廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局 姜志彬 孫俊勁 黃漢賢 謝觀成

接地引下線作為電力設(shè)備和地網(wǎng)間的重要連接部分，其作用為將電氣設(shè)備所需接地部分導(dǎo)通到接地網(wǎng)中。可靠、有效的將電力設(shè)備接地引下線與接地網(wǎng)進行連接，是保障電力設(shè)備安全運行的重要保障[1]。雖然對接地引下線的連結(jié)處進行過防腐處理，但土壤環(huán)境的特點為潮濕、腐蝕性，因此連結(jié)點在這樣的環(huán)境中必然會出現(xiàn)銹蝕的情況，造成該引下線與地網(wǎng)接觸點的導(dǎo)通電阻升高，不能滿足電力規(guī)程的要求，在該情況下就會使運行中的設(shè)備存在不安全隱患。當(dāng)導(dǎo)通電阻很高時就使設(shè)備失去接地的意義和作用，會造成設(shè)備燒毀，嚴重時可能造成電力人員傷亡[2]。

1 現(xiàn)有接地電阻測試儀的弊端

目前國內(nèi)地網(wǎng)導(dǎo)通測試所使用的儀器為單通道測試儀，測試通道僅為一個，只能進行單點測試，使用效率低、測試速度慢、時間長。測量時由于與主機距離較遠，人員溝通操作時需配合，一般要2到3人使用對講機通話來完成測試的全過程。若要減少測量人員的數(shù)量，測試過程中需測量人員在接地引下線一端接好線路后回到測試儀來查看數(shù)據(jù)的顯示情況，由于接地引下線接點的位置相對較遠、測試的工作量和勞動強度大，效率低。同時由于地下引線導(dǎo)通電阻兩個測試點之前的距離較遠，一般在直徑50～100米之間的測試范圍。當(dāng)前的導(dǎo)通測試儀連接線纜是通過普通收線盤延長使用，采用手工收放線方式就會導(dǎo)致打結(jié)、糾纏等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

另外當(dāng)前測試結(jié)果是通過手工記錄，但由于測試接點較多，一般不對測試點位置進行記錄，無法對導(dǎo)通電阻的測試數(shù)據(jù)進行追溯、對比分析，生成兩接地點導(dǎo)通電阻變化曲線，無法從導(dǎo)通電阻的變化來分析預(yù)判接地裝置電氣性能的變化。因此需要研究新的測試方法，對單通道測試原理進行升級改進。優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，增加應(yīng)用功能以提高人機工效，同時進一步擴展試驗數(shù)據(jù)測試的對比性。從而改善測試儀的工作效率，增強人機交互能力，提高試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

2 雙通道接地下引線導(dǎo)通電阻測試系統(tǒng)設(shè)計

2.1 雙道通測試原理

雙通道接地下引線導(dǎo)通電阻的測試使用四線制電壓電流測試法、其通過兩個開關(guān)電源恒流源模塊，采用共地連接法，10A 恒流電源分別連接兩測試點與參考點之間形成閉合回路，通過兩霍爾電流傳感器進行電流采樣；并分別對兩測試點進行電壓采樣，通過電壓與電流的比值計算出對應(yīng)測試回路兩點之間的導(dǎo)通電阻（圖1）。

圖1 雙通道測試儀原理圖

測試儀主機在接地點良好的參考點，夾上公共端試驗夾，相對測試儀主機為近端點，一般在2米范圍內(nèi)。試驗人員分別牽引遠端試驗夾，通過遠程掌上機遙控啟動電機實現(xiàn)電動放線，當(dāng)達到遠端試驗點后遙控停止電機，夾上遠端試驗點。通過遠程掌上機對測試點上的二維碼進行掃碼，識別該試驗點編號信號，并通過無線模塊傳送至測試儀主機，通過遠程掌上機操作測試儀主機啟動電流源進行導(dǎo)通電阻測試，掌上機與測試儀主機同步顯示測試結(jié)果。兩個掌上機可同時操作，測試儀主機按隊列分時測試并分屏顯示兩個測試通道試驗結(jié)果，并將試驗結(jié)果進行存儲，完成一個測試點的試驗。如此反復(fù)完成其他點（圖2）。

圖2 測試儀接地引下線連結(jié)點測試示意圖

雙通道遠程智能控制接地下引線導(dǎo)通電阻測試儀，其由測試儀主機、遠程掌上機組成。測試儀主機集成有電動收放線纜盤、自動排線裝置、丁睛測試線、試驗電源、7寸全觸液晶顯示、微型打印機、測量采樣模塊、2.4G 無線通訊模塊等。遠程掌上機包括二維碼識別模塊、5寸全觸顯示模塊、電池管理模塊等。集成2個可同時測試的試驗通道、全自動線纜收放、線纜存儲、具有遠程測控、遠程顯示、一鍵掃碼識別測試位置，自動錄入測試結(jié)果、全方向測試數(shù)據(jù)追溯、對比分析，生成導(dǎo)通電阻變化曲線等優(yōu)點。

2.2 測試儀主機設(shè)計

測試儀主機采用輕質(zhì)鋁合金6061材料作為機箱主機降低重量，底部設(shè)有2個定向輪及2個萬向輪，配合背面的伸縮拉桿、便于移動，兩側(cè)設(shè)有搬運抬起的把手。前蓋板及右側(cè)蓋板為可拆裝部件，用于安裝內(nèi)部部件，通過螺栓與主機殼連接，上方設(shè)置一個30度斜面體及水平面體，斜面用于安裝7寸全觸顯示模塊、用于顯示試驗數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)曲線分析顯示等。頂部平臺用于安裝打印機、電源插座、試驗端子及2.4G 射頻天線（圖3）。

圖3 測試儀主機圖

側(cè)蓋板打開后，如圖4所示，內(nèi)部安裝有直流電機、線盤動輪、排線器動輪、線盤皮帶、排線皮帶、電源模塊及電池、控制電路板等均安裝在內(nèi)，其中直流電機通過4個螺桿與主機殼連接，電動軸連接有電機動輪、設(shè)有2個雙槽輪，槽上倒梯形結(jié)構(gòu)，用于安裝三角傳動皮帶，由電機軸帶動轉(zhuǎn)動，雙槽輪一條槽通過皮帶帶動線盤動輪轉(zhuǎn)動，另一槽通過皮帶帶動排線器動輪轉(zhuǎn)動，而線盤動輪與線盤轉(zhuǎn)軸通過插銷鍵連接，線盤轉(zhuǎn)軸通過兩軸承與機箱連接，排線器動輪與雙向螺桿固定連接，雙向螺桿通過兩軸承與機箱連接。動輪上設(shè)有倒梯型皮帶槽。因此、直流電機轉(zhuǎn)動時，通過轉(zhuǎn)軸帶動雙槽輪轉(zhuǎn)動，而雙槽輪轉(zhuǎn)動通過皮帶分別帶動線盤動輪及排線器動輪，三個轉(zhuǎn)動輪通過輪的直徑比來實現(xiàn)減速及增大線盤的力矩。

圖4 測試儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

從主機背面視圖可看到線纜出口、排線滑塊、雙向螺桿等結(jié)構(gòu)，線纜出口嵌入有軟件膠墊、避免機箱割傷線纜，雙向螺桿為加工有正反向半螺紋絲結(jié)構(gòu)，排線滑塊為塑料結(jié)構(gòu)，中間為同樣為正反向半螺紋結(jié)構(gòu)，與雙向螺桿螺紋連接，當(dāng)雙向螺桿轉(zhuǎn)動時，排線滑塊在螺桿的帶動下從一端移動至另一端，當(dāng)運動到未端時，因排線滑塊被擋無法運動，排線滑塊螺紋在壓力的作用下出現(xiàn)塑性變形，滑入反螺紋，使滑塊沿反方向運動。實向轉(zhuǎn)軸單向轉(zhuǎn)運，帶動軸上滑塊做往返直線運動，而線纜則穿過排線滑塊上的圓孔，在滑塊做往復(fù)動運過程動帶動線纜，實現(xiàn)自動排線功能。

當(dāng)拆出前蓋板后，可看到線盤結(jié)構(gòu)、排線桿軸承等結(jié)構(gòu)：線盤左右兩側(cè)為圓盤結(jié)構(gòu)，中間為空心軸，軸外焊有空心桿圍成圓柱體，形成線盤轉(zhuǎn)筒。而線盤轉(zhuǎn)輪帶動的轉(zhuǎn)軸則插入線盤軸，通過中間螺桿連接，從而實現(xiàn)線盤動輪轉(zhuǎn)動時，帶動線盤轉(zhuǎn)動。

2.3 遠程掌上機設(shè)計

遠程控制主機采用的是5寸全觸顯示屏，中部設(shè)有掃碼按鍵、電源開關(guān)、充電接口，背面為掃碼攝像頭、電池倉等結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)一鍵掃碼、自動獲取測試點位置。測試點位置二維碼為不銹鋼制作而成的掛牌，預(yù)先固定好在每一個試驗接地點。遠程掌上機相當(dāng)于主機的遠程桌面，其顯示界面內(nèi)容與主機一致，通過2.4G 無線通訊模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。實現(xiàn)遠程操作測試啟動、遙控電機實現(xiàn)自動收放測試線、實現(xiàn)測試點接地導(dǎo)通電值顯示，主機打印機打印等功能（圖5）。

圖5 遠程掌上機設(shè)計圖

2.4 電氣硬件原理：

按功能模塊劃分主機包含有嵌入式微機系統(tǒng)、直流電機控制模塊、人機交互模塊、熱敏打印機模塊、試驗電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊及無線通訊模塊。具體的連接方式是將熱敏打印機、人機交互模塊通過TTL 串口與嵌入式微機系統(tǒng)連接、試驗電源模塊通過微機系統(tǒng)IO 口控制繼電器來實現(xiàn)啟動停止。數(shù)據(jù)采集模塊采用12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬的電壓、電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)串口與微機系統(tǒng)進行連接、無線通訊模塊通過SPI 接口與微機系統(tǒng)連接（圖6）。

圖6 電氣硬件原理圖

遠程掌上機作為測試儀主機的遠程桌面，其顯示內(nèi)容實現(xiàn)與主機同步。兩者通過2.4G 無線通訊模塊進行數(shù)據(jù)交互。實現(xiàn)了占用體積小，傳輸距離遠，抗干擾能力強的特點，為遠距離測試提供條件，保障了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠，提高了試驗的準(zhǔn)確性。

2.5 測試結(jié)果

為進一步驗證該測試儀器的準(zhǔn)確性與有效性，取四個接地引下線測試點，使用雙通道測試儀對測試地點進行數(shù)據(jù)測量，并與傳統(tǒng)單通道測試儀的測試數(shù)據(jù)進行比較，可判斷出其準(zhǔn)確性與有效性。通過與傳統(tǒng)單通道采集的數(shù)據(jù)對比，其平均誤差為0.25%，說明與雙通道測試的數(shù)據(jù)滿足日常試驗要求，另外01、02通道其誤差為0說明兩個通道測試的數(shù)據(jù)一致性高，都滿足測量需求。

表1 測試結(jié)果對比數(shù)據(jù)表

3 結(jié)語

本文針對傳統(tǒng)單通道接地引下線導(dǎo)通電阻測試儀存在的問題，提出了采用四線制電壓電流測試方法對接地引下線導(dǎo)通電阻進行測量，并對測試儀各個關(guān)鍵技術(shù)進行分析和設(shè)計，完成了雙通道接地引下線導(dǎo)通電阻測試儀的研究與設(shè)計。

實現(xiàn)雙道同時測試，具有兩組測試通道，可同時對多個接地點進行測試；集測試、放置、電動收放線纜于一體的測試儀主機，便于移動、攜帶、提高測試效率；具有與主機進行無線通訊、遠程操作的智能掌上終端，實現(xiàn)遠程操作主機進行測試、數(shù)據(jù)查看，實現(xiàn)單人完成測試過程，大大提高測試效率。

具有自適應(yīng)全自動收線裝置，內(nèi)置電機、傳動機構(gòu)等，可根據(jù)掌上終端指令自動回收線纜、同時根據(jù)電機電流變化自動判斷線纜是否打結(jié)、卡位等并發(fā)生警報信號，當(dāng)故障解除后再次自動回收線纜，具有良好的人機功效；智能數(shù)據(jù)分析處理，測試時可通過掌上終端掃描接地點上放置的二維碼，實現(xiàn)測試點位置及測試數(shù)據(jù)進行同時記錄、生成測試點導(dǎo)通電阻變化曲線，實現(xiàn)對測試點導(dǎo)通電阻的變化進行分析、對比，提前預(yù)判接地裝置電氣性能完好情況。