阻是否滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)條件下的要求，進(jìn)而分析桿塔接地裝置運(yùn)行狀態(tài)，定制整條線(xiàn)路的接地運(yùn)維方案[8]。

近年來(lái)，雖然地區(qū)電網(wǎng)公司對(duì)輸電線(xiàn)路接地裝置越來(lái)越重視，投入了大量的人力、物力對(duì)存在隱患的桿塔接地裝置進(jìn)行排查、改造，但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中仍然存在許多問(wèn)題亟待研究解決。例如測(cè)量中工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，在對(duì)歷史測(cè)量數(shù)據(jù)存疑、難以取信時(shí)無(wú)法核查測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)條件。

下面提出了一種基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的信息化桿塔接地電阻測(cè)量?jī)x與南方電網(wǎng)公司桿塔接地裝置狀態(tài)數(shù)據(jù)云平臺(tái)的通訊連接方案。該方案能在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的最后一個(gè)環(huán)節(jié)中將得到的相關(guān)信息直接上傳至云端服務(wù)器，將測(cè)量得到的“離線(xiàn)結(jié)果”直接轉(zhuǎn)化為“線(xiàn)上數(shù)據(jù)”。

1 桿塔接地參數(shù)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)該數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)的主要目的是收集、統(tǒng)計(jì)、分析、展示輸電線(xiàn)路桿塔接地裝置的重要參量。該系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)包括以下3個(gè)層級(jí)：測(cè)量及數(shù)據(jù)采集層、服務(wù)器層以及遠(yuǎn)程用戶(hù)層，如圖1所示。

圖1 接地參數(shù)云平臺(tái)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

測(cè)量及數(shù)據(jù)采集層主要任務(wù)包括接地參數(shù)的測(cè)量、結(jié)果數(shù)據(jù)的上傳和對(duì)應(yīng)桿塔信息的匹配填報(bào)。服務(wù)器層的主要任務(wù)包括接受數(shù)據(jù)采集層的上報(bào)數(shù)據(jù)、連接遠(yuǎn)程用戶(hù)層的查詢(xún)指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、統(tǒng)計(jì)、分析。遠(yuǎn)程用戶(hù)層的主要任務(wù)是開(kāi)發(fā)相應(yīng)B/S系統(tǒng)供用戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢(xún)。

所設(shè)計(jì)的信息化桿塔接地電阻測(cè)量?jī)x是云平臺(tái)系統(tǒng)的測(cè)量及數(shù)據(jù)采集層的重要設(shè)備。信息化測(cè)量?jī)x，首先需要準(zhǔn)確測(cè)量得到桿塔的接地參數(shù)；隨后與系統(tǒng)服務(wù)器層建立網(wǎng)絡(luò)通信連接，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到的接地參數(shù)及匹配的桿塔信息進(jìn)行分別存儲(chǔ)管理；最后通過(guò)遠(yuǎn)程用戶(hù)層實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路桿塔接地參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、分析及桿塔接地裝置狀態(tài)評(píng)估和全線(xiàn)接地狀態(tài)展示等。

接地參數(shù)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)系統(tǒng)的用戶(hù)查詢(xún)界面主要設(shè)計(jì)了“歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)”“測(cè)量數(shù)據(jù)分析”和“全線(xiàn)數(shù)據(jù)展示”等4大功能模塊。所設(shè)計(jì)相關(guān)功能模塊的用戶(hù)界面如圖2所示。

圖2 接地參數(shù)云平臺(tái)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

2 信息化桿塔接地電阻測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)有設(shè)備一般只能在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得“離線(xiàn)數(shù)據(jù)”，由于測(cè)量人員在手動(dòng)記錄中往往對(duì)測(cè)量條件記錄得不全面、不統(tǒng)一，使得數(shù)據(jù)上傳的效率低且有一定的錯(cuò)誤率。因此對(duì)傳統(tǒng)的異頻法接地電阻測(cè)量設(shè)備基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行信息化改造，即在測(cè)量的最后一個(gè)環(huán)節(jié)將得到的相關(guān)信息直接上傳至云端服務(wù)器，把測(cè)量得到的“離線(xiàn)結(jié)果”直接轉(zhuǎn)化為了“線(xiàn)上數(shù)據(jù)”，提高了運(yùn)行維護(hù)工作效率并減少錯(cuò)誤率。

信息化桿塔接地電阻測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。測(cè)量時(shí)，中央處理器模塊發(fā)送一個(gè)信號(hào)指令給異頻激勵(lì)源模塊，異頻激勵(lì)源模塊分別產(chǎn)生一個(gè)47 Hz和53 Hz的異頻電流源，并輸入布置的測(cè)量回路中，如圖3中過(guò)程1、過(guò)程2。

圖3 信息化桿塔接地電阻測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

同時(shí)，通過(guò)信號(hào)采集模塊對(duì)桿塔接地裝置的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量采集，并將測(cè)得的電壓、電流信號(hào)傳輸至中央處理器模塊(過(guò)程3、過(guò)程4)。另外，GPS定位模塊將設(shè)備的地理位置信息傳送至中央處理器模塊(過(guò)程5)。中央處理器模塊通過(guò)計(jì)算處理得到一系列測(cè)量的最終數(shù)據(jù)，并傳送至LCD顯示模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互(過(guò)程6)。隨后，通訊模塊將本次測(cè)量的最終數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)端監(jiān)控中心的服務(wù)器中(過(guò)程7)。最后，當(dāng)中心服務(wù)器收到測(cè)量的最終數(shù)據(jù)后，發(fā)送“測(cè)量成功”的指令返回至通訊模塊并通過(guò)顯示模塊告知操作人員(過(guò)程8)。另外，操作人員也可通過(guò)顯示操作系統(tǒng)，對(duì)存儲(chǔ)模塊中的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)讀取(過(guò)程9)。

測(cè)量操作人員在桿塔接地電阻測(cè)量回路的布置中可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件及測(cè)量精度要求，自行選擇采用三極法或回路法進(jìn)行回路布置，并將對(duì)應(yīng)方法通過(guò)設(shè)備通訊模塊上傳至服務(wù)器。

所開(kāi)發(fā)設(shè)備的外觀及內(nèi)部集成電路板如圖4所示。

圖4 信息化桿塔接地電阻測(cè)量?jī)x

2.2 測(cè)量?jī)x與云平臺(tái)的通信方案設(shè)計(jì)

信息化桿塔接地電阻測(cè)量?jī)x與云平臺(tái)服務(wù)器層的通信方案根據(jù)搭建網(wǎng)絡(luò)的不同屬性(內(nèi)網(wǎng)或外網(wǎng))可以分為以下2種。

2.2.1 云平臺(tái)部署在外網(wǎng)

當(dāng)創(chuàng)建的桿塔接地裝置狀態(tài)數(shù)據(jù)云平臺(tái)部署在外網(wǎng)時(shí)，信息化測(cè)量?jī)x可基于自身的通信模塊通過(guò)外網(wǎng)直接實(shí)現(xiàn)與“云平臺(tái)”的通訊。測(cè)量數(shù)據(jù)上傳方式如圖5所示。在該條件下，測(cè)量過(guò)程中設(shè)備與“云平臺(tái)”兩者間的雙向數(shù)據(jù)交換通信全部在外網(wǎng)完成，如圖5中的過(guò)程①和過(guò)程②?！霸破脚_(tái)”獲取測(cè)量數(shù)據(jù)之后，與“4A系統(tǒng)”(南方電網(wǎng)公司生產(chǎn)管理平臺(tái))基于特定的內(nèi)網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)接口通信，如圖5中的過(guò)程③。

圖5 “云平臺(tái)”部署在外網(wǎng)時(shí)的數(shù)據(jù)上傳方式

“云平臺(tái)”部署于外網(wǎng)時(shí)，具有如下3個(gè)特點(diǎn)：1)測(cè)量設(shè)備能與“云平臺(tái)”在測(cè)量的過(guò)程中就可以進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)交換，且數(shù)據(jù)通信過(guò)程中的時(shí)效性強(qiáng)，能避免因數(shù)據(jù)傳送延時(shí)導(dǎo)致的各種問(wèn)題；2)整個(gè)系統(tǒng)在每次測(cè)量過(guò)程中涉及到的通信環(huán)節(jié)最少，且完全不涉及內(nèi)網(wǎng)現(xiàn)有的復(fù)雜通信協(xié)議，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的主程序最為簡(jiǎn)單；3)“云平臺(tái)”及其數(shù)據(jù)庫(kù)部署在外網(wǎng)，存在數(shù)據(jù)外泄等網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，需要相關(guān)行政許可和安全認(rèn)證。

2.2.2 云平臺(tái)部署在內(nèi)網(wǎng)

當(dāng)創(chuàng)建的桿塔接地裝置狀態(tài)數(shù)據(jù)云平臺(tái)部署在內(nèi)網(wǎng)時(shí)，信息化測(cè)量?jī)x則需借助內(nèi)網(wǎng)手機(jī)終端間接實(shí)現(xiàn)與“云平臺(tái)”的通信。此時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)上傳方式如圖6所示。

圖6 “云平臺(tái)”部署在內(nèi)網(wǎng)時(shí)的數(shù)據(jù)上傳方式

此時(shí)的工作流首先由“4A系統(tǒng)”發(fā)起，“4A系統(tǒng)”在內(nèi)網(wǎng)中下發(fā)某次(批)的接地測(cè)量任務(wù)，并將待測(cè)桿塔的相關(guān)數(shù)據(jù)信息發(fā)送至項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的內(nèi)網(wǎng)手機(jī)相關(guān)APP中，如圖6中的過(guò)程①。在完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量后，信息化測(cè)量?jī)x將測(cè)量結(jié)果信息轉(zhuǎn)化成二維碼數(shù)據(jù)型式，測(cè)量人員通過(guò)內(nèi)網(wǎng)手機(jī)掃碼，將測(cè)量結(jié)果與被測(cè)桿塔的相關(guān)信息綁定，并回傳至“4A系統(tǒng)”，如圖6中的過(guò)程②和過(guò)程③?！?A系統(tǒng)”再將測(cè)量信息同步傳送至廣州局電網(wǎng)自動(dòng)化平臺(tái)，如圖6中的過(guò)程④。最后，布置在內(nèi)網(wǎng)的“桿塔接地?cái)?shù)據(jù)云平臺(tái)”與“自動(dòng)化平臺(tái)”基于內(nèi)網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)接口通信，如圖6中的過(guò)程⑤。

“云平臺(tái)”部署于內(nèi)網(wǎng)時(shí)，具有如下3個(gè)特點(diǎn)：1)結(jié)合“4A系統(tǒng)”的任務(wù)單，通過(guò)內(nèi)網(wǎng)手機(jī)掃碼上傳、對(duì)接測(cè)量數(shù)據(jù)。增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)上傳的穩(wěn)定性和確定性，且數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)都在內(nèi)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)小；2)每次測(cè)量前需要在“4A系統(tǒng)”填報(bào)運(yùn)維測(cè)量計(jì)劃，并開(kāi)發(fā)相關(guān)內(nèi)網(wǎng)手機(jī)APP接收下發(fā)的測(cè)量任務(wù)單；3)“云平臺(tái)”直接部署于廣州局電網(wǎng)自動(dòng)化平臺(tái)中，有利于數(shù)據(jù)在內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)中的同步交換和展示。

3 信息化接地電阻測(cè)量?jī)x的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)應(yīng)用

為了驗(yàn)證所研發(fā)的信息化測(cè)量設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量情況，對(duì)部分在運(yùn)行超高壓輸電線(xiàn)路桿塔的接地電阻進(jìn)行了實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。每次測(cè)量，項(xiàng)目組首先采用了所研制的信息化測(cè)量設(shè)備基于回路法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量；隨后再采用ZC-8系列接地電阻測(cè)量?jī)x(以下簡(jiǎn)稱(chēng)搖表)基于三極法進(jìn)行了測(cè)量。

3.1 實(shí)測(cè)桿塔現(xiàn)場(chǎng)條件

1)220 kV甲線(xiàn)一回31號(hào)桿塔

220 kV甲線(xiàn)一回31號(hào)桿塔為同塔雙回耐張塔。桿塔所在線(xiàn)路走廊建設(shè)有3條220 kV同塔雙回輸電線(xiàn)路，周?chē)臻g電磁環(huán)境復(fù)雜。線(xiàn)路走廊兩側(cè)為城市道路，三極法放線(xiàn)中只能按平行于線(xiàn)路走廊的方向布置，如圖7所示。

2)220 kV乙線(xiàn)二回9號(hào)桿塔

220 kV乙線(xiàn)二回9號(hào)桿塔為單回耐張轉(zhuǎn)角塔。桿塔所在線(xiàn)路走廊建設(shè)有3條220 kV同塔雙回輸電線(xiàn)路，周?chē)臻g電磁環(huán)境復(fù)雜。同時(shí)，該基桿塔在集中輸電走廊的端口位置，有6回輸電線(xiàn)路從各個(gè)方向匯流至此，經(jīng)耐張轉(zhuǎn)向并入同塔雙回輸電走廊。因此，三極法測(cè)量時(shí)無(wú)法嚴(yán)格地按垂直于輸電線(xiàn)路的方向布置放線(xiàn)，如圖8所示。

圖7 220 kV甲線(xiàn)一回31號(hào)桿塔現(xiàn)場(chǎng)情況

圖8 220 kV乙線(xiàn)二回9號(hào)桿塔現(xiàn)場(chǎng)情況

3)110 kV丙線(xiàn)31號(hào)桿塔

110 kV丙線(xiàn)31號(hào)桿塔是干字型單回直線(xiàn)鋼管塔。桿塔一側(cè)為公路，另一側(cè)為一片平整工地。該條件有利于三極法的放線(xiàn)要求，如圖9所示。

圖9 110 kV丙線(xiàn)31號(hào)桿塔現(xiàn)場(chǎng)情況

3.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

針對(duì)上述3組桿塔，分別采用信息化測(cè)量設(shè)備基于回路法進(jìn)行測(cè)量和采用ZC-8搖表基于三極法進(jìn)行測(cè)量。桿塔接地電阻的測(cè)量結(jié)果及測(cè)量用時(shí)如表1所示。

表1 不同方法對(duì)應(yīng)測(cè)量結(jié)果的對(duì)比

通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)分析可以看到：

1)在電磁環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)，若采用搖表法測(cè)量桿塔的接地電阻，由于受到地中工頻雜散電流的影響，搖表的讀數(shù)指針會(huì)出現(xiàn)兩邊擺動(dòng)不定現(xiàn)象，從而使得測(cè)量結(jié)果精度較差；此時(shí)，若采用所研發(fā)的設(shè)備，則能有效避免地中工頻雜散電流的影響，準(zhǔn)確、穩(wěn)定地測(cè)得桿塔接地電阻[6]。

2)根據(jù)DL/T 475—2017《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》的測(cè)量要求，若采用ZC-8搖表按三極法布線(xiàn)測(cè)量，則5人小組每基塔的平均測(cè)量時(shí)間為63 min；但若采用所研發(fā)的設(shè)備按回路法布線(xiàn)測(cè)量，則5人小組每基塔的平均測(cè)量時(shí)間僅為9 min。不僅能節(jié)省測(cè)量時(shí)間86%，還能大幅降低測(cè)量人員的工作強(qiáng)度。

4 結(jié) 語(yǔ)

1)開(kāi)發(fā)了一套桿塔接地參數(shù)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)B/S系統(tǒng)。該云平臺(tái)系統(tǒng)一方面接受數(shù)據(jù)采集層的測(cè)量結(jié)果上報(bào)；另一方面，根據(jù)遠(yuǎn)程用戶(hù)層的查詢(xún)指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、統(tǒng)計(jì)、分析。系統(tǒng)的應(yīng)用能有效提高接地運(yùn)維的工作效率和準(zhǔn)確率，并實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)維工作的全業(yè)務(wù)流程記錄，有利于對(duì)運(yùn)維的監(jiān)督管理。

2)結(jié)合桿塔接地參數(shù)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)中“測(cè)量及數(shù)據(jù)采集層”的需求，開(kāi)發(fā)了一種基于異頻法的信息化桿塔接地電阻測(cè)量?jī)x。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)就將測(cè)得的相關(guān)信息直接上傳至云端服務(wù)器，將測(cè)量得到的“離線(xiàn)結(jié)果”轉(zhuǎn)化為“線(xiàn)上數(shù)據(jù)”，有效提高了接地測(cè)量的工作效率和準(zhǔn)確率。

3)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量應(yīng)用，表明所研制的信息化測(cè)量設(shè)備具有工程適用性強(qiáng)、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。該設(shè)備的應(yīng)用能有效推進(jìn)了電網(wǎng)接地運(yùn)行維護(hù)的信息化和數(shù)據(jù)化，為科學(xué)實(shí)施運(yùn)維改造提供數(shù)據(jù)支撐。具有廣闊的工程應(yīng)用前景。