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1、 毕 业 设 计题 目： 电力系统接地电阻的智能测量 的系统设计 院： 电气信息学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 0708 学号： 01 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2011 年 6 月 4 日 毕业设计（论文）任务书 题目： 电力系统接地电阻的智能测量的系统设计 姓名 院 电气信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 0708 学号 01 一、 指导老师 职称 副教授 教研室主任 1、研究国内外电力网接地电阻测试线装。 2、完成电力系统接地电阻智能测试系统的总体构思。 3、研究测量原理与技术。 4、完成硬件系统设计。 5、完成软件系统设计。 6、撰写毕业设计说明书。 二、 进
2、度安排及完成时间： 1：第一周至第二周：查阅资料，撰写文献综述和开题报告。 2：第三周至第四周：毕业实习。 3：第五周至第六周：完成智能测试系统的总体框图。 4：第七周至第八周：完成各单元电路设计。 5：第九周至第十周：完成总体硬件电路设计。 6：第十一周至第十二周：完成系统软件设置。 7：第十三周至第十四周：撰写毕业设计说明书。 8：第十五周至第十六周：6-15至6-18，毕业答辩。 目 录第1章 绪论31.1 课题背景介绍及研究意义31.2 接地电阻测试方法的发展现状41.2.1 接地电阻测量的基本原理41.2.2 伏安法(电压电流表法)41.2.3 E型摇表法41.2.4 数字式接地电阻
3、测试仪51.2.5 主要研究内容和关键技术51.3 应用前景分析6第2章 设计总体构思及干扰分析72.1 设计总体构思772.1.2 硬件原理框图82.1.2 软件程序框图892.2.1 使用三重屏蔽，减少电磁干扰102.2.2 使用带通滤波器，限制采样信号带宽112.2.3 特定频率信号的DFT检波122.2.4 同频干扰信号分离19第3章 测量系统的硬件设计21213.1.1 单片机选型213.1.2 C8051F005单片机系统说明223.2 单片机外围电路模块设计233.2.1 电压偏移电路233.2.2 JTAG接口电路243.3 微弱电流信号前置放大电路设计253.3.1 微电流测
4、试基本原理263.3.2 微电流放大电路元器件的选择263.3.3 放大电路结构的改进273.4 程控滤波器电路模块设计283.4.1 硬件连接电路图303.5 液晶显示电路设计303.5.1 液晶管脚接口说明表313.5.2 液晶显示电路硬件连接图32第4章 测量系统的软件设计334.1 液晶显示334.2 干扰信号频率检测334.3 正弦电压激励信号发生354.4 可编程滤波器软件设计364.5 电压电流数据采集384.6 数字信号处理404.6.1 DFT选频检波及同频信号矢量分解404.6.2 接地电阻计算42参考文献43附录：总电路图44第1章 绪论1.1 课题背景介绍及研究意义 为
5、了维护电力系统安全可靠运行，保障电气设备与运行工作人员安全，发配电设备的质量和各种保护系统的质量指标固然十分重要，而一个安全可靠的接地系统，对电力系统的安全运行和防止事故的发生同样具有十分重要的意义，接地系统的好坏直接关系到电气设备正常工作和人身的安全。因为接地不良而造成设备故障的情况屡有发生，全国各地就曾多次发生因接地网的问题而造成重大事故的事例。衡量接地系统的标准包括接地电阻、跨步电阻、接触电阻、均衡电位、泄流能力、抗腐能力等，而接地电阻的大小是判断接地系统合格与否的主要判据之一。 接地电阻测试仪是检验测量接地电阻的常用仪表，也是电气安全检查与接地工程竣工验收不可缺少的工具，传统的接地电阻
6、的测量方法，通常是断开接地线与电力设备的连接，采用摇表法进行测量，他是一种离线激励测量方法，存在着明显的缺点； 在测量时电力设备需要停电，影响了电网的正常供电和用户的生产生活用电，会造成极大的经济损失，特别是在电力短缺、社会生产生活各方面对连续供电的迫切需的现实情况下，要一些大型枢纽发变电站停电或临时断开主变中性接地点的困难较大，所以这种离线测试方法明显不适用于现在社会电力设备运行的实际要求。 每次测量时都要打两个或两个以上辅助地极，这不仅增加了维护的劳动强度，浪费大量的人力物力，而且许多现场情况无法打辅助地极，如果周围是水泥地会更加不便;打地桩地点的选择要经过计算，测试结果受具体打桩地点地质
7、和周围地形的影响，有时在打辅助地极时无法满足在地网对角线方向上电流辅助极距地网约40m、电压辅助极距地网20m这一要求。 离线测量方法测试到的仅仅是接地线的电阻是否符合要求，对于连接到电力设备之后，整个系统工作是否良好无法进行判断。因此，在电力系统的接地电阻日常测试中，迫切需要一种不必断开接地线就能够方便地测量接地电阻的在线智能测量系统，本课题就是应此需求而产生的。研究的是一种新型的接地电阻测量系统，它改变了测试接地电阻传统的测量原理和手段。无需打辅助地桩，无需断开设备电源，无需将接地体与设备隔离，可在不断开接地系统的条件下进行接地电阻的在线智能测量。1.2 接地电阻测试方法的发展现状1.2.
8、1 接地电阻测量的基本原理 接地电阻测量的基本方法是设法在电流极和被测接地体之间注入交流电流I，此时在被测接地体和电压极之间可获得一电压U，通过测量该电流和电压值，根据欧姆定律，即可计算出被测接地体的接地电阻。可以说各种接地电阻测试仪都是根据欧姆定律来设计的，只是实现的具体方式不同而己。1.2.2 伏安法(电压电流表法) 最初对接地电阻的测量采用的是伏安法，这种方法是非常原始的。使用安培计、伏特计测量由电源两电极流入地下的电流值，以及测量之间的交流电位差，由安培计和伏特计所得的数值就可以根据欧姆定律计算出接地电阻值。在使用伏安法测定电阻时须先估计电流的大小，选出适当截面的绝缘导线，在预备试验时
9、可利用可变电阻R调整电流，当正式测定时，则将可变电阻短路，由安培计和伏特计所得的数值来计算出接地电阻。 伏安法测量地阻有明显不足之处，首先是麻烦、烦琐、工作量大，试验时，接地棒距离地极为2050米，而辅助接地距离接地至少40100米。另外测试受外界干扰影响极大，在强电压区域内有时无法测量。1.2.3 E型摇表法 五六十年代，苏联的E型摇表取而代之了伏安法，它的基本测试原理是采用三点式电压落差法，是在电流辅助极和被测接地体之间注入低频交流电流I，此时在被测接地体和电压极之间可获得一电压U,通过测量该电流和电压值，根据欧姆定律,即可计算出被测接地体的接地电阻。其测量手段是在被测地线接地桩(暂称为X
10、)一侧地上打入两根辅助测试桩，要求这两根测试桩位于被测地桩的同一侧，三者基本在一条直线上，距被测地桩较近的一根辅助测试桩(称为Y)距离被测地桩20米左右，距被测地桩较远的一根辅助测试桩(称为Z)距离被测地桩40米左右。测试时，按要求的转速转动摇把，测试仪通过内部磁电机产生电能，在被测地桩X和较远的辅助测试桩(称为Z)之间“灌入”电流，此时在被测地桩X和辅助地桩Y之间可获得一电压，仪表通过测量该电流和电压值，即可计算出被测接地桩的地阻。 上述仪器由于手摇发电机的关系，测量精度也不是很高。这种测量方法还有其它缺点：测量都要打辅助地极，需要在现场布置几十米以上的电极引线，增加了作业的劳动强度。由于整
11、个测量过程从打辅助地极到测量都是人工操作，因此测量结果受人为因素影响很大，如测量时手柄摇动速度过慢、频率不均匀等都会对测量结果产生很大影响。测量时需将接地体与设备断开，以避免设备自身接地体影响测量的准确性，从而不能实现在线测量。1.2.4 数字式接地电阻测试仪近年来由于计算机技术的飞速发展，因此接地电阻测试仪也渗透了大量的单片机处理技术，其测量功能、内容与精度是传统仪器所不能相比，例如仿“摇表”式数字地阻仪，它与传统接地摇表的主要区别是将电流电压与接地电阻的采集处理数字化，其电源由电池提供，无需手摇。仿“摇表”式数字地阻仪投入使用给接地电阻测试带来了生机，虽然测试时的接线方式同E型摇表没什么两
12、样，但是其稳定性和精度远比摇表指针式高得多。 而真正接地电阻测试仪的一个突破性创举是在九十年代钳口式地阻仪的诞生，他打破了传统式接地电阻测试方法。如法国CA公司生产的6411单钳式接地电阻测试仪称得上接地电阻测试的一大革命，CA6411钳式接地电阻测试仪外形酷似钳形电流表，其最大特点测量时不需辅助地极，无须切断设备电源或断开地线就可以对使用中的设备的地阻进行在线测量，只需往被测地线上一夹，几秒后即可获得测量结果，极大地方便了接地电阻测量工作。但是，这种测量方法具有如下缺点: 由于仪器向接地回路注入的低频交流电压只有单一的测试频率，当其频率与电气设备地网泄漏电流频率接近时，测量精度很低，严重时甚至无法进行测量；由于电压注入线圈与电流测量线圈组合在同一钳口内，故线圈与线圈之间的互感效应对测量精度有较大影响；不能满足以下地阻的测量要求；钳口内径小(一般为25mm的圆口)，对引线宽度大于25mm的地网无法测量。1.2.5 主要研究内容和关键技术为此，我们设计了一种接地电阻在
