论文题目：基于 ARM 的接地网自动测试切换装置 专 业：电路与系统 硕 士 生：曹笛笛 （签名） 指导教师：刘 健 （签名） 摘 要 为了减少接地网测试时的现场测试工作量，提高工作效率，研制了一种接地网故障诊断自动测试切换装置。 接地网故障诊断自动测试切换装置由测试主控机、可控直流电流源、可编程数字万用表和程控切换装置等部分组成。ARM 微处理器芯片 LPC2210、霍尔传感器、继电器、模拟多路开关和电容储能维持装置构成了程控切换装置， 主要完成激励、 量测位置切换、激励电流极性转换和电流大小可控等功能。 基于 ARM 微处理器芯片 LPC2210 和嵌入式实时操作系统(C/OS-II)，采用 ADS1.2为软件平台进行开发，由测试主控机通过串口向程控切换装置发送控制命令，程控切换装置根据测试主控机的不同控制命令进行相应的动作， 实现了接地网故障诊断测试时激励位置和量测位置的自动切换、激励电流极性的自动转换和电流大小的控制等功能。且在自动测试切换装置突然掉电等异常情况下，电容储能维持装置能维持继电器触点状态，避免因开断直流大电流而烧毁触点。 采用所研制的装置对一个 60 支路的模拟接地网进行自动测试，测试其与主控机之间的通信，对激励和量测位置切换、激励极性转换和激励电流大小的控制等各项功能。结果表明装置不仅能实现正常的通信和控制功能，而且在异常情况下，电容储能维持装置能保护触点使其避免烧毁。 关 键 词：接地网；故障诊断；测试；自动化；ARM 研究类型：应用研究 Subject : An ARM Based Switching Unit for Automatic Test of Grounding Grids Specialty : Circuit and System Name : Cao Didi (Signature) Instructor : Liu Jian (Signature) ABSTRACT To reduce the manpower and improve the working efficiency in grounding grid corrosion diagnosis, an automatic test system for grounding grid corrosion diagnosis is presented. The automatic test system, which consists of four parts, such as, the host computer, the controllable DC current source, the programmable digital voltage meter and the intelligential switching device. And the hardware of intelligential switching device which includes ARM based micro-processor LPC2210、 hall sensor、 relay、 analog multiplexer and capacitor storage based backup power supply are designed and realized. According to which, the functions of automatic shift the current excitation positions and voltage measurement positions, automatic switch the excitation polarity and control the output current level are accomplished. Based on the micro-processor LPC2210 and the embedded operating system(C/OS-II), the software of the system is developed on the platform ADS1.2. The host computer sends the control commands through the UART to the intelligential switching device. After which, the intelligential switching device take the relevant actions according to the commands. Even on the condition of sudden outage, the contacts of the relay can be kept stable by the capacitor storage based backup power supply till the current returns to zero. The software Modules includes the communication with the host computer, auto-control of the excitation and measurement positions, excitation polarity and the output current level. An experimental grounding grid with 60 branches is tested by the proposed system. The functions of communicate with the host computer, auto shift of the current excitation and voltage measurement position and the control of the output current are tested. The results show not only the common functions of communication and control are accomplished but also the contacts of the relay can be kept stable by the capacitor storage backup power supply during the outage, so that the relays wont be damaged due to the non-zero current. Key words: Grounding grid Corrosion diagnosis Test Automation ARM Thesis : Application Research 1 绪论 1 绪论 1.1 选题的意义 接地网是利用地作为传导电流回路的一个元件，从而在正常、事故等情况下可以将电器连接处的电位固定在一个允许的范围内，以保证人身和设备的安全，维护系统和设施安全可靠地运行。但是随着使用年限的增长，有些接地网导体会发生锈蚀甚至断裂，破坏了接地网的原有设计结构，大大降低了接地网的原有性能，对设备和人身安全构成严重的隐患1。目前，国内普遍反映接地装置（地导体和接地引下线）腐蚀严重，并因此而接连不断地发生事故，不仅造成重大经济损失而且带来很大不良影响。 当系统发生接地短路时，可能造成地电位异常升高，除给工作人员安全带来严重威胁外，还可能因电缆批环流使二次设备的绝缘层遭到破坏，高压窜入控制室，引起检测或控制设备发生误动或拒动而扩大事故，造成巨大的经济损失和社会影响。为实现良好的接地，需要满足三个方面的要求： （1） 工作接地。这是根据电力系统正常运行方式的需要而接地。 （2） 保护接地。这是为了保证人身的安全，将高压电气设备的金属外壳接地。 （3） 防雷接地。这是针对防雷保护的需要，以降低雷电电流通过时的地电位升高。 一般地网合格与否的主要判据是其接地电阻值。由于接地网埋于地下，土壤电阻率的不均匀或土壤电阻率测量值的不准确，特别是季节系数和利用系数的取值，以及计算公式中的系数取值的影响，使接地电阻的设计值只能起到参考作用。施工完成后，还必须通过实际测量来确定其真实值。目前，设计接地系统时，经常采用等值电阻率方法来等效实际复杂的土壤结构，进行地网接地电阻的估算，但由于接地网结构往往使设计值与实际值相差较大，在这种情况下更有必要对接地系统的接地电阻进行实际测量。为了检查运行中接地网的状况， 有关技术规定也规定了其测试周期。 接地网接地电阻的测量，是接地网验收和运行中检查其合格与否的重要手段， 也是检验地网在电力系统发生故障时，能否发挥其保证安全作用的重要措施，已成为保障电力系统安全运行的一项重要工作2。 对于接地网的检查，过去一般都是在发现某段接地网阻抗不合格或出现事故后，通过开挖查找接地网的电气连接故障或腐蚀段而进行的。 这种方法带有盲目性、 工作量大、速度慢，而且还受现场运行环境的限制。如何有效、方便而快速地对接地网进行状况诊断是一个摆在我们面前的现实问题。 由于地网合格与否的主要判据是其接地电阻值， 而接地网通常是由水平导体网格和竖直接地棒组成，而且都是埋在地下的，为了测试方便，在地面留有少量可及节点。因1西安科技大学硕士学位论文 此，可以根据电路理论，通过给接地网地面可及节点施加电流激励，并量测其余各可及节点的电压值，通过节点电压法计算出各条接地网导体的实际阻抗，进而掌握接地网锈蚀状况。有的放矢地开挖和修复成为接地网故障诊断的一种常见方法。 接地电阻值的确定要有依据，要讲究经济效益，其定量要求要以一定的计算公式为依据。接地电阻值与接地电流密切相关，其阻抗取决于接地电流大小和频率，在频率较低时，电阻为阻抗的主要分量。 传统的接地电阻量测方式采用的是单路直流电流源对可及节点进行直流电流激励，并采用单路电压表量测可及节点电压，而为了充分利用可及节点，最大限度的增大明晰支路的数量， 需要反复调整电流激励位置和电压量测位置， 每变换一处激励或量测位置，就需要人工进行换线操作，换线比较频繁，工作量非常大。而且由于接地网所处区域一般为变电站或发电站，各种高频干扰会严重影响测试数据的准确性。此外，由人工操作所带来的影响不可避免。 文献1提出了一种电流源激励，电压量测的方法，该方法克服了引下线自身电阻的影响，在进行故障诊断时能更准确。而采用的量测方案是轮换激励位置和每处激励多处量测，该方法的提出是为了增加诊断方程个数，并采用迭代方法求解方程，获得非线性方程最小二乘意义上的最优解。 近年来随着嵌入式技术飞速发展，嵌入式控制器的应用几乎无处不在；移动电话、家用电器、汽车等等全都应用了嵌入式技术，嵌入式控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等优点，其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域，对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化过程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用3。 正确地掌握接地网的运行状况、及时发现隐患并采取相应措施、保护电力系统工作人员人身和设备财产安全、保障电力系统安全稳定运行具有重要的指导意义、社会价值和经济价值。由于传统的接地电阻量测方式量测起来很麻烦，误差较大而且较不稳定