地线系统（精选10篇）
地线系统 篇1
在通信设备和通信系统中, 各种电路均有电位基准, 将所有的基准点通过导体连接到一起, 该导体就是通信设备或系统内部的地线, 如果将这些基准点连接到一个导体平面上, 则该平面就称为基准平面, 所有信号都是以该平面作为零电位参考点。通信设备常以其金属底座、外壳或铜带作为基准面, 基准面并不一定都与大地相连, 在通常情况下, 将基准面与大地相连主要是出于两个目的:一是为设备的操作人员提供安全保障;二是提高设备的工作稳定性。
1、工作接地
通信设备的工作接地主要是为了使整个电子电路有一个公共的零电位基准面, 并给高频干扰信号提供低阻抗的通路, 以及使屏蔽措施能发挥良好的效能。工作接地主要有以下三种方式。
(1) 浮地
浮地是指通信设备的地线在电气上与建筑物接地系统保持绝缘, 如图1-1所示, 两者之间的绝缘电阻一般应在50MΩ以上, 这样建筑物接地系统中的电磁干扰就不能传导到通信设备上去, 地电位的变化对设备也就无影响。在许多情况下, 为了防止电子设备外壳上的干扰电流直接耦合到电子电路上, 常将外壳接地, 而将其中的电子电路浮地。浮地方式的优点是抗干扰能力强, 缺点是容易产生静电积累, 当雷电感应较强时, 外壳与其内部电子电路之间可能出现很高的电压, 将两者之间绝缘间隙击穿, 造成电子电路的损坏。
(2) 单点接地
把整个通信系统中某一点作为接地基准点, 其各单元的信号地都连接到这一点上, 如图1-2所示, 该图 (a) 为串联式单点接地, 图 (b) 为并联单点接地。单点接地可以避免形成地线回路, 防止通过地线回路的电流传播干扰。在通常情况下, 把低幅度的且易受干扰的小信号电路 (如前置放大器等) 用单独一条地线与其它电路的地线分开。而幅度和功率较大的大信号电路 (如末级放大器和大功率电路等) 具有较大的工作电流, 其流过地线中的电流较大, 为了防止它们对小信号电路的干扰, 应有自己的地线。当采用多个电源分别供电时, 每个电源都应有自己的地线, 这些地线都直接连接到一点去接地。
在许多建筑物内, 电子设备的安装位置与室内接地母线之间存在着一定的距离, 采用这种单点接地往往会使接地连线具有较长的长度, 由于每条地线均有阻抗, 当流过地线中的电流频率足够高时, 其波长就会与地线长度可比, 这时的地线应看作是分布参数传输线, 如果地线长度达到1/4电流波长的奇数倍时, 地线的入端阻抗趋于无穷大, 它相当于开路。因此, 单点接地一般只适用于0.1 M H z以下的低频电路。
(3) 多点接地
将通信系统中各设备的接地点都直接接到距离各自最近的接地平面上, 如图1-3所示, 这样可以使接地连线的长度最短。这里所说的接地平面是指贯通整个通信系统的金属 (具有高电导率) 带, 可以是设备的底板和结构框架等, 也可以是室内的接地母线或接地网。
采用多点接地的突出优点是可以就近接地, 与单点接地相比, 它能缩短接地连线的长度, 减小其寄生电感, 这对雷电防护来说是有利的。但是, 在采用多点接地后, 设备或系统内部可能会产生很多地线回路, 大信号电路可以通过地线回路电流影响小信号电路, 造成干扰, 有时可能会使电子电路不能正常工作。当出现这种情况时, 可以改用混合接地方式, 对于信号频率在1 0 M H z以上的高频电路采用多点接地, 对信号频率在0.1MHz以下的低频电路采用单点接地, 而对那些信号频率在0.1MHz~10MHz之间的电路, 如果其实际接地连线长度不超过信号波长的1/20, 可采用单点接地, 否则应采用多点接地。
如果设备接地不好, 将会直接影响设备的长期稳定运行, 并影响业务能否顺利的对接。接地存在的问题通常为:两个对接的设备未能真正的共地;B G N D、P G N D的接地电阻值达不到指标要求;DDF配线架未按要求接PGND。现场在处理对接类故障时很多时候对接不成功, 但是传输设备并没有伴随告警, 有时只是有误码的情况产生。
案例:D D F架接地不好导致部分基站无法开通
【现象描述】
某工程由OptiX 155/622设备组成155M的通道保护环, 组网如图4所示。其中1号站为业务集中点, 是移动交换中心;2~6号站接G S M基站。
按照正常的业务配置, 1号站点2板位PD1板14通道和4号站点1板位PL1板的1通道通过49时隙传送业务, 分别接BSC和B T S, 但是接通后业务无法正常开通。
【处理过程】
用仪表测试该2M通道, 仪表显示正常。维护人员认为该时隙可能是指标不好, 要求更换时隙。在更换时隙的实验中, 发现不论换成哪个时隙, 1号站点2板位14通道都不能开通业务。但是仍然使用49时隙, 而改用17通道则能正常开通业务。反映出该问题依赖于PD1板上的通道, 与时隙无关, 恢复到原来的业务配置。
考虑到B S C能支持2 M口环回功能, 为了缩小问题定位范围, 首先在1号站的D D F架上完全断开S D H设备, 使用跳线朝BSC环回, BSC能自检通过, 表明DDF架和B S C之间这段路径是正常的。但在PD1板上朝BSC做2M外环回, BSC却不能自检通过, 业务流向和操作如图所示 (图5) 。
由于SDH设备已做过2M业务全路径挂2M误码实验, 没有问题, 所以问题只能定位在D D F和P D 1板之间的路径上。
为了进一步缩小问题定位范围, 故实验验证是DDF架和PD1之间2M口输入路径还是输出路径有问题。在1号站点去掉2板位14通道的输出电缆, 把2M业务的输出改用17通道的输出电缆, 时隙不变, 业务流向如图6所示。基站仍不能正常启动。
反过来, 2M业务输出采用2板位14通道, 但输入方向改用17通道, 如图7所示。此时基站能够正常开通。这表明, 2板位14通道的2M输出路径没有问题, 输入方向从DDF架到PD1板这段路径有问题。
D D F架电缆接地测试:按照接地规范, DDF架上75欧姆同轴电缆接头的屏蔽层应该和设备的机壳 (即保护地) 相连。在接地良好的情况下, 不论是不同的设备之间, 还是不同的通道之间, 或同一通道收、发电缆之间, 任意测量两个接头的屏蔽层之间的阻抗, 都应该是0欧姆。但是, 对第14通道有问题的电缆接头测量, 发现与其它接头之间的阻抗, 超过13欧姆, 而其它正常通道的任意两个接头之间阻抗都在3欧姆以下。
由于问题与D D F架接地有着直接的关系, 故对相关的D D F架接地情况进行了详细的检查, 发现该D D F架安装存在明显的问题:
2 M电缆接头外壳 (与2 M同轴电缆的屏蔽层连通) 因为D D F架金属面板上涂有绝缘漆, 各接头的屏蔽层是互相孤立的。每个接头上的弹簧垫圈中都提供了一个供焊接地线的“焊盘”, 却没有利用。虽然测量出正常通道的屏蔽皮之间阻抗能达到3欧姆以下, 却是S D H设备侧处理的结果。
D D F架提供了一根接地排, 按照接地规范应该接机房内的地线, 实际却完全悬空, 没有做任何处理。按照接地规范要求, 传送2M信号的75欧姆同轴电缆屏蔽层, 在S D H设备、交换机和D D F架上收发电缆都应该接机壳 (或保护地) , 以保证在三个点各自形成一次等电位, 增加噪声和干扰的泄放路径和面积, 避免电缆或通道之间的串扰, 保证信号传输质量。同时, 还有利于抗静电和雷击、浪涌, 供泄放静电和大电流, 保护设备。显然, 如果S D H设备或交换机设备任何一方接地质量不好, 而D D F架也失去一次接地的条件, 那么必然要增加对另一端设备的承受能力。因噪声干扰, 会引起电缆中的信号畸变, 导致数据异常。
2、安全接地
在发生雷击时, 强大的雷电暂态电流流过建筑物的接地系统将引起暂态地电位抬高, 危及设备与人身的安全。通常, 在使用电子设备场合, 常常伴随着电源等强电设备, 通信设备与强电设备均需接地, 但要做到通信设备与强电设备接地相互分开往往是十分困难的。在建筑物内, 将通信设备与强电设备共用一个接地系统是比较容易实现的, 不过这种共地也会带来一些副作用。将通信设备与强电设备共地, 雷击时暂态大电流可以通过电路的耦合对电子设备形成干扰或产生过电压, 另外雷电暂态电流流过接地系统所造成的暂态高电位也能通过各种电源线、信号线和金属管道传播到距离接地系统很远且原先此处为零电位的地方, 将会对这里的通信设备及操作人员产生安全威胁。为了克服这些副作用, 有些地方采用通信设备与强电设备分开接地, 并采用许多复杂的隔离和绝缘措施将电子设备的接地连线引出到离强电设备接地系统较远 (2 0 m以外) 的地方单独接地, 实际上, 这种分开接地是不太容易实现的。由于各种线路、金属管道和建筑物构架中的钢筋纵横交错以及一些建筑物不断扩建, 在设计与施工上稍有疏漏就容易造成在强电设备区出现的暂态高电位通过金属管道或构架钢筋引到低电位的通信设备区, 或将通信设备区的低电位引到强电设备区, 从而会引起击穿放电, 危及设备与人身的安全。一些制造厂商要求其计算机单独接地, 即将计算机的接地连线引到建筑物外一定距离后接在单独的地网上, 这种接地要求往往是不切实际的。在建筑物遭受雷击时, 建筑物的地电位将瞬时抬高, 由于计算机接地与建筑物的地网是分开的, 则计算机地线此时仍保持低电位, 这样就易于对计算机造成击穿放电, 使计算机被损坏。为此, 可以在计算机单独接地的地线引入户处用一个低压避雷器或放电间隙放电, 从而使计算机接地与建筑物接地网达到大致相等的电位水平, 这就是所谓的暂态共地。在正常情况下, 避雷器或放电间隙将两个接地分开, 有利于抗干扰, 而在雷击时能实现两者之间的均压, 避免发生击穿放电, 危害设备安全。从雷电暂态过电压抑制的角度来看, 采用这种暂态共地并配合采用均压措施, 能在放生雷击时将建筑物及其内部的强电设备和电子设备以及操作人员同时都抬高到大致相等的电位水平, 使设备与设备以及设备与人之间不会出现能造成危害的暂态电位差。
实际上, 用较长的引线拉到比较远的地方去单独接地, 在低频信号情况下, 对保护电子设备与远处的单独接地点等电位还有意义, 但在高频信号情况下, 较长引线阻抗将影响等电位效果, 特别是在信号波长与引线长度之间满足1/4奇数倍关系时, 引线相当于开路, 起不到外伸接地的作用。
地线系统 篇2
关键词：输电线路；雷击事故；架空地线；断线原因；电力系统 文献标识码：A
中图分类号：TM862 文章编号：1009-2374（2016）12-0133-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.062
1 概述
随着电力电网以及输电线路的建设与发展，相关工作人员积极探索，希望能够发现其中存在的问题，并对问题进行改进，促进我国电力事业发展。在输电线路建设尤其是架空输电线路建设中存在众多问题，而事故往往会引发电力故障和不必要的损失。在这众多的事故以及安全隐患中最常见的问题便是雷击跳闸问题，面对这些问题，首先应该分析产生这些问题的原因，并根据分析的原因提出合理、科学的对策，从而能够促进电力事业发展，这也成为了广大电力工作者广泛关注的问题。
2 输电线路雷击架空地线断线原因分析
架空线路的特殊性以及雷击事故的特殊性使得事故产生原因复杂多样，接下来就笔者工作经验进行分析，探讨输电线路雷击架空地线断线原因，主要集中在两个方面：一个是雷击引起的断线事故；另一个是设计规划以及建设问题。接下来分别进行简要分析：
2.1 实际设计与规程不符
在架空输电线路的规划与设计中存在众多问题，往往设计中仅仅考虑短路电流问题，一般要求短路电流的热稳定而忽略了雷电流问题。雷电流和短路电流的共同作用引起的热稳定问题会导致地线断线故障。进行设计与规划时，关于地线和导线的最小配合问题，仅仅选择最小的配合比设计地线，这样严重忽略了规程，没有切实按照规程对地线进行热稳定校验。
2.2 雷击引起的地线断线
2.2.1 雷电流的热效应。在雷雨天气时，对架空地线发生雷击，导致地线的电流增大，尤其是对于雷击点，电流密度增大，导致地线的温度升高，甚至温度会达到几千摄氏度。在受到雷击影响时，重要的影响不是雷电流对于线路的热效应，而是雷击导体引起的地线温度升高，高温会导致地线金属熔化，当超过一定极限的时候会熔断，产生不正常断股现象。其中电弧热效应的作用可以用相应热平衡方程式表示：
i（t）2Rθdt=Cθmdθ
通过上述的热平衡方程式可以看出，在雷击作用时，其作用点很小，最终导致地线温度快速升高。当温度超过导线熔点时，就会发生断线事故。对于不同的导线，其热效应以及雷击电流和熔断温度都不一样。
2.2.2 雷电流的冲击效应。
A=M∫0i（t）dt=MQ
雷电流的冲击效应可以用上式进行表示，A的大小表示雷电流冲击效应的强弱。就日常生活以及雷雨天气的现象可以发现，雷雨天气经常出现雷电毁坏建筑物的情况，这些现象表明雷电流具有相应的冲击效应。
对于雷电流的冲量A而言，当其超过架空地线的承受冲击强度，就会导致架空地线的断线。从上述雷电流冲击效应的分析可以看出，雷电流冲击效应的强弱不仅仅取决于雷电流的幅值，而且与雷电流的波长有关，因此对于不同幅值和波长的雷电流产生的冲击效应也不相同，另外对于不同结构和状态的地线其承受冲击能力也不同。
2.2.3 工频短路电流的热效应。
I=C/（0.24*α0*R0*T）*In[α0*（t2-20）+l]/[α0*（t1-20）+l]
进行雷击时，除了雷击产生的热效应以及冲击效应之外，还存在绝缘子闪络放电。其中由于闪络放电会产生工频短路电流问题，工频短路电流稳定公式如上
所示。
在架空输电线路中存在两个系统：一个是地线-杆塔系统；另一个是雷击放电接地的杆塔。两个系统中第一个系统的阻抗小于第二个系统的阻抗，由于阻抗差别使得工频电流进行分流，分流到架空地线上，导致架空地线温度急速升高。由于温度升高引起的阻抗升高，阻抗使得温度进一步提高，温度过高导致地线熔断，产生地线断线。
2.2.4 高温导致的地线张力断线。上述三个雷电流原因中，其中雷电流的热效应以及工频短路电流的热效应都会导致温度升高。地线属于金属，受到高温影响会使得抗拉强度降低，尤其温度过高，抗拉强度降低，受到外力作用极易发生地线断线。
3 输电线路雷击架空地线断线防治措施
要很好地实现输电线路雷击架空地线断线的预防，需从两方面着手：一方面是雷击的预防工作；另一方面是提高耐雷水平。
3.1 雷击绝缘子掉串的防止
有效地防止雷击绝缘子的掉串，能够有效地防止雷击事故。而要防止雷击绝缘子的掉串首先应该从设计入手，做好绝缘子设计。一般采用玻璃绝缘子，不采用瓷绝缘子，并且紧紧按照相关要求进行设计，满足设计要求。在绝缘子出厂时，对产品进行检验，保证出厂产品合格，保证绝缘子的正常工作。
3.2 合理规划架空线路以及铺设环境
架空线路的雷击地线断线事故主要发生在山区，并且以绕击雷击为主，另外还有反击雷击。面对这些情况，必须要分析架空路线以及路线的铺设环境，可以利用自然环境选择自然屏蔽的防雷走廊，并且利用有利条件降低接地电阻来进行防雷。充分利用地形，合理布置杆塔，形成合理的杆塔高差，尽可能降低导线相对高度，最终减少雷击。观察研究发现对雷击频繁路段，进行有针对性的相应防治，采取有效的防雷措施如进行单改双避雷线、减少双避雷线保护角改造等。但遇到不能进行改造线路的情况时，可以对杆头进行局部加强屏蔽来减少保护角。另外在采取相应措施的同时，还应该保证措施能够有效落实，从而能够真正实现防雷。
3.3 加强绝缘措施
防雷的眾多措施中见效快、成本低的措施便是加强绝缘。以单回路进线的220kV线路进线段为例进行分析，在该线路的进线段进行绝缘措施的加强能够有效提高变电站中避雷器流过的电流，一般情况下会超过5kA，而其他情况下则没有影响。
3.4 降低接地电阻
要实现降低热效应问题，必须要尽可能采取相应措施降低接地电阻。原有的架空输电线路接地电阻往往较高，因此有必要进行相应改造。不同的地区、环境需要采取不同的改造措施，在山区以及雷击频繁地区的改造更加必要，不能按照原有的设计进行，而应该在分析当地环境的基础上，按照实际情况进行设计，综合利用接线方式，多采用闭环方式接线，尽可能采用最大多射线进行垂直集中接地，这样不仅能够有效地降低接地电阻，而且能够减少地网的电感。
3.5 合理选择设置避雷器
避雷器的安装与使用具有重要意义，尤其对于雷雨天气频发地区以及雷击事故多发地区，防雷设施的安装更加必要。相关工作人员必须要根据实际情况选择合适的防雷器，并根据实际环境科学设置避雷器。另外应该注意资金投入，这样能够有效地防止雷击事故以及雷击跳闸问题。
3.6 选择合适的防雷措施
对于特殊阶段以及特殊路段需要采取不同的防雷措施，例如地形起伏大并且高差大的山区，应该采取反击线路，控制较大的接地电阻，另外在防雷措施方面还应尽可能采用加装耦合地线方式或者通过增加避雷线附加引流线来分流悬垂线夹的电流，能够防止地线在线夹处出现断线。
4 结语
架空输电线路与普通输电线路具有一定的区别，尤其多处于山区并且范围广，长期暴露在荒野中，经常会产生众多雷击事故。因此在输电线路的地线设计中要优化设计，采取相应措施进行相应维护，提高线路的防雷以及抵抗自然灾害能力，保证输电的正常进行，从而保证生活用电以及工业用电。
参考文献
[1] 尹创荣，徐征.110kV景沙甲乙线双地线断落原因分析及对策[J].广东电力，2015，（1）.
[2] 宁朝明.500kV线路架空避雷线雷击损伤后抢修维护方法[J].通讯世界，2014，（16）.
云峰发电厂地线使用管理系统改造 篇3
云峰发电厂现使用的地线管理系统为北京东方万恒科技有限公司生产的DXJ-3000型临时地线监测管理装置, 该装置于2007年10月发生故障, 导致地线管理系统运行瘫痪。
2 设计原则及实现的功能
2.1 设计原则
先进、可靠、简单、实用的原则。使用方便、易于维护、便于扩充的原则。
2.2 系统的功能与特点
·具有对地线使用情况实时监控的功能。
·具有在上位机显示现场地线挂点状态的功能。
·具有语音提示和光字牌提示功能。
·该系统操控采用接地线电压等级闭锁条件。
·该系统易于操作、易于维护、易于编程。
·该系统易于扩充, 可扩展遥测、遥信、遥控功能, 可将生产现场的环境监测、动力监控和数据远传等融入该系统。
·该系统采用施奈德公司的Unity Pro软件开发Modicon M340自动化平台应用程序, 设计合理、数据显示清晰。
·首次在东北公司系统内采用中小型施奈德PLC系统应用在发电厂接电线管理领域。
3 系统结构
地线管理系统由三部分构成:上位机部分、网络传输部分和现地下位机部分。
3.1 上位机部分
采用一台研华工控机 (CPU P4 3.0G RAM 1.0G 硬盘 160G) 作为操作员站构成上位机系统。上位机系统放置在发电部中控室, 主要用于网络管理、运行监视、操作管理等工作。上位机系统采用WINDOWS XP SP2操作系统, 软件开发系统为InTouch9.5中文版软件。
3.2 下位机部分
采用高可靠性、具有抗恶劣环境的工业用施奈德公司Modicon340自动化控制平台、监控盘及开关元件构成。
Modicon340自动化控制平台是地线管理系统的核心部件, 由它控制各测点的数据采集、处理、传输工作, 现地控制程序就装在PLC主站中。采集开入量为48点。
采集中心站与各地线柜之间敷设型号为KVVP14×1型控制电缆。
4 应用软件编制
4.1 下位机软件
采用Schneider Electric公司的Unity Pro 4.0软件编写PLC应用程序, 用于采集现场各点数据, 此程序循环运行, 每一个循环都将检测到的数据存入PLC内部数据区。此数据区中的数据通过PLC与上位机通讯可被上位机所调用。
4.2 上位机软件
在本系统中, 采用InTouch 9.5软件作为工作站的开发和实时系统的运行平台, 以实现与计算机监控系统可靠、快速的实时数据共享与交换。
在地线使用状况发生变化时, 有光字牌弹出并有语音提示功能, 在该软件中设计220kV、66kV、13.8kV、400V的电气系统图, 在此系统图中标明地线的挂接情况, 并需要人工进行干预确定, 因为取出一组地线后何时能挂接该系统无法检测, 同理拆除地线时也需要人工干预确定, 只有这样才能保证此软件系统中的电气系统图的接地线状态与现场相符, 从而达到地线使用管理的目的。
上位机应用程序应设计成人机界面良好、功能齐全、便于操作, 具有WINDOWS应用程序风格。用InTouch 9.5编写应用程序, 采用图形化语言, 程序界面美观大方, 人机界面良好, 便于操作, 采用多种方法将检测数据显示在程序界面上, 达到专业水准。应用程序可实时采集现场数据, 当采集的开关量发生变位时, 应用程序即可发出声光报警, 以便值班人员及时发现设备的运行状态, 达到监测目的。
5 接地线点量定仪 (如下表)
6 施工概况、施工内容
该地线使用管理系统于2008年经上级部门批复并建设施工, 全部由我厂技术人员自行设计、制作和施工, 共建设1个基站、1个维护终端、4个地线机柜、48个监控点。
施工主要包括PLC监控盘制作、地线柜改造、综合布线, 上、下位机硬件配置、软件编制和调试, 地线使用管理系统调试。
(1) PLC监控盘制作。
监控盘采用19英寸标准机柜, 主要安装Modicon340自动化控制平台、电源模块、输入输出端子排、空气开关, 并进行机柜配线。
(2) 地线柜改造。
该系统使用原地线柜, 更换原地线柜输入端子排, 将原监控点开关的常闭节点改造为常开接点。
(3) 综合布线。
PLC监控盘电源采用原地线管理系统电源。
分别敷设监控盘至东66kV变电站地线柜、西66kV变电站地线柜、13.8kV配电室一号机侧地线柜、210层电缆室四号机侧地线柜共4条型号为KVVP14×1.0mm2的控制电缆, 累计600米。
敷设监控盘至维护终端1条超五类网线, 长度为30米。
(4) 上、下位机硬件配置、软件编制和调试。
①上位机硬件配置、软件编制和调试。
上位机采用1台研华6187工控机 (CPU为3.0GHz, 内存为2GB, 硬盘为160GB) 作为操作员站, 主要用于网络管理、数据存储管理、运行监视、操作管理、数据查询等工作。上位机系统采用WINDOWS XP SP2操作系统, 软件开发系统为InTouch.9.5中文版软件。
②下位机硬件配置、软件编制和调试。
下位机部分采用高可靠性、具有抗恶劣环境的工业用施奈德公司Modicon340自动化控制平台、监控盘及开关元件构成。
Modicon340自动化控制平台是地线管理系统的核心部件, 由它控制各测点的数据采集、处理、传输工作。采用Schneider Electric公司的Unity Pro 4.0软件编写PLC应用程序, 用于采集现场各点数据, 此程序循环运行, 每一个循环都将检测到的数据存入PLC内部数据区。此数据区中的数据通过PLC与上位机通讯可被上位机所调用。
(5) 地线使用管理系统调试。
7 系统运行情况
云峰发电厂地线使用管理系统改造于2008年10月31日全部完工, 经1个月的试运行后投入正式运行。自2008年12月投入运行至今, 该系统工作稳定、数据采集准确, 操控动作、上位机语音报警、光示牌显示正确率为100%, 达到了设计目的和技术要求。
上位机系统由研华工控机和音箱等组成, 运行至今未发生任何异常或故障。下位机系统由Modicon340自动化与控制平台、电源模块及开关元件构成, 运行至今未发生任何异常或故障。
(1) 发电部运行人员使用情况。
该系统可直观接地线位置。接地线使用情况通过系统接地线位置图来确认。例如:23变-低压侧地线被移走后, 将出现语音和光字牌报警提示。当发电部值班员将此地线安装在23变低压侧后, 需要手动在上位机的系统接地线位置图中, 将地线安装到图上的23变低压侧, 以接线图的形式直观的显示出来, 安装点位置在地线使用期间图标闪烁, 这样发电部人员可以方便交接班, 也可以很清楚的了解到地线的使用情况。
该系统具有语音提示功能。当某个接地线从地线柜中拿出后, 上位机就会有语音提示, 提醒发电部值班员注意。
该系统具有光字牌提示功能。当某个接地线从地线柜中拿出后, 上位机地线使用情况光字牌就会以红色显示此地线已被使用, 非常直观。
(2) 地线使用管理系统信息统计。
8 结语
云峰发电厂地线使用管理系统改造通过1个月的艰苦研制、开发和施工, 完成了PLC监控盘制作、地线柜改造、综合布线, 上、下位机硬件配置、软件编制和调试和地线使用管理系统调试等工作。完成预定的设计目标, 达到了实用化的要求。该系统功能齐全, 设计合理, 应用程序人机界面好, 数据显示清晰、美观, 易于操作, 便于维护, 可扩性好, 具有一定的专业水准。通过该系统可实时掌握接地线的使用情况, 强化接地线的现场管理。此项工程的完成为云峰厂的安全生产提供了有力的保障。
云峰发电厂地线使用管理系统自2008年12月运行以来, 一直稳定可靠, 实现了对地线使用的自动控制管理。该系统软件操控采用接地线电压等级闭锁条件, 使接地线使用符合现场设备规定, 规范倒闸操作步骤, 可以防止无关人员乱动接地线、防止运行操作人员走错位置误装接地线、防止接地线拆除后放错位置。该系统投入运行后, 可以结合云峰发电厂接地线提示板同时使用, 使运行值长能够实时掌握接地线的使用情况, 接地线规格、安装位置等, 为云峰厂的安全生产工作提供了有力的安全保障。
(统计数据为2009年1月-10月)
说明:此系统采集数据为连续采集, 10个月的采集操作数据累计为558次, PLC动作可靠率为100%。
摘要：云峰发电厂地线使用管理系统采用施奈德公司自动化与控制ModiconM340系列PLC, 用Unity Pro软件开发软件编写PLC应用程序, 用InTouch9.5软件作为工作站的开发和实时监控系统的运行平台, 网络传输采用以太网协议。本使用管理系统可对云峰发电厂地线的运行状态实现监控管理。
新型内嵌式地线融冰电流计算 篇4
关键词：有限元;直流融冰;新型地线;临界融冰电流;最大融冰电流
中图分类号：TM726.3 文献标识码：A 文章编号：
Current calculation model embedded wire melting ice
Hu –Yanghao， Yi- Lingzhi， Zhao-Chun
（Electric Power Company of Hunan Province Electric Power Research Institute， Hunan， Changsha 410007）
（Xiangtan University， Hunan Xiangtan 411005）
Abstract： In this paper， novel embedded ground wire in Hunan power system research and development of new DC ice melting technology， put forward two important parameters involved ground DC ice melting（the least ice-melting current and the max allowed current）concept and calculation method. According to the configuration GJ-70 wire， a 3D thermal-electric coupled simulation model of wire covered with ice was constructed based on finite element method（FEM） using ANSYS software. Simulation of the ice melting current critical different climate， temperature， and maximum current allows the ground running， compared with experimental data obtained by test personnel， further verify the superiority of the ice melting technology， and for the operating personnel effective ice melting current range offers reference.
Key words： FEM ;DC ice-melting; earth wire ;the least ice-melting current; the max allowed current
1. 引言
在2005年和2008年两次雨雪冰冻灾害中，出现了大量的输电线路地线断线事故。以2008年的冰灾为例，湖南省电力公司500kV线路地线断线322处，220kV线路地线断线432处，110kV线路地线断线1017处。地线发生事故以后，一方面造成了电网通讯中断;另一方面，由于地线断线后跌落在导线上，使导线接地，造成线路跳闸，从而导致线路停运。
针对地线的复杂情况与目前地线融冰技术的空白，为保证电力系统发电、变电、输电、配电的防冻融冰工作切实有效的开展，研究地线融冰方法必然是一个战略性的发展方向。为寻求一种方便、经济的融冰方法，湖南电网拟针对地线特点，提出一种新型的地线融冰方案-内嵌式地线融冰。
1热力学方程
1.1热传导方程
边界条件设定：在本模型中，选中覆冰层最外层面，设定其对流边界条件，对流系数为15.687W/m-℃（风速为3m/s），环境温度为-3℃。材料参数如表1所示。
2 导线覆冰仿真模型
2.1内嵌式融冰地线的结构及参数
进行内嵌式地线融冰，需将地线更换为内嵌式地线，内嵌式地线的原理为：将普通的钢绞线中的2股或多股钢线替换为绝缘铜线，为了确保地线在施工中绝缘层不至于损坏，需在绝缘铜线外面加上一层钢带，以保护绝缘铜线。
本文模型中使用ANSYS（有限元分析软件）的SOLID227热-电耦合单元（三维10节点耦合单元），根据表2的地线参数建立3D热-电耦合分析模型，能够求得施加电流载荷之后的覆冰导线内部的温度分布，比其他热分析方式更加精确、方便。图1给出了搭建的3D覆冰导线仿真模型。
材 料
电导率（20℃）（S/m）
热导率（W/m-℃）
比热（J/KJ-℃）
密度（kg/m?）
钢芯
2106
45
481
7872
铜
383
390
8899
交联聚乙烯
0
0.41
2500
940
空气
0
0.026
1007
1.1614
冰
0.01
2.26
2100
900
公称直径/mm
1×19
钢绞线
铜 线
绝缘层
钢带
全部钢丝
断面面积
mm2
全部铜线
断面面积
mm2
参考重量
Kg/100m
2.50×13
1.60×6
1
0.4
63.81
12.06
66.30
表1 材料参数 表2 内嵌式融冰钢绞地线参数表
3融冰电流的计算分析
3.1临界融冰电流
能够使覆冰导线在一定的外部温度和风速的影响下，通入能够使覆冰开始融化的电流，我们称之为临界融冰电流。稳态分析过程中，为了使导线外层的覆冰开始融化，一般导线与外层覆冰层接触处温度保持1℃以上即可。
电流载荷施加：6根铜线在进行融冰时分成两组，一侧短接，另一侧接入直流电流，利用通流后的热效应使地线升温从而使地线覆冰融化。首先选中铜导线的一个断面，施加零电位，另一端进行电位耦合，施加13A的电流。即3根铜导线施加约39A电流。 经过ANSYS软件仿真分析后，能够得到覆冰导线的温度分布云图如图2所示。从图2中可以看出钢芯温度最高，从钢芯向冰层外部逐渐降低。
图1 覆冰地线3D仿真模型 图2 临界电流仿真温度分布云图
图3中给出了温度半径的变化图，由图3中可以看出温度随着地线半径变化的趋势，钢芯部分最高温度达7. 23℃。在4mm至6mm之间为外层钢导线，其温度变化不大，基本接近3℃。6mm处为地线和覆冰层接触界面，温度为1℃左右。至16mm为外层覆冰，温度逐步减低，至覆冰层最外层温度为0.3℃左右。设定不同的覆冰厚度、环境温度和风速，求出一组临界融冰电流曲线。
在一般的情况下，如果输电线路已经架设好，其地线的型号一般不会更改，如果需要确定覆冰地线的临界融冰电流值，只要知道导线所处的气象条件即可。
图3 温度随附覆冰地线半径的变化图（位置/m）
从图4的临界电流计算结果可以看出，在覆冰厚度不变的条件下，随着环境温度的降低，融冰电流基本呈步进增加。随着风速的增加，融冰电流呈非线性增长。由于对流系数的影响，在3m/s至9m/s斜率比较大，之后的增长趋于平缓。从图5可以看出，风速固定不变时，融冰电流随环境温度升高而减小，基本呈线性关系。当环境温度为固定值时，融冰电流随着覆冰厚度增加而增大。
图4 覆冰厚度为10 mm时临界电流计算结果 图5风速为3m/s临界融冰电流的计算结果
3.2最大允许融冰电流
给覆冰导线通入一定电流，使其在在一定的外部环境和风速的条件下开始融冰，但是其导线内芯的最高温度不能高于70℃的条件下，所允许的最大电流值我们称之为最大融冰电流。国家规定地线最大融冰电流一般不超过100℃。
计算最大融冰电流的方法：导线在没有覆冰的条件下，在一定的外部温度和风速中，给导线通入电流，以3A为步进，当导线的钢芯内部的最高温度高于100℃，我们称之为最大融冰电流，最大融冰电流仿真结果如图6所示。本文参考的最高限定温度为100℃。最大融冰电流计算结果如表3所示。
环境温度
图6 最大融冰电流仿真温度分布云图
在不同的外部条件下，最大融冰电流和临界电流之间的可调范围不同。为了得到融冰电流的调节范围。本文选取覆冰厚度20mm，计算出不同环境温度和风速下，最大融冰电流和临界电流的比率。
从表4中可以看出，当覆冰厚度为20mm时，外部环境温度不变，随着风速的增大，最大电流与临界电流比率增大，最大可达2.582，可调节范围大。当风速固定不变，其比率随着外部环境温度降低而减小。最小为1.347，可调节范围小。
环境温度
表4最大电流和临界电流比率
4试验数值与计算结果对比分析
本文在低温气候实验室进行了融冰试验，模拟风速3m/s，环境温度-3℃;以及风速5m/s，环境温度-5℃等覆冰气象条件。对覆冰导线通入融冰电流，并逐渐增大，记录覆冰开始融化时的电流，即为临界融冰电流试验值。并与计算值进行对比如表5所示。
从表5中可以看出，计算值往往要大于试验值，并且有一定误差。这是由于本文中假定导线外部覆冰是均匀的、边界条件以及对流系数的设定采用经验值，而且忽略了辐射散热对融冰过程的影响。这些因素都造成仿真结果和实验数据之间的差距，但两者之间相差不大。能够比较好的验证临界融冰电流的可靠性。实际融冰过程中，如铜导线的电流大于上述表中值，即可实现融冰。
参 数
试验值
计算值
试验值
计算值
表5 GJ-70地线融冰导线临界电流对比表
5结论
对于地线的融冰电流的仿真分析设计到多个学科的综合知识运用，不仅包括电气，还需要一定的热学知识基础。本文通过对GJ-70地线进行建模和仿真。运用ANSYS有限元分析软件，在不同的覆冰厚度前提下，设置不同温度和风速条件，对架空地线融冰的临界电流和最大融冰电流进行分析和对比，可以得出以下结论。
（1） 临界和最大融冰电流随着环境温度的降低而呈单调增加趋势，电流与环境温度的变化基本呈线性关系。
（2） 当风速增大时，所需要的融冰电流也增大;当外部环境的温度降低时，所需要的融冰电流也会增大。临界和最大融冰电流与风速变化呈现出非线性关系。
（3）随着覆冰导线外部环境越恶劣，最大融冰电流和临界电流可调范围逐渐减小。
本文针对地线的融冰电流计算，通过ANSYS软件对其进行仿真分析是合理的，仿真和试验得出的结果相差不大，具有一定的参考价值和可信度。但本文的仿真结果及计算数据还需要更多的试验数据对比和改进。为了获得更准确的数据，还需要更进一步的改进数值计算方法。
参考文献
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地线系统 篇5
临时接地线是电力企业在线路或设备断电后进行检修前挂设的一种保证安全的工具, 是用来保护人员和设备的安全, 防止突然来电对人员和设备造成伤害。在日常工作中, 如果临时接地线管理不当, 就会造成严重的误操作甚至引发伤亡事故。据统计, 临时接地线合刀闸误操作事故发生的概率占各类误操作事故的60%, 因此, 加强对临时接地线的规范管理, 跟踪记录临时接地线的位置, 对降低由临时接地线引发的误操作事故有重要的意义。
1 工作原理
变电站智能地线管理系统主要是由微机防误闭锁装置、地线管理器和通信网络组成的。微机防误闭锁装置是智能地线管理系统的核心单元, 负责控制整个系统的正常运行。它既能与地线管理器通信, 又能利用人机交互功能完成指定命令, 规范使用和管理临时接地线, 并在微机防误闭锁装置用户界面上显示地线异常告警信号。地线管理器是用来管理变电站内临时接地线的智能电子设备, 它主要是由地线管理器主机、地线检测闭锁机构 (从机) 两部分组成的。地线管理器主机可通过RS232/RS422 或以太网与微机防误闭锁装置通信, 接收微机防误闭锁装置的解锁/闭锁等命令, 并向微机防误闭锁装置提供当前地线的实时状态。地线检测闭锁机构可以通过RS485 与地线管理器主机通信, 每台检测闭锁机构 (从机) 可对一组临时接地线进行状态采集和解锁/闭锁管理。使用地线管理器不但可以解决微机防误闭锁装置无法识别、管理临时接地线等问题, 还能实时查询地线是否位于地线室的指定位置, 以及地线取走、放回的使用记录等。智能地线管理系统的构成情况如图1 所示。
为了帮助智能地线管理系统掌握临时接地线的现场挂接位置, 实现五防主机对临时接地线状态的实时监控和管理, 在每组地线上配置了1 台无线型地线检测装置。该装置具备读取地线桩ID码值和无线发送的功能。当地线挂上地线桩时, 检测装置可读取地线桩ID , 将自身编码信息和地线桩ID通过无线网络发送到五防主机, 五防主机通过这些信息识别哪一根地线挂在了哪个地线桩上;当拆除地线时, 一旦无线装置检测到地线拆除, 就会将地线自身编码信息和挂接状态信息通过无线网络发给五防主机, 五防主机便可通过这些信息识别哪根地线从地线桩上拆下来。同时, 五防主机还可以根据该地线的挂接信息判断地线是从哪个地线桩上拆下来的。无线地线实时监控网络如图2 所示。
2 综合应用
在使用智能地线管理系统前, 临时接地线管理主要依靠的是接地线去向记录牌和工作人员的工作经验, 它无法实时获取接地线的实际状态, 存在管理不深入、效率低、对人有较高的依赖性等问题。在工作过程中, 一旦人员疏忽导致接地线漏拆、误拆, 将发生严重的生产事故, 进而影响人、电网和设备的安全。
智能地线管理系统是将微机防误闭锁装置与地线管理器相结合, 辅助以无线型地线检测装置, 实现临时接地线的防误功能, 提高临时接地线的操作效率和正确率, 有效预防或杜绝临时接地线误操作事故的发生, 提高变电站接地线的规范化管理水平。智能地线管理系统的配置如图3 所示。
2.1 应用模式
在应用智能地线管理系统时, 可用智能地线柜存放各种电压等级的临时接地线 (接地线上装有无线型地线检测装置) , 柜内部还配有电子智能设备——地线管理器主机和地线检测闭锁机构。将它们与五防主机连机使用, 可以实现对临时接地线的检测和解闭锁。
目前, 智能地线管理系统主要有2 种应用模式, 其详细描述、优缺点分析和应用范围如表1 所示。
2.2 操作流程
当需要取用接地线时, 可在五防主机上模拟操作票, 并将操作票传输到电脑钥匙上, 同时, 五防主机会发送命令给地线管理器主机, 操作票中对应接地线的地线检测闭锁机构解锁。此时, 地线检测闭锁机构指示灯由绿色慢闪变为红色、绿色交替慢闪。这表示检测闭锁机构里放置着正确的地线, 并且其处于解锁状态。取下接地线后, 指示灯由红色、绿色交替慢闪变为红色慢闪。这表示检测闭锁机构里没有放置地线。此时, 地线状态信息就会反馈到五防主机上。用电脑钥匙解锁打开指定接地桩后, 可将接地线挂设牢固后闭锁。如果安装有无线型地线检测装置, 即可将其所挂设的接地桩信息通过无线网络反馈到五防主机上。接地线取用操作流程如图4 所示。
当工作结束需放回接地线时, 可在五防主机上模拟操作票, 并将操作票传输到电脑钥匙上, 用电脑钥匙解锁, 取下相关接地线后闭锁。如果装有无线型地线检测装置, 可将已拆除的地线信息反馈到五防主机上, 并将已拆除的地线放回相应的地线检测闭锁机构。这时, 地线检测闭锁机构的指示灯会由红色慢闪变为红色、绿色交替慢闪。这表示检测闭锁机构里放置着正确的地线, 且处于解锁状态。将电脑钥匙操作票回传, 地线状态信息就会反馈到五防主机上, 五防主机就会向地线管理器主机下达闭锁命令, 闭锁相关地线。这时, 指示灯由红色、绿色交替慢闪变为绿色慢闪, 表示检测闭锁机构里放置着正确的地线, 且处于闭锁状态。接地线放回操作流程如图5 所示。
由图5 可知, 地线管理器与微机防误闭锁装置联机使用能充分发挥地线管理器的防误作用。地线的配置信息、解锁与闭锁均由微机防误闭锁装置统一配置、管理。地线管理器会向微机防误闭锁装置提供地线当前的状态, 并接收、执行微机防误闭锁装置发出的地线配置信息和解闭锁命令, 并管理临时地线。
3 结束语
综上所述, 采用智能地线管理系统可将微机防误闭锁装置与地线管理器相结合, 从而实现对临时接地线的有效管理。从技术防误的角度出发, 临时接地线的存放、管理、使用、归还过程要满足防误要求, 符合安全规定中相关作业流程和管理规范, 做到按章使用、有记录可查, 消除人为因素可能造成的误操作事故, 提高工作人员的操作效率, 降低变电站内检修维护现场的综合作业成本, 进一步完善变电站微机防误系统, 从而取得良好的管理效益和社会效益, 为电力安全生产提供有力的保障。
参考文献
[1]国家能源局.DL/T 687—2010微机型防止电气误操作系统通用技术条件[S].北京:中国电力出版社, 2011.
地线系统 篇6
关键词：接地线,GPRS,GPS,安全,报警
1 系统组成
电力作业接地线安全检测报警系统由以下几部分组成:位于作业现场的接地检测器和接地复示装置、工作负责人 (监护人) 手持的移动数据终端设备、位于线路工区的后台维护终端设备。各组成部分描述如下:
1.1 接地复示装置
接地复示装置取代原有的接地线夹。接地复示装置为无源装置, 其接口信号包括1路接地复示信号, 1路设备连接指示信号和一根公共信号回线。
接地复示装置与接地检测器连接, 其作用是向接地检测器提供接地线连接状态复示以及接地检测器和接地复示装置的连接状态指示。
1.2 接地检测器
接地检测器为便携式设备, 由线路作业班组人员随身携带。现场作业时, 作业人员先装设接地线, 然后将接地检测器与接地线的接地复示装置通过专用的信号线相连接。
接地检测器的作用是:检测接地线连接状态, 定位接地线装设位置 (杆塔号) , 并具有远程无线数据传输功能。接地检测器主要由以下几个功能模块组成:
(1) 输入端口。用于采集接地状态和检测设备连接状态。
(2) 操作按钮。包括“挂接”按钮和“拆除”按钮, 现场作业班组通过“挂接”按钮和“拆除”来确认接地线挂接和接地线拆除。“挂接”和“拆除”按钮的作用是:和接地复示接点配合, 双重确认接地线挂接和拆除操作。
(3) GPS定位模块。用于自动实时定位接地线的物理坐标, 即经纬度。接地线的经纬度数据, 通过无线上传到作业负责人手持的移动数据终端后, 用于判断接地线所在位置的杆塔或铁塔编号。
(4) GPRS/SMS通信模块。用于向移动数据终端实时无线传输检测到的信息, 包括:接地线连接状态、检测设备连接状态、按钮操作、GPS经纬度数据以及接地检测器自身工作状态等等。
(5) LED指示灯。包括接地指示灯、设备状态指示灯以及电源指示灯。
(6) 微处理器。用于实现接地检测器的各项功能。
(7) 电源。采用可充电锂电池供电。
1.3 移动数据终端
移动数据终端为手持便携式设备, 由作业负责人 (监护人) 随身携带。
移动数据终端通过GPSR/SMS通信方式接收从多个接地检测器传送来的数据, 以图形和列表方式显示各接地线的挂接位置和状态, 并贮存接地线挂接和拆除的作业过程历史数据。与此同时, 移动数据终端也可将接地线挂接信息, 实时传送到后台维护终端, 使接地线挂接和拆除作业过程能在后台上实时显示, 供线路工区和其他部门在线监视。移动数据终端主要包括以下几个功能模块:
(1) 键盘。作业负责人通过操作键盘来查看各个作业现场的接地线连接状态, 设置工作模式, 管理接地检测器和接地线编号等。
(2) LCD显示。用于人机交互。以图形和文本方式显示操作界面, 实时在线显示接地线连接信息等等。
(3) RFID扫描。用于扫描输入各接地线编号和接地检测器的编号。RFID扫描功能为可选项, 作业负责人也可通过键盘手工输入接地线编号和接地检测器编号。
(4) GPRS/SMS通信模块。用于接收从位于作业现场的接地检测器发送来的接地线连接状态、检测设备连接状态、按钮操作、GPS经纬度数据以及接地检测器自身工作状态等数据信息;同时, 也用于向后台维修终端和上级系统的监控平台实时传送现场数据。
(5) 杆塔GPS数据库。用于检索接地线的杆塔序号。从现场传回来的数据格式为接地线的GPS经纬度数据, 通过检索GPS数据库, 将接地线的GPS经纬度数据转换为杆塔编号。
(6) 微处理器及存储。用于实现移动数据终端的各项功能, 并记录接地线挂接和拆除的作业过程数据。
(7) 本地通信接口。支持标准USB和RS232通信接口, 用于和后台维修终端通信。
(8) 电源。采用可充电锂电池供电。
1.4 后台维护终端
后台维护终端为PC机, 设置于输配电工区, 用于后台维护GPS数据库以及设备管理, 同时也支持在线实时监视作业现场的接地线挂接状态。
在进行现场作业时, 后台维修终端不需要同步在线运行。现场作业结束后, 移动数据终端可以通过USB或RS232通信方式将数据上传到后台维修终端。
2 系统功能
电力作业接地线安全检测报警系统主要实现以下功能:
2.1 在线实时监测接地线状态
接地线连接状态, 包括接地线编号、接地线挂接及拆除的时间和位置, 实时显示在工作负责人 (监护人) 手持的移动数据终端上。根据需要也可实时显示在后台维修终端和上级系统的监控平台上。工作负责人 (监护人) 或其他职能部门能够实时监视接地线挂接和拆除的作业过程。
2.2 错挂报警
作业负责人在检修准备阶段, 在移动数据终端上预先设置检修杆塔号。接地线挂接后, 接地检测单元自动上报接地线所处位置 (GPS经纬度数据) , 移动数据终端通过检索本地GPS经纬度数据库, 得出接地线对应的杆塔号。当接地线挂接的实际杆塔号与预先设置的检修杆塔号不一致时, 移动数据终端发出声音和文字报警, 并图形显示接地线错挂位置。
2.3 漏拆报警
现场作业班组, 在拆除每一根接地线后, 都必须按下接地检测器上的“拆除”按钮确认接地线已拆除。
移动数据终端在接收到接地检测器自动检测到的接地拆除信号, 并且接收到作业人员按下“拆除”按钮的信息后, 判定对应的接地线有效拆除。
当检修线路上所有的接地线都有效拆除后, 移动数据终端将自动显示“所有接地线都已拆除”的信息。
2.4 作业过程记录
移动数据终端自动记录所有作业班组挂接和拆除接地线的时间和位置信息。这些历史数据可以上传到维修终端, 并形成数据报表, 供历史记录回放和作业评估考核使用。
2.5 设备自检
地线系统 篇7
1 通信模块的软件设计
通信模块示意图结构如上图1所示。软件设计的首要问题是TC35短消息模块的接口开发, 包括TC35初始化、工作方式和通信模式设定等等, 其设置方式主要是利用AT指令 (结构为AT+命令=参数) 。例如指令AT+CMGF=0把TC35模块的短消息工作模式设置为PDU格式, 指令AT+CMGL=0读取手机上全部未读过的短消息, 具体的相关AT指令即可查询到相关资料。
在软件设计过程中, 另外一个重点就是保证数据传输的可靠性。为使数据实现可靠性传输, 主要考虑了三个方面的问题: (1) 防止由于其他非正常的SMS内容对整个系统造成的干扰; (2) 防止由于接口电路本身受到各种电磁干扰引起的数据错误; (3) 防止GSM网络繁忙时短信发送失败。对于第一种问题:介入当前短信息的大范围使用, 出现众多的垃圾信息。为了系统不受该类信息的影响, 装置在接收到SMS信息之后, 立即判断出信息的来源。由于从GSM通讯模块读出的内容包括了发送信息的GSM通讯模块的卡号, 只要判断该号码是否与原来设置在线监测装置的通讯模块的卡号一致, 若不一致则直接删除处理。对于第二个问题:可以采用合理的电源滤波电路和可靠的接口电路进行处理。处理器与GSM通讯模块采用比较低的通讯速率, 对传输数据进行累加和的方式进行校验判断, 如出现错误则返回相应信息, 同时要求对方重新发送信息。对于第三种, 在进行短消息发送时考虑到GSM网络有时会出现网络繁忙出现发送失败的情况, 为了保证短消息能够发送成功, 在短消息发送失败后会自动重发三次。
2 硬件系统的实现
由于在电力线路上除了输电线路外, 没有其它任何物体, 而且拆接地线和挂接地线时线路上极有可能有残压, 故一般的传感器因为电磁干扰的影响很难准确的采集信号。
2.1 超声波测距软件设计
在此设计过程中主要是利用了单片机内部的两个定时/计数器T0和Tl, 其中T0口用于产生超声波的发射中心频率, T1口产生计数频率。在本文的设计中采用的工作方式都是方式1, 因为这种方式计数范围大, 不必频繁地产生计数中断便可完成所需测距功能, 还可以大大减少计时误差。
2.2 超声波测距原理
超声波测距的原理是采用渡越时间法TOF (time of flight) 。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回的时间, 乘以超声波的速度再除以二, 即可得到声源和障碍物之间的距离:
其中:C为超声波在空气中的传播速度, 在通常情况下超声波的传播速度取341 m/s;T为超声波发射出去到接收到回波所需时间;D为所需测量的距离。
超声波测距电路时用到了两个重要的频率, 在此装置设计时是利用单片机来产生频率。第一个频率, 超声波的发射中心频率信号本来就是40k Hz, 并由单片机的P3.0口输出。这是由单片机内部的定时器由软件编程所产生。第二个频率是单片机进行的计数频率。当定时器/计数器为计数工作方式时, 外部脉冲的下降沿将触发计数。为了方便计算, 本文设计的一个时钟周期内所测距离和超声波测距精度均为0.01 m。超声波从发射器的声波发出, 再由反射物反射到接收器, 所传播的距离为2倍测量距离。因此要设计成在一个时钟周期内超声波所传播的距离为0.02 m, 考虑到在标准状态下超声波的传播速度为341 m/s, 便可以计算出定时器的溢出频率为l7.05 k Hz。
3 电力线路工作中挂接地线的常见问题分析
(1) 填用第一种工作票, 在接到调度许可开始工作的命令后, 认为线路既已停电, 可不必验电, 就挂接地线。“验电”是“挂接地线”前一个绝不可少的步骤, 因为线路停电的倒闸操作一般是由变电操作人员实施, 对线路工作人员来说, “验电”才是真正的第一项技术操作内容, 是对“停电”的现场确认手续, 是能否进入下一个工序——挂接地线的判据, 可以有效地消除“停错电或要停电而未停电”的人为失误带来对人身安全的威胁, 实现线路工作人员自我保护。因考虑到线路工作多在野外, 点多面广线长, 即使是在工作地段两端挂接地线后, 在分支线挂接地线和工作相挂辅助接地线之前, 一般情况下也要先验电, 以策安全。
(2) 不在工作票上注明的接地杆塔挂接地线、少挂接地线或擅自改变接地点。工作票制度是电力生产中保证安全的重要组织措施之一, 严格和正确执行工作票制度是电力安全生产的基本要求, 评定工作票合格的条件包括两个方面:票面合格和实施正确, 缺一不可。工作票的实施正确尤为重要, 因为安全生产应注重“过程治理”和“现场落实”。少挂接地线的错误是显而易见的, 而临时改变接地点在技术上不一定会出错, 错在执行工作票制度的不严厉。不严格按照票面要求操作, 使好的措施流于形式, 助长个人的随意性, 这种作风与电力生产作业标准化、规范化的基本要求背道而驰, 对安全生产的危害极大, 应厉行禁止。
(3) 挂接地线没必要设专人监护。《电业安全工作规程》 (电力线路部分) (DL409-91) 只明确了验电时应有专人监护, 对挂接地线则未提及。正如前述, “验电”和“挂接地线”是密不可分的前后工序, 挂接地线时设专人监护既顺理成章, 也有必要, 其意义在于挂接地线操作的各项安全技术要点可以得到监督实施, 防止一些工作人员各施各法或偷工减料的不规范动作出现, 从制度落实上保障安全生产。
(4) 假如不是在线路三相上进行工作, 就可以只在工作相 (单相或两相) 上挂接地线, 没必要将三相短路接地。当发生三相对称来电时, 在单相或两相接地的情况下, 接地处会产生一个Id R的对地电位升高 (其中Id为短路电流, R为接地电阻) , 可能对工作人员产生伤害。而采用三相短路接地时, 因为短路处的三相短路电流之和为0, 短路处的对地电位为0, 不会有触电的危险。所以, 三相短路接地是必需的。
(5) 工作相的辅助接地点越多越好。在邻近带电线路的停电线路上作业时, 若有感应电压反映在停电线路上, 应在工作相上加挂辅助接地线, 以消除感应电压的影响。但要注重为防止感应可能产生的环流, 同一座杆塔不宜有2个或2个以上的接地点。
参考文献
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地线系统 篇8
电力系统设备检修是一项安全要求特高的工作, 首要重点是接地线要安全装设到位, 检修工作完成后接地线安全拆除并及时归位有序存放。在检修工作中, 一旦发生误挂、误拆、遗漏等情况, 哪怕仅有一次也会给检修工作造成重大损失甚至危及人员的生命安全。当前大多数电力企业除了在制度上对接地线的使用做一些基本要求外, 对接地线的具体管理还不够规范, 对接地线的存储、使用等各环节的管理和控制还缺少一套行之有效的办法, 管理更多的依赖于工作人员自身的安全意识和自觉性, 缺乏行之有效的技术手段或措施。在电力企业设备检修中, 由于带接地线合闸而造成人员伤亡和设备严重损坏等重大安全事故屡有发生。
湖北黄龙滩水力电厂共有老厂2台8.5万kW水轮机组和新厂2台17万kW水轮机组, 其中老厂2台8.5万kW水轮机组并入十堰电网110 kV系统, 新厂2台17万kW水轮机组并入十堰电网220 kV系统, 另外还有3台防汛机组。设备相对较多, 所处位置分散, 作为调峰电厂, 运行方式变更快, 秋冬季机组检修任务重。现场运行值班人员管辖设备多、作业面广, 操作频繁, 造成了作业过程中的安全隐患源多。目前现场接地线存放地点共有5处, 现场接地线使用情况主要依靠人员记忆及手工台账记录。中控室虽有使用登记, 但不能实时反映现场接地线的使用及位置情况。现场在做好安全作业操作规程、方法等方面下功夫来保证作业的安全外, 还需要采取先进的技术管理手段来加强管理, 重点是解决接地线要安全封到位, 检修工作完成后接地线安全拆除并及时归位有序存放, 防止发生接地线误封、错封、遗忘, 施工完成后接地线不能及时收回存放等现象, 监测已使用接地线是否真正已封到位, 与地线对应编号是否封位准确, 弥补当前管理方式存在的安全管理隐患。
1 系统组成及工作原理
黄龙滩电厂接地线远程管理系统主要由接地线识别系统与微机防误管理系统构成。接地线识别系统包括后台管理机、智能安全工器具柜、接地线检测装置、电脑无线接收终端等设备。
1.1 接地线检测装置
接地线检测装置利用本身自带的线卡与接地线捆绑, 线卡内部带有红外检测探头, 当有接地线通过线卡, 系统识别到有地线正在使用。通过红外线非接触式探测检测物体的有无, 把光信号转换成电信号, 传到主电路上。本系统设置有3个线卡, 可应用到三相接地线的检测, 也可应用到单相接地线检测。接地线连接好后, 本系统大约悬挂在距地面1 m左右的高度, 将本号地线的编号卡插入到系统的识别槽内, 卡片的识别就是通过传感器把卡片的信息转换成可被单片机识别的电信号。系统检测到该号地线正在使用中。经内部处理芯片处理后, 将地线使用数据发送到主控制室电脑。地线使用完毕后, 将系统从接地线上面取下, 并拔掉编号识别卡, 系统向主控室发送数据, 本号地线已归位。地线识别系统如图1所示。
1.2 通讯方式
系统与中控室接收设备通讯完全采用无线传输, RF通讯方式, 433 MHz载波频率, 开阔地信号传输距离达2 000 m以上, 完全满足工区内部使用。主控室接收系统由一个外部设备与电脑的串口相连 (类似于读卡器、打印机等) , 用于接收来自安全工器具室以及接地线检测系统的信息, 经接收系统处理后, 上传到后台管理机的电脑软件中, 通过电脑软件可直接反映安全工器具室内地线存放情况以及施工现场的接地线装设情况。
1.3 工作时间
本地线检测系统采用7.4 V、5 200 m A·h锂离子电池供电, 体积小、重量轻, 在使用时无需其他外部供电设备, 一次充电可连续工作2周以上。
2 系统主要功能
黄龙滩电厂接地线远程管理系统包括以下几个主要功能: (1) 存放监控功能。通过安装在每组接地线上的识别码, 系统可以对接地线进行识别, 实现接地线在安全工器具柜中的对号存放, 若出现不符合系统事先设定的操作取用接地线, 或错放、漏放接地线时系统均发出相应的语音提示进行警示。 (2) 记录检索功能。后台管理机软件系统具有操作记录与检索功能, 可以将操作人员信息、接地线编号、接地线装设的位置、接地线装设和拆除时间等信息都记录下来, 为接地线管理提供有效的依据。并且可进行现场及远程分类查询, 查询内容包括接地线库存情况、接地线使用情况 (借出/在库) 。 (3) 防误功能。后台管理计算机与微机五防系统紧密相结合, 对接地线使用情况实现同步管理。可以通过微机五防系统为操作人员提供实时、准确、清晰的设备状态与接地线装设信息, 可以规范操作人员的操作行为。操作前经过防误闭锁装置的闭锁, 可以用微机五防系统进行模拟操作、装设和拆除接地线, 系统结合现场实际情况对当前装设 (拆除) 接地线操作进行逻辑判断, 并能发出相应错误报警。 (4) 检验周期管理功能。对于纳入管理的接地线, 可以将其安检周期及安检时间输入系统中, 待检验时间到达前系统主动发出提示。 (5) 数据备份功能。数据库可自动按设置时间进行备份, 并且保证在服务器操作系统崩溃的情况下, 修复后数据库仍能正常使用并不存在数据丢失、数据被破坏等情况。数据库自动备份时间可手动进行设置。服务器具备断电后, 重新恢复供电时, 自动启动服务器及智能管理系统功能。
3 系统应用
黄龙滩电厂接地线远程管理系统将接地线识别系统各设备 (后台管理机、智能安全工器具柜、地线检测装置、电脑无线接收终端等) 之间进行无线通讯连接, 并对接地线进行唯一编号, 通过RFID (射频识别) 技术对接地线状态实施实时监控, 在接地线的存储、使用等环节中对接地线进行正确的身份、位置、状态和操作步骤等信息识别, 并将这些信息与变电站现有微机防误系统实现无缝连接, 使接地线的操作和使用纳入现有微机防误闭锁系统, 实现全程微机防误闭锁管理, 确保接地线从存放管理到使用、归还的全过程符合安规所设定的作业流程及管理标准, 从而改变接地线储存及使用时依赖于制度防误的现状, 有效避免带接地线合闸事故的发生。
4 结语
黄龙滩电厂接地线远程管理系统消除了人为疏忽造成的恶性事故隐患, 减轻作业人员人为判断的劳动强度, 规范倒闸操作作业中接地线使用的流程, 彻底杜绝发生误挂、误拆接地线操作的可能。同时提供智能化的安全工器具管理方式, 并具备到期校验提醒功能, 为现场作业提供全新的安全管理手段。
参考文献
[1]DL/T687—1999微机型防止电气误操作装置通用技术条件[S]
[2]张海龙, 徐建源, 王爱弘, 等.配网中可移动地线防误管理系统的研究[J].低压电器, 2008 (15) :34～37
地线系统 篇9
【摘要】合金护套作为铁路贯通地线的关键结构，其工艺实现直接影响贯通地线的使用安全。因此本文从工艺技术角度分析并确定了合金护套的材料及其工艺控制方法，满足贯通地线的使用要求，确保铁路运输行车安全。
【关键词】地线；合金；护套；工艺；分析；控制
一、概述
铁路贯通地线是铁路综合接地系统中的接地主线，用以实现铁路通信、信号、电力、牵引供电等各系统、设备之间的等电位连接，防止回流电流造成地网电位不相等而引发测量、信号装置的误动或拒动，确保设备安全稳定运行和人身安全，从而确保铁路运输行车安全。
铁路贯通地线工艺结构较为简单，由绞合铜导体外紧密包覆一层合金护套组成。合金护套是确保铁路贯通地线电性能、机械物理性能、环保性能、耐腐蚀性能和弯曲性能的关键结构，它的好坏直接影响贯通地线甚至于整个综合接地系统的使用安全，因此它的工艺实现在整个铁路贯通地线中至关重要。
本文着重从合金护套工艺技术角度逐一进行分析，并提出相应的控制实现方法。
二、合金护套材料的确定
1、铁路贯通地线合金护套的技术要求如表1：
2、根据表1的技术要求，同时考虑到材料的加工性能，确定合金护套采用的材料是黄铜合金材料。该材料的主要成份是铜和锌，它具有较高的耐腐蚀性能，同时具备较高的强度和塑性，能良好地承受冷、热压力加工，可以满足铁路贯通地线的使用要求。
三、合金护套的工艺控制
1、传统工艺
黄铜合金材料如何紧密包覆在导体外面目前还没有成熟的工艺。传统的工艺主要有两种：
1）连轧连铸工艺。此工艺可满足无缝、紧密包覆导体的工艺要求，但由于是合金材料，组成材料的熔点不一致，使其工艺温度控制很难达到要求，产品会出现厚度不均匀、偏心等质量问题，同时由于温度高，导致熔点低的材料成分有挥发现象，使材料性能有所下降，并且不具备连续生产条件。
2）传统的纵包焊接工艺。由于铜合金带材厚度为1.0mm，且硬度大，变形困难，传统的工艺变形方法易造成合缝不稳定，导致偏弧、穿洞等焊接缺陷，不能保证产品质量，甚至会造成很大浪费，再者焊接电流的大小和焊弧位置靠目测和人工调整，根本无法有效控制和跟踪焊接质量。
因此，目前传统的工艺方法还无法满足合金地线连续稳定正常生产的要求，对产品质量也会带来严重的影响。为确保铁路贯通地线合金护套能整体无缝紧密包覆在导体外，且满足合金护套的技术要求，我们根据黄铜合金材料的特点，确定铁路贯通地线合金护套的工艺控制按铜合金带分切面刮削处理、铜合金带纵包变形包覆导体、铜合金带纵包缝隙自动焊接以及铜合金护套的定形四个阶段进行。
1、铜合金带分切面刮削处理
由于铜合金带分切面有毛边，在受力纵包变形时，极易产生不规则翘起的铜合金细丝，导致合缝成形焊接时，焊弧瞬间短路产生很大的短路电流，造成焊缝表面产生穿透性的孔洞，因此在铜合金带变形前先利用两组带有稳定限位的刮刀组成刮削装置，分别刮削走行平稳的铜合金带左、右侧分切面，去除毛边，使铜合金带的左、右两侧分切面光滑平整，保证铜合金带变形合缝后缝隙均匀稳定。
2、铜合金带纵包变形包覆导体
由于铜合金带硬度大，厚度为1.0mm，因此它的纵包变形采用的是由优质模具钢制作并经调质处理而成的变形模具——轧辊来完成。轧辊由水平辊和立辊组成，它的圆弧尺寸、开槽位置和深度都是根据铜合金带宽和后续的变形外径来设计确定的。为保证合金带材变形走行平滑、顺畅且变形稳定，各变形辊之间的距离是按照一定比例间隔前后顺序排列的。
铜合金带纵包变形主要包含以下三个阶段。
1）铜合金带U形变形阶段
通过两道立辊、一道水平辊将铜合金带进行初步挤压变形，使铜合金带的左右两侧边沿向上翻起，且铜合金带的中部呈弧形下凹，最后由平板形变为U形。
2）铜合金带圆形变形阶段
采用三道立辊、四道水平辊将铜合金带进一步整形。通过水平辊左右圆弧尺寸由大到接近定径尺寸的渐变和立辊上下圆弧尺寸由大到接近定径尺寸的渐变，使铜带在变形过程中，受到上下、左右均匀的挤压力，逐渐将铜合金带材由U形变为圆弧状，随着圆弧合缝间隙的逐步缩小，最后变为类圆形状态，纵包于铜导体外表面。
3）合金护套成型阶段
铜合金带经过多次轧辊变形，纵向包覆于铜导体外表面后，经三道水平辊对合缝后的圆形铜合金管进行固定，确保圆形铜合金管的合缝位置控制稳定准确，为下一步的自动焊接作好了准备。
3、铜合金带纵包缝隙自动焊接
合金护套成型后，启动已设定好焊接工艺参数的焊接装置，将焊枪始终处于合缝的中心线上；对圆形铜合金管的合缝进行在线自动焊接；自动焊接的控制系统采用PLC可編程控制器为核心控制单元，对焊接速度、焊接电流通过可编程的PLC进行自动跟踪控制；合缝进行在线自动焊接时，焊枪与焊缝的相对位置实施自动跟踪和监视，控制信息经过显示器监视系统采集反馈到焊枪自动控制系统，焊枪可自动调整位置，保证焊弧始终处于焊缝中心位置，并使得在同一焊接速度下，焊接电流稳定，保证焊接质量。焊接时采用氩气作为保护气体，可以隔绝空气对电弧和熔池产生的不良影响，减少合金元素的烧损，确保焊缝平整、无缺陷。
4、合金护套的定形
焊接完成后的圆形铜合金管进入两道立辊组成的环形凹槽内，进行最终整形；再通过由硬质合金制作而成的缩径拉拔装置使铜合金护套紧密包覆在导体外，形成光滑圆整、线径均匀一致的铜合金护套，克服了变形焊接过程中可能导致的线径不均匀、不圆整的问题，确保铁路贯通地线接地电阻小于1Ω。
四、结束语
本文根据铁路贯通地线合金护套的使用要求，分别从护套材料的选择和护套工艺实现的角度进行了分析，确定了铁路贯通地线铜合金护套工艺控制的四个阶段分别为铜合金带分切面刮削处理阶段、铜合金带纵包变形包覆导体阶段、纵包缝隙自动焊接阶段以及合金护套定形阶段。该工艺控制采用的变形轧辊组成的变形装置使铜合金带变形合缝的稳定性大大提高；采用的自动跟踪焊接装置，操作简单，克服了人为因素对产品质量的影响，保证了焊接质量的稳定可靠，充分满足了铁路贯通地线产品技术要求，同时由于变形稳定可靠，焊接自动跟踪，有效提高生产速度，在提高产品质量的同时，提高了效率和经济效益。
参考文献
[1]中华人民共和国铁道部.铁运〔2012〕241号.铁道部关于印发《铁路贯通地线暂行技术条件》的通知，2012.
地线系统 篇10
关键词：动态地线,拓扑,微机防误
0 引言
目前, 国内大部分变电站, 基本上已经安装了微机防误闭锁系统, 使用效果良好, 能够有效地防止变电站误操作的发生。在临时接地线操作时, 往往采取地线桩+机械挂锁的方式进行防误闭锁, 即在一段线路或母线上设置一个地线桩 (接地点) , 地线桩的数量及安装地点是固定的, 需要挂接地线时, 将闭锁在地线桩的机械锁打开, 挂上地线即可。此种方式对于一些简单的操作, 能够有效地防止带电挂接地线和防止带接地合闸, 但对于大型操作, 如主变检修、母线检修、全站检修, 需要大量使用临时接地线时, 存在需要挂接位置无地线桩或数量不足、地线桩设置位置不合理等问题。目前, 解决这些问题的主要措施及其缺点为:
(1) 前期尽可能多的设置地线桩。由于检修位置的不可预知, 虽然地线桩数量众多, 但仍有可能无法满足检修要求。
(2) 临时补焊地桩。实施难度大, 延长操作时间, 且存在安全隐患。
(3) 直接在接地扁铁上不经过地桩接地。接地不可靠, 不能有效保障检修人员安全, 违反安规, 进一步挂上接地线后, 并没有在防误系统中体现, 存在漏拆地线导致带接地合闸的误操作的安全隐患。
为此, 提出了一种全新的动态地线解决方案, 设计出一种动态地线防误闭锁系统, 利用网络拓扑的图形搜索技术、图形拓扑分析技术、防误逻辑动态判断等技术, 解决目前地线操作存在的问题和隐患, 保证电网的安全运行。
1 系统组成
动态地线防误闭锁系统是由微机防误闭锁系统演化而来, 主要由防误主机、传输适配器、电脑钥匙、各类锁具和移动地线桩组成, 如图1所示。
2 系统原理
防误主机安装有动态地线防误闭锁软件, 提供图形界面, 内置基于图形拓扑技术的防误逻辑, 图形界面中可不再设置固定接地点图元, 可以实现图形中任一点母线及连接线挂接接地线。未模拟时, 仅显示有地线挂接的地点的接地线状态。当有模拟操作涉及到地线挂接操作时, 在地线库中拖动地线符号, 可在图形中线路任一点挂接接地线, 并在挂接过程中进行五防逻辑判断:若符合五防逻辑, 则允许挂接;若不符合五防逻辑, 则提示错误原因。当接地线挂到指定接地点后, 继续模拟与地线相关的设备其他操作步骤, 在装设接地线后, 不符合五防逻辑的设备禁止操作。模拟完毕后, 显示已挂接的地线符号。
3 工作流程
当有操作任务, 模拟时, 涉及到地线的操作, 通过图形系统模拟挂接或拆除地线。模拟挂接地线时, 在图形库中拖动相应编号的地线准备挂接, 拖动到挂接线路或母线的任一点由系统自动进行地线挂接的防误逻辑判断, 符合地线挂接条件时, 完成地线模拟挂接操作。模拟完毕后, 图形显示已挂接地线的状态, 继续下一步模拟操作。模拟结束后传票, 此时图形上有地线挂接的地点显示接地线符号。操作人员携带电脑钥匙到现场操作, 涉及到地线时, 走到正确的接地点, 再将移动地线桩螺栓安装至对应位置的接地扁铁上, 然后挂接地线, 点击电脑钥匙确认该步操作, 电脑钥匙跳到下一步, 其他操作正常进行, 操作完毕后, 钥匙回传操作信息, 生成相应地线使用的记录。
接地线的操作 (装、拆) 过程经过动态地线防误闭锁装置的闭锁, 可减少仅凭操作人员记忆造成漏拆地线的情况发生, 使其真正按电脑记忆的逻辑来进行操作。
由于挂接位置是由操作人员人工确认的, 故动态地线防误闭锁系统并不能防止接地线挂错位置, 可以通过其他技术措施或管理措施进行约束。
4 主要功能和特点
(1) 图形拓扑分析和防误规则判断:能够搜索出操作相关的接地线、开关、隔离刀闸、接地刀闸的连接关系, 并进行各种电气岛、接地岛、连通支路的判别, 搜索操作设备的相关接地线、开关、隔离刀闸、接地刀闸等设备, 系统获取监控或电脑钥匙采集的相关设备状态, 根据预置的设备操作逻辑, 动态判断该设备能够操作。
(2) 地线状态、地线使用情况实时显示:通过界面显示地线的实时状态和地线的使用情况, 实现动态地线操作记录电子化。
(3) 自动生成操作术语功能:可以根据地线挂接位置, 自动读取位置信息, 动态生成相关术语, 且生成的术语可以自行编辑, 系统会记录历史使用的位置信息, 以供操作人员下次使用。