智能在线监测解决方案：FA68系统接地保护

1.概述

防雷保护系统的接地系统是外部防雷措施的重要环节，接地系统的接地电阻退化、将严重影响接地泄流效果和耐流耐压能力，甚至使防雷装置蜕变为接雷装置，造成极大破坏性的雷击事故，威胁建筑物和设备的安全。同时可靠的接地系统可防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、静电损害设备或系统。系统接地保护是否良好，直接影响设备的安全运行，接地电阻测量也是各种电力系统验收必须检测的项目，但很多项目在验收阶段接地良好，随着时间推移，因接地环境复杂，土壤出现强酸性或强碱性变化，接地装置出现锈蚀（见图1），还有部分人为破坏因素，导致原有的接地电阻检测数据失效，因此监测防雷接地电阻状态是保障防雷安全的重要手段，是建立智能电网用户端的重要组成部分。

图1 防雷保护接地系统中接地装置锈蚀情况

2.常规接地电阻测试方法局限性

常用接地电阻测量仪外形如图2a所示，由手摇发电机、电流互感器、滑线电阻器及检流计等组成，附件有辅助探棒导线等。仪器的工作原理为基准电压比较原理。

使用常规方法测量接地电阻的原理电路如图2b所示。R_X为待测接地体E的接地电阻，X、D分别为电压（位）极、电流极与被测接地体之间的距离。电源接通后，电流沿电流极、接地体构成回路。只要X、D足够长，且具有合适的比例关系，接地电阻R就可用下式表示：R_X=U/I测得电压极与接地体之间的电压U和回路流过的电流I，就可求得R。

图2 常规接地电阻测量仪及测量原理电路

a）测量仪外形 b）测量电路

传统方法测试接地电阻的不足如下：

1）防雷接地系统（地网）周边土壤构成不一致，地质不一，紧密、干湿程度不一样，具有分散性，地表面杂散电流、特别是架空地线、地下水管、电缆外皮等，对测试影响特别大，需取不同的点进行测量，取平均值。

2）测试时需准测试方向和辅助电极有一定的测试距离要求，同时辅助接地极电阻过大，需在地桩处泼水或使用降阻剂降低电流极的接地电阻。

3）放线方向容易干扰影响测试，使仪表读数减少跳动，测试不确。

4）测量必须断开接地回路，检测作业繁琐，且不能满足实时监测需求。数据记录采用传统方式时，不易分析和保存。

5）无法实现远程数据通信，记录结果无法及时反馈到控制中心。

3.GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪

GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪是针对传统方法测试接地电阻的不足，分析防雷接地电阻测试的实际情况，采用新的防雷接地电阻测试手段，实现防雷保护接地系统在线检测。

（1）GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪测试原理（见图3）

图3　GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪测试示意图及等效电路

a）检测示意图 b）等效电路

GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪测试原理是测量回路电阻值。回路电阻定义：回路电阻包括A接地点对地的接地电阻值、接地引下线金属导体的阻值、等电位连接线的阻值、接地引下线与等电位连接线之间的连接电阻值（接触电阻）、B接地点对地的接地电阻值、地网内部电阻值等几个电阻的综合值。设定A接地点对地的接地电阻值与金属导体电阻值记R_A，B接地点对地的接地电阻值与金属导体电阻值记R_B，其他电阻值记作R，若检测仪测试出的综合值为4Ω，即R_A+R_B+R=4.0Ω，地网A、地网B两个并联起来对地的实际接地电阻值一定小于等于2.0Ω，据此可以判断A接地网络并联了B接地网络后的实际接地电阻值是否合格的。若地A接地点、B接地点两者加起来的接地电阻值小于工程标准要求值，此时地网A、地网B都是合格的。

（2）GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪工作方式

GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪通过传感器先给被测接地回路一个激励脉冲信号，在被测回路上感应一个脉冲电动势E，在电动势E的作用下将在被测回路产生电流I。传感器对E及I进行测量，并通过公式：R=E/I即可实现回路接地电阻在线监测、金属回路连接电阻在线监测、接地状况监测等。GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪的技术参数见表1。

表1 GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪技术参数

测试过程无需断开接地回路，一次安装后可长期监测，测试装置与被测接地部分无电气连接，不存在过电压相互串扰问题，确保设备独立安全运行。

4.接地保护智能在线监测系统构成

GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪采用新型防雷接地电阻测试方式，结合计算机通信技术，对数据流进行传输已变得较为容易，同时为适应智能电网用户端的可视化、自动化，高效性要求，提出的一套创新型监测系统方案。整个系统构成如下：

1）GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪，为系统提供基础数据；

2）系统供电模块，采用独立供电单元，具备隔离特性，同时具有能源智能管理机制；

3）数据通信网络，采用RS232或RS485工业通信协议，硬件接口采用光电隔离元件，实现就地测试数据远程传输，具有隔离浪涌的功能；

4）具备在复杂工况下通过GSM/GPRS通信协议传输数据的无线通信方式，解决布线困难，接线不可靠的问题；(www.xing528.com)

5）控制中心配置有监测平台通信主机及配套软件，良好的人机交互界面为用户端提供直观、高效的工作环境。

5.接地保护智能在线监测系统功能

1）可就地显示接地电阻值，设定接地电阻值报警门限值，监测值高于设定值时就地报警；

2）可远程设置硬件设备通信地址，便于集成组网；

3）记录数据自动存储报表，方便历史查询、分析监测点接地阻值的变化情况；

4）可根据被检测设备或系统不同的接地工程标准远程设定接地电阻值报警门限值，便于系统内部接地情况的差异化监测；

5）控制中心配置有监控平台软件，直观、动态显示被监测设备接地保护状况，连续变化情况分析，对系统接地保护可靠性作出提示信息。

6.接地保护智能在线监测系统的优点

1）GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪为在线测试、非接触测量、地线穿心通过、不影响防雷接地效果和设施的正常运行；

2）系统接地保护智能监测设备供电电源采用独立供电系统，有效隔离了外界电磁串扰和电涌干扰，同时应用能源智能管理，可有效降低能耗，提高系统的可靠性；

3）设备无需自检，实时检测，实现测试现场与控制中心构建的通信网络可实现就地测试数据远程传输，远程在线监测；

4）系统接地保护智能监测设备内置传感器与电路板，完全封闭，具有防雨淋、防尘、耐高低温、防腐、阻燃等特性，确保野外、矿井下、室内等长时间在线监测的高准确度、高稳定性、高可靠性；

5）系统控制中心配置有监控平台软件，可实现远程数据监控，故障预警。

7.系统接地保护智能在线监测设备及系统的应用

GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪可以单个安装使用，也可以组建成有线网络系统或无线网络系统使用。适用于输电线路杆塔接地、地下矿井设备接地、气象防雷接地、石油化工接地、通信接地、变配电站接地、铁路设施接地、建筑仓库接地和电气设备接地等。

（1）独立安装使用（见图4）

GPC1-JDY系列接地电阻在线检测仪就地可直接显示被测值，可以通过检测仪设置报警临界值，同时具有声光报警功能。

（2）有线网络系统（见图5）

有线网络系统通过RS232、RS485通信协议传输数据，由主通信器（集中器）、监控软件、独立供电电源、计算机等组成，适合于1000m近距离或矿井下接地电阻监测。

图4 独立接地保护智能在线监测系统

图5 有线网络接地保护智能在线监测系统

（3）无线网络系统（见图6）

图6 无线网络接地保护智能在线监测系统

无线网络系统通过RS232、RS485、GSM/GPRS通信协议传输数据，由主通信器（集中器）、GSM/GPRS收发模块、SIM通信卡、监控软件、独立供电电源、计算机等组成适合于远距离或矿井下接地电阻监测，距离不受限制。

一种接地电阻智能在线检监测网络显示平台（见图7）

8.结束语

系统接地保护智能在线监测解决方案提供了一种非接触方式在线检测防雷接地电阻新技术，可实现抗干扰的实时检测，为智能电网用户端提供远程、实时在线测量接地电阻的智能监测方案，对接地电阻的在线测量、动态监测、安全分析，还对接地系统的接地电阻退化、严重影响接地泄流效果和耐流耐压能力的状况提前预警，可有效避免因接地失效造成极大破坏性的雷击事故，起到预防经济损失和保障人身安全的作用。

图7 接地电阻智能在线检监测系统软件平台

（作者：上海臻和防雷电气技术有限责任公司 孙中梁）