一种防雷接地装置在线远程监测管理系统的制作方法

1.本发明属于防雷接地领域，特别涉及一种偏远无4g网络地区、无人值守场域的接地系统装置远程在线监测系统。


背景技术：

2.随着电子设备的广泛应用和人们安全意识的提高，防雷装置越来越多地被应用到各个领域，特别是在安全级别要求较高的单位和领域，更是需要高度重视的环节。因此，国家近年来也不断出台相应的标准，并且把它列为强制执行的标准。但是目前防雷行业依然采用传统的防护措施，产品单一，检测、监测、管理、维护手段落后，智能化程度低，无法实时掌握防雷装置的运行状况和各项防护数据，给防雷安全工作带来了极大的隐患。尤其是对于人迹罕至，交通不便的偏远地区或移动通信网络差的地区，防雷接地系统的参数测量更加困难，传统的依靠无线传感网、移动通信网络的实现数据监测的系统完全无法应用，必须完全依靠人工手动抄录。
3.在石化、电力、铁路系统、高铁牵引站、建筑、工矿企业、通讯等众多行业之中为防止设备遭受雷击后雷电流将设备损坏或者爆炸性事故的发生，通过引下线将设备与在设备周围地下埋设的接地系统相连。接地系统是对由埋在地下一定深度的多个金属接地极和由导体将这些接地极相互连接组成一网状结构的接地体的总称。接地系统接地电阻值越小，雷电流释放到大地中的速度越快，对设备的损坏几率越小。国标规定建筑物、石油库等设施接地系统防雷接地电阻值要小于10ω，防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、保护接地及信息系统的接地等，宜共用接地系统，其接地电阻值不应大于4ω。接地系统接地电阻是电流由接地系统流入大地再经大地流向远处扩散所遇到的电阻。接地电阻值体现电气装置与“地”接触的良好程度和反映接地网的规模。
4.接地系统规模有大有小，为达到符合国标的接地电阻值往往采用多根接地极并联的方式。接地极多采用镀锌角钢，接地极之间通过金属导线连接，接地系统一经施工完毕，它的变化将不在人们的视线下，随着时间的推移，土壤电阻率在变化，接地极被土壤的含酸成分或微生物分解后的化学成分等所慢慢腐蚀，接地系统的接地电阻值会逐渐变大。当阻值超过安全值时设备及人身安全得不到保护，因此需要实时监测接地系统的接地阻值。因为雷击产生的是包含高频份量脉冲电流，普通工频检测仪，不能反映地网遭受雷电流冲击，引起地网电位抬高的实际状况，所以亟需一种防雷接地装置在线远程监测管理系统。


技术实现要素：

5.发明目的：针对现有技术中的不足之处，本发明提出一种防雷接地装置在线远程监测管理系统，以提高接地系统电阻检测的精确性、稳定性；实现防雷接地系统数据的远程、实时、完整、便捷的在线监测；提高防雷接地系统用户端的灵活性、安全性。
6.技术方案：本发明提供一种防雷接地装置在线远程监测管理系统，包括：地网参数测试仪模块、用户控制终端、北斗卫星、4g无线数据传输模块、云平台、服务器和监控接收终
端；所述地网参数测试仪模块，由各种参数测试仪组成，实现各参数的测量，各参数测试仪通过基于zigbee的无线传感网络将数据传输给用户控制终端；所述用户控制终端通过无线传感网络接收数据，并通过北斗卫星的短报文功能，将数据发送到接收终端；所述监控接收终端将接收的数据通过所述4g无线数据传输模块将地网参数传输给云平台，并实现用户对场区内所有地网参数测试仪的远程在线监控；所述云平台实现地网参数测试仪模块、监测接收终端、服务器之间数据交互。
7.进一步地，所述地网参数测试仪模块监测接地电阻、跨步电压、跨步电势、等电位导通、环路电阻、土壤水分温度、土壤电阻率、接触电压、电气完整性、高频阻抗的值。
8.进一步地，所述用户控制终端包括控制器、基于无线传感网络的数据收发模块、北斗rnss定位模块、北斗rdss短报文通信模块、4g无线数据传输模块和电源模块；所述控制器通过基于无线传感网络的数据收发模块与各参数测试仪通讯，实现各个测试数据收集、指令下发；通过rnss通讯模块接收定位信息，并将位置信息及收集的测试数据通过rdss模块-接收终端-4g网络，上传云平台或通过4g无线数据传输模块直接上传云平台。
9.进一步地，所述监控接收终端包括北斗rdss短报文通信模块、单片机控制器和4g无线数据传输模块和电源模块构成；所述单片机控制器通过北斗rdss短报文通信模块接收用户测量数据再通过4g无线数据传输模块将用户测量数据上传云平台，或通过4g无线数据传输模块接收指令并通过北斗rdss短报文通信模块下发给用户控制终端。
10.进一步地，所述监控接收终端是pc机或者移动终端，用于对云平台访问获取测量数据，实现向地网参数测试模块下发指令，设置系统参数。
11.进一步地，所述用户控制终端可通过4g无线数据传输模块直接将数据传输到云平台和服务器。
12.有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：1、本发明系统整合土壤电阻率、跨步电压、接触电压、电气完整性、接地电阻、高频阻抗和等电位等多项接地参量的监测功能，全方位反映接地系统状况，提升综合监测效果，提高接地系统电阻检测的精确性、稳定性；2、本发明实现偏远地区、无移动网络地区防雷接地系统数据的远程、实时、完整、便捷的在线监测，不受地域限制，测量操作简便；提高防雷接地系统用户端的灵活性、安全性。
附图说明
13.图1为本发明的结构示意图；
14.图2为各参数测试仪结构示意图；
15.图3为用户控制终端结构示意图；
16.图4为系统接收终端结构示意图；
17.图5为高频阻抗接线图示意图；
18.图6为四极等距法土壤电阻率测试图；
19.图7为四极非等距法土壤电阻率测试图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
21.本发明提出一种防雷接地装置在线远程监测管理系统，如图1所示，包括地网参数
测试仪模块、用户控制终端、北斗卫星、4g无线数据传输模块、云平台、服务器和监控接收终端。所述地网参数测试仪模块，由各种参数测试仪组成，实现各参数的测量，各参数测试仪通过基于zigbee的无线传感网络将数据传输给用户控制终端；所述用户控制终端通过无线传感网络接收数据，并通过北斗卫星的短报文功能，将数据发送到接收终端；所述监控接收终端将接收的数据通过所述4g无线数据传输模块将地网参数传输给云平台，并实现用户对场区内所有地网参数测试仪的远程在线监控；所述云平台实现地网参数测试仪模块、监测接收终端、服务器之间数据交互
22.地网参数测试仪模块，由各种参数测试仪组成，实现各参数的测量，各参数测试仪通过基于zigbee的无线传感网络将数据传输给用户控制终端。由于各电站场域较大，现场布线成本高，各种地网参数测试仪一般由控制器(集成zigbee协议的cc2530，路由结点)、基于无线传感网络的数据收发模块、测试信号产生及输出模块、测量信号处理模块、ad转换模块以及电源模块构成，如图2所示。控制器模块经由数据收发模块接收指令，控制测试信号产生及输出模块输出测试信号，并启动测量，将测量后的数据再经由数据收发模块发送给用户控制终端(协调器结点)。
23.用户控制终端通过无线传感网络接收数据，并通过北斗卫星系统的短报文功能(无移动网络场合)，将数据发送到接收终端；接收终端将接收的数据通过所述4g无线数据传输模块将地网参数传输给云平台服务器；用户控制终端或通过4g无线数据传输模块直接将数据传输到云平台服务器。用户控制终端由控制器(集成zigbee协议的cc2530，协调器结点)、基于无线传感网络的数据收发模块、北斗rnss定位模块、北斗rdss短报文通信模块、4g无线数据传输模块和电源模块构成，如图3所示。控制器模块通过基于无线传感网络的数据收发模块与各参数测试仪通讯，实现各个测试数据收集、指令下发；通过rnss通讯模块接收定位信息，并将位置信息及收集的测试数据通过rdss模块-接收终端-4g网络，上传云平台(场区无4g网络)或通过4g无线数据传输模块-4g网络直接上传云平台(场区有4g网络)。
24.数据云平台实现测试仪终端、用户监控终端、服务器之间数据交互。云平台能实现各种接地参量的综合显示，存储、查询与打印。在运行中，根据现场需求，监测系统可通过一级用户帐号，设置、更改前端监测装置的参数，如设置采集终端的开启监测时间间隔、超限阈值等，并可通过短信、邮件、等方式发出告警事件具体内容，以便及时采取相应措施，避免安全事故的发生。
25.监控接收终端将接收的数据通过所述4g无线数据传输模块将地网参数传输给云平台，并实现用户对场区内所有地网参数测试仪的远程在线监控。监控接收终端可以是pc机或者移动终端(手机)，用于对云平台访问获取测量数据，也可通过该终端实现向地网参数测试终端下发指令，设置系统参数等功能。监控接收终端主要由北斗rdss短报文通信模块(基于hs201芯片)、单片机控制器和4g无线数据传输模块和电源模块构成，如图4所示。单片机控制器模块通过北斗rdss短报文通信模块接收用户测量数据再通过4g无线数据传输模块将用户测量数据上传云平台，或通过4g无线数据传输模块接收指令并通过北斗rdss短报文通信模块下发给用户控制终端(用户场域无4g网络)。
26.本发明主要针对地网的接地电阻和高频阻抗、跨步电压、跨步电势、接触电压、接触电势、接地导通、工频和高频等电位连接、土壤电阻率以及spd浪涌保护器、高铁牵引站地轨回流测量等防雷接地装置进行在线监测，可以全面地分析整个地网的运行状态；作为用
户，可以及时发现问题并有效解决，作为监管部门可以对整体防雷接地系统进行科学、精准、实时的监管，对采集到的地网数据进行系统全面的统计和分析，实现了传统防雷接地向数字化、网络化和智能化的蜕变，从而更好地、更加科学地开展防雷减灾和防雷监管工作。
27.本系统通过多种地网参数测试仪组合实现变电站接地、水电站接地、风力发电机组接地、库房、输电线路杆塔接地、地下矿井设备接地、气象防雷接地、石油化工场所接地、加油站防雷接地、通讯接地、铁路设施接地、建筑接地、电气设备等接地系统的各参数监测和管理。
28.本系统可根据不同性质的用户，灵活配置各种所需终端采集模块，现场布线简单，只需要就近取电(ac220v)及安装测量电极即可。在变电站或者升压之类场所，各种地网参数测试仪可安装在场区操作箱附近，距离远可通过电缆沟布线。
29.如图5所示，为高频阻抗接线图，d
cg
为电流极与被测接地装置边缘距离，d
pg
为电压极与被测接地装置边缘距离。接线柱c和p1，分别连接30米线到接地钢钎(d
cg
＝d
pg
＝30m)；电流极c与电压极p1，相对于被测接地体g，放线夹角为30
°
；接线柱p2和e，分别连接1.5米线，并联连接到被测接地体。
30.如图6为四极等距法进行土壤电阻率测试图，两电极之间的距离a应不小于电极埋设深度h的20倍，即a≥20h。试验电流流入外侧两个电极，接地阻抗测试仪通过测得试验电流和内侧两个电极间的电位差，得到r，得到被测场地的视在土壤电阻率。图7为四极非等距法土壤电阻率测试图，当电极间距相当大时，四极等距法内侧两个电极的电位差迅速下降，通常仪器测不出或测不准如此低的电位差，此时可用图7的电位极布置方式，电位极布置在相应的电流极附近，可升高所测的电位差值。如果电极的埋设深度h与其距离a和b相比较很小时，由公式得土壤电阻率ρ＝πa(a b)r/b，其中a为电流极与电位极间距，b为电位极间距。
31.本发明是一套智能化、软硬件结合的防雷在线检测管理平台。系统通过北斗系统的短报文功能、移动互联网，将数据传输给管理部门，最终通过计算机管理系统对整体防雷接地系统进行科学、精准、及时地监测，对采集到的地网数据进行系统的统计和分析，实现了传统防雷接地向数字化、网络化和智能化的蜕变，从而更好地、更加科学地知道防雷减灾工作，降低人工成本，大大提高了管理效率。并且本平台系统包含手机端应用小程序，用户可以随时登录查看相关接地系统的所有实时检测数据。