基于直流激励源的农村配网线路临时接地线检测技术研究

张 秀 丽

(华南农业大学工程基础教学与训练中心，广州 510640)

0 引 言

临时接地线的挂接和拆除对农村配网线路停电改造和检修工作至关重要，在改造或检修工作完成以后和恢复送电之前，必须把包括原来人为设置的地线在内的所有安全措施拆除才能恢复系统供电[1]，否则就会发生带地线合闸的重大事故。虽然各电力部门采取了严格的管理措施，并配置了相关检测仪器，但近年来，配电线路带地线合闸送电的恶性事故依然频繁发生，约占到各种恶性误操作事故的25%左右[2]。由于农村配网线路数量非常多、覆盖面广，并且检修位置不固定，容易发生临时接地线漏拆现象，对于人员素质较低、技术水平落后的地区和边远山区，发生事故的风险更高，管理手段已经不足以解决该问题，必须采用技术手段来防范此类事故的发生。

本文首先从农村配网线路的接地状态理论计算入手，研究检测农村配网线路是否存在接地隐患的方法，然后关注于检测装置使用的快速、可靠，不明显增加操作人员的工作量和复杂程度，真正能够起到防止带地线合闸的预警作用。

1 基于直流激励源的检测方法

上述的检测方法各有优缺点，但均不适合在农村配网线路上进行快速准确检测，为此，本文提出了基于直流激励源的检测方法，以满足农村配网线路临时接地线检测的需要。

1.1 原理介绍

线路对地绝缘电阻的检测有多种方式，例如电压法、电流法、电桥法等，但总体来说都需要一个激励源对测量对象施加电压或电流信号，文献[8]所述的交流激励源受线路分布参数和线路长度的影响，不适合对地绝缘电阻的测量。本方法采用直流激励源，比较适合农村配网线路阻抗特性的测量。

对于直流信号，农村配网线路R的值只与线路的直径和长度相关。其等值电路图和测量原理如图1所示。

图1 线路等值电路及测量原理图Fig.1 The principle diagram of the circuit equivalent circuit and measurement

图1中L为沿线路长度均匀分布的电感，R为线路的电阻。在线路和大地之间施加直流激励信号时，电感的感抗XL为：

XL=ωL=2πfL

(1)

式中：f为频率。

由于直流信号的频率f为0，因此，XL=0，线路无感抗，农村配网线路仅仅表现为纯阻性，线路电阻计算公式为:

(2)

式中:ρ为材料的电阻率；L为导体的长度S为导体的横截面积。

对于农村配网线路常用的LGJ-240/30钢芯铝绞线，直流电阻计算结果如表1所示。

文中提出了针对多能互补综合能源系统的四维实时调度策略，攻克了能源互联网运行调控关键技术，解决了含分布式能源及微网的多能源系统智能协同生产及优化调控难题。

表1 LGJ-240/30钢芯铝绞线直流电阻计算表Tab.1 LGJ-240/30 Steel core aluminum stranded wire DC resistance calculation table

显然，即使线路长度达到100 km，其电阻也只有11.81 Ω，由于线路对地绝缘电阻一般都在几百千欧以上，因此在测量回路中线路可以视为短路。

为了测量对地绝缘电阻，在线路和大地之间施加一定的直流激励电压V，根据欧姆定律：

(3)

式中：RL为对地绝缘电阻；R为-线路电阻(可以忽略不计)；V为直流激励电压；I为电路中流过的直流电流。

当直流激励电压V一定时，测量线路的直流电流，滤除交流干扰信号后，可以计算得到线路与大地之间的绝缘电阻值RL，可以进一步推导出线路的接地状态。

因此，采用直流激励源的对地电阻测量方法不受线路分布参数的影响，通过合理的电路设计，滤除交流干扰后，可以准确测量农村配网线路的对地绝缘电阻。

从上述分析可知，采用交流激励源受线路分布参数影响非常大，且容易受环境干扰，其测量数据可靠性不高。而采用直流激励源则几乎不受环境干扰和分布参数的影响，计算公式简单，电路易于实现，可以满足农村配网线路临时接地线漏拆的检测要求。

1.2 硬件设计

根据理论分析结果，设计检测装置硬件框图如图2所示。

图2 硬件设计框图Fig.2 The hardware design block diagram

直流信号源由检测装置内置的电源模块提供，通过DSP芯片控制开关管驱动，提供10 VA的直流电压。电阻检测模块包括运算放大器和二阶交流滤波器，电压信号通过电阻分压取样，采用逐级放大的方式，有效抑制干扰信号和噪声的影响。数据取样模块与DSP芯片A/D转换模块连接，进行数据采集。数据处理模块主要包括树状数字滤波、阻抗分析计算及智能判断几部分，主要由DSP数据处理芯片完成，最后将测量结果通过蜂鸣器和指示灯2种方式指示农村配网线路接地状态。实际检测装置外形如图3所示。

图3 实际检测装置外形图Fig.3 The actual detection device appearance figure

1.3 软件设计

为了实现对农村配网线路临时接地线的检测、判断和报警功能，设计检测装置的软件流程如图4所示。

图4 软件流程图Fig.4 Software flow chart

从软件流程图4中可以看出，检测装置软件启动后，首先控制直流激励源模块处于输出状态，输出直流电压信号，然后通过AD转换模块实现线路电流、激励电压信号的取样和换算，再执行阻抗计算函数，计算当前线路的直流阻抗值。当直流阻抗RL≤L流阻kΩ时，检测装置红色指示灯闪烁发光，蜂鸣器发声，实现声光报警，指示当前线路中存在未拆除的临时接地线或弱绝缘现象。

2 现场试验

为了验证检测装置的检测效果，本检测装置在农村配网线路施工现场进行了实地测试。分别进行了未拆除地线、拆除地线、距离地线挂接点1、5 km(条件限制，未到更大距离处)远地测试等试验，测试现场原理如图5所示。

图5 现场测量原理图Fig.5 The principle diagram of the field measurement

图5中左侧为现场检测仪器的接线示意图，测试线通过绝缘检测杆连接到被测农村配网线路上，另一端通过检测仪接大地。为防止检测仪误接到带电线路上造成人身安全隐患，测试线通过绝缘杆挂接，并在测试线上加装了高压保护模块，防止高电压引入仪器。图中右侧为农村配网线路中可能存在的接地引下线示意图，当不存在接地引下线或线路不存在绝缘缺陷以及出现挂接了接地引下线或存在绝缘故障时，检测仪会发出不同的状态提示，指示当前线路的绝缘状态并与兆欧表实测值进行对比，检测结果见表2，实际现场检测如图6所示。

现场试验表明，该检测装置能够清晰地判断农村配网线路的接地状态，即使在5 km的远端也能够准确指示，其检测结果与理论分析一致，检测响应时间最多只需要5 s，因而本检测方法和依据本方法研制的检测装置可有效判断线路中是否存在额外的临时接地线，同时，本装置体积小巧，检测快速，操作简单，具有推广价值。

3 结 语

本文为线路检修时临时接地线状态的判断提出了新的测量方法，并理论分析和现场试验验证了检测方法的有效性。所提出的基于直流激励源的检测方法快速、简单、实用，与其他的技术手段相比，无需大规模整改，不会明显增加工作量和复杂程度，适用于所有不同文化层次和技术水平的施工人员，并且还可以检测农村配网线路的绝缘情况，对弱绝缘或高阻接地现象也能很好地判断，配合其他的接地线管理系统或方法来预防带地线合闸送电，以消除人为因素造成恶性事故的隐患，为电力设备的安全运行和人员安全提供可靠保障。

表2 现场测量数据表Tab.2 Field measurement data tables

图6 实际测试现场Fig.6 The actual test site

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[1] 刘家军，缪 俊，姚李孝．电力检修作业挂接地线可视化监测装置[J]．电力自动化设备，2010，38(7)：134-136．

[2] 李 哲，钟定珠，李 广．电气误操作事故100例及原因分析[M]．北京：中国电力出版社，2009．

[3] 国家电网安监[2006]904号．国家电网公司防止电气误操作安全管理规定[S]，2006．

[4] 张占龙，李德文，郭祥书．线路检修及接地线状态监视预警系统[J]．电力系统自动化，2009，33(16)：112-115．

[5] 刘家军，缪 俊．新型电力检修作业地线装置的研究[J]．电力系统保护与控制，2009，37(23)：119-121．

[6] 徐建源，窦文君，王爱弘．接地线状态在线监测系统设计[J]．电力自动化设备，2008，28(7)：111-113．

[7] 顾拥军，皮卫华，杨乘胜．变电站防误闭锁应用分析[J]．继电器，2005,(2)：66-70．

[8] 吴 靓，侯碧玮，张英杰，等．基于环路阻抗角的配电网接地线状态的检测方法[J].中国农村水利水电，2014,(7)：21-23．