引言

　　由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的能源通過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸電、變電和配電將電能供應(yīng)到各用戶。為實現(xiàn)這一功能，電力系統(tǒng)在各個環(huán)節(jié)和不同層次還具有相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，對電能的生產(chǎn)過程進行測量、調(diào)節(jié)、控制、保護、通信和調(diào)度，以保證用戶獲得安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)的電能。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，使高效、無污染、使用方便、易于調(diào)控的電能得到廣泛應(yīng)用，推動了社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域的變化，開創(chuàng)了電力時代，發(fā)生了第二次技術(shù)革命。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準(zhǔn)已成為一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的標(biāo)志之一。

　　監(jiān)控系統(tǒng)主要完成直流系統(tǒng)對地電阻的檢測。檢測內(nèi)容包括：1、正負母線對地電阻;2、支路對地電阻;3、判斷哪條母線接地。本文主要討論兩種接地檢測及接地電阻計算的方法。

　　電力系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)有電源、電力網(wǎng)絡(luò)和負荷中心。電源指各類發(fā)電廠、站，它將能源轉(zhuǎn)換成電能；電力網(wǎng)絡(luò)由電源的升壓變電所、輸電線路、負荷中心變電所、配電線路等構(gòu)成。它的功能是將電源發(fā)出的電能升壓到一定等級后輸送到負荷中心變電所，再降壓至一定等級后，經(jīng)配電線路與用戶相聯(lián)。電力系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)點千百個交織密布，有功潮流、無功潮流、高次諧波、負序電流等以光速在全系統(tǒng)范圍傳播。

    它既能輸送大量電能，創(chuàng)造巨大財富，也能在瞬間造成重大的災(zāi)難性事故。為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟地運行，必須在不同層次上依不同要求配置各類自動控制裝置與通信系統(tǒng)，組成信息與控制子系統(tǒng)。它成為實現(xiàn)電力系統(tǒng)信息傳遞的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使電力系統(tǒng)具有可觀測性與可控性，從而保證電能生產(chǎn)與消費過程的正常進行以及事故狀態(tài)下的緊急處理。

　　方案

　　測量接地電阻大致可以分為兩種方法：交流法測電阻和直流法測電阻。使用交流法測量電阻，就是在系統(tǒng)上，疊加一個交流信號，利用交流電流傳感器去檢測漏電流，從而計算出接地電阻。由于這種方法受到分布電容的影響，要想使測量的結(jié)果滿足一定的要求，我們必須嚴(yán)格控制交流信號的幅值和頻率，這就使得交流信號源電路變得較為復(fù)雜，也增加了交流信號源設(shè)計的難度，同時檢測交流信號也相對復(fù)雜而且檢測也不同程度的受到分布電容的影響。另一方面，在系統(tǒng)上疊加一個交流信號，也就相當(dāng)于人為的向系統(tǒng)增加干擾源，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也在一定程度上制造了系統(tǒng)隱患。由于這些原因，人們又提出了直流法測電阻，但是現(xiàn)有的、使用直流法測電阻的系統(tǒng)，也只能在以下兩種情況下測量出接地電阻，并發(fā)出報警信息：1、單根母線接地;2、所有接地支路都正接地或者負接地。在正負母線同時接地或支路既正接地同時也負接地的時候，系統(tǒng)一般很難準(zhǔn)確的檢測出接地情況，并準(zhǔn)確計算出接地電阻值，在這種情況下，筆者提出兩種解決方案。

　　方案1

　　如圖1框圖所示，電阻R1和R2串聯(lián)在正負母線間，并在兩電阻間接地，使得系統(tǒng)在正常工作的情況下，能夠保證正負母線有一個穩(wěn)定的電壓u+和u-;Rx+和Rx-為虛擬接地電阻;圖右半部分為用戶負載，M點為漏電流傳感器輸出點。

　　在系統(tǒng)中，我們實時監(jiān)控正母線電壓U+、負母線電壓U-和漏電流傳感器M點的電壓值，根據(jù)這三個電壓值和u+、u-，我們便可以得出母線和支路接地的極性，母線和支路接地電阻的大小。

　　1、 接地極性判斷：|u+|+|u-|=a(a為常數(shù)，正負母線間電壓)，故當(dāng)正母線接地或支路B、D點接地時，U+的會減小，U-的會增加;當(dāng)負母線接地或支路A、C點接地時，U+的會增加，U-的會減小，從而我們可以得出母線接地情況;根據(jù)M點的電壓值(當(dāng)沒有接地時，電壓接近零伏;正接地時，輸出正電壓;負接地時，輸出負電壓。)，便可獲知是哪個支路接地和其接地極性，

　　2、 接地電阻值計算：由M點的電壓Vm，可以計算出漏電流的大小Im(不同支路的霍爾漏電流傳感器，M點的電壓和支路電流有著不同的對應(yīng)關(guān)系)。所以，支路電阻可由如下公式得出：

　　當(dāng)兩母線同時接地且對地電阻同比例減小時，母線電壓沒有被拉偏，支路的霍爾電流傳感器也檢測不出電流的變化，所以這種情況我們是很難檢測出有接地發(fā)生的，即使理論上是可以計算出接地電阻值，但是在實際開發(fā)中是不可實現(xiàn)的。

　　圖1 電橋法測接地電阻1

　　方案2

　　為解決方案1存在的弊端，即當(dāng)兩母線同時接地且對地電阻同比例減小時，接地電阻不可求，筆者現(xiàn)在提出第二種方案，在這種方案中，所有情況的接地電阻都可以求得，現(xiàn)分析如下：

　　如圖2框圖所示，電阻R1、R2和R3、R4分別構(gòu)成兩對電橋，并由光耦來選擇哪對電橋接地;圖右半部分為用戶負載，M點為漏電流傳感器輸出點。

　　接地極性判斷：同方案1;

　　接地電阻值計算：由M點的電壓Vm，可以計算出漏電流的大小Im(不同的霍爾漏電流傳感器，M點的電壓和支路電流有不同的對應(yīng)關(guān)系)。當(dāng)計算支路電阻時，選擇R1、R2電橋，斷開R3、R4電橋，即可得出支路電阻為：

　　其次，選擇R3、R4電橋，斷開R1、R2電橋，檢測正負母線電壓U2+，U2-，即可得到：

　　由方程1和方程2組成的方程組，即可求得母線接地電阻Rx-、Rx+。

　　圖2 電橋法測接地電阻2

　　圖3 系統(tǒng)框圖

　　如圖3所示，該設(shè)計大致可分為：采集部分、電橋選擇部分、通訊部分、顯示部分、報警部分，所有部分由CPU統(tǒng)一管理。首先，CPU根據(jù)不同方案選擇不同的電橋，然后采集母線電壓和霍爾電流傳感器M點電壓，將采集到的電壓在CPU內(nèi)進行處理，終將處理后的信息通過通訊模塊上傳給主卡或上位機，且同時實時在顯示模塊上顯示并根據(jù)上傳數(shù)據(jù)進行實時報警。

　　結(jié)語

　　本文主要介紹了在電力系統(tǒng)中直流檢測的兩種方法，由于直流檢測比之交流法檢測有著很多優(yōu)點，所以目前大多數(shù)直流系統(tǒng)都采用直流檢測法去監(jiān)控，但是目前的直流檢測方法還存在著很多弊端，針對這種情況，筆者提出這兩套方案。本文所介紹的方案，已成功的應(yīng)用在哈爾濱九洲電氣股份有限公司的多功能監(jiān)控裝置上，其檢測結(jié)果理想，可檢測27K歐姆的接地電阻故障，可達到±5%，若精選器件，可達到更高的。