地网阻抗分电流向量测试系统设计硬件子系统(附件)
本课题最终目的是给地网阻抗分电流向量测试系统设计提供硬件子系统。本文引见的是对硬件方面的挑选，选择的原因，以及对整个硬件子系统的详细介绍。以及对该硬件系统的6个模块的详细介绍，分别为A/D转换器模块、ARM模块、信号模块、无线串口模块、GPS模块以及电源模块的作用以及运转方式和电路图的介绍。同时也阐述了硬件焊接时的注意点，以及调试的结果。目的是为了系统测量目标量的时候可以具有较高的采样精度、可靠性、稳定性。最终通过软硬件的结合，在显示屏上还是能够稳定准确的显示出需要测量的相关量。关键词 地网阻抗、分电流向量、双机通讯、数据采集
目 录
1 绪论 2
1.1 课题来源及意义 2
1.2 国内外发展现状 3
1.3 课题研究目标及内容 4
2 方案论证 4
2.1 主控制模块的选用 4
2.2 A/D转换器芯片的选用 5
2.3 信号调理模块元器件的选用 6
2.4 GPS模块芯片的选用 6
2.5 串口通信模块芯片的选用 6
3 各个模块的设计 7
3.1 A/D转换器模块 7
3.2 信号调理模块 8
3.3 无线串口通信模块 10
3.4 GPS模块 11
3.5 主控制ARM模块 12
3.6 电源模块 13
4 焊接 14
5 调试 15
结 论 16
致 谢 17
参考文献 18
附录 20
1 绪论
1.1 课题来源及意义
自从人类能够自己发电以来，能够自己存储电力开始，随着时代的发展，人类能够存储的电力的容量就不断在增加。但是与此同时发电厂、变电站等的载入地下的工频短路电流的情况便开始大幅升高，因为这样，现在人类对于发电厂、变电站安全系数、稳定以及经济安全完好的要求越来越高。同时我们所采用的将电接地系统的接地阻抗这是一个对于我们来说特别重要的需要测量的参数，如果接地阻抗值普遍偏高那就会直接影响到我们的设备以及自身的安全。因此，对于发电厂 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
、变电所的采用的接地系统的降低阻抗以及对它们的优化越来越受到人们的关注。
随着我们发明的一些电力设施所需要的额定电压的等级的上升，各种超高电压、超大容量的变电所变得越来越多。与此同时的那些直接在外面的变电站中就形成了很多大的甚至超大的地网系统。但是地网系统的运转状态又直接影响到我们自身以及我们的设备的安全和电力系统的安全的运转。又因为地网系统是在地下运作的，所以对于它的工作环境并不理想，我们能做的应该是对它进行有固定周期的检测。因此我们就需要制定出一套合理的安全的有具体依据的并且可实现的测量系统。
在我们现在的电力系统之中，发电厂和变电站就好比是电力系统的重要组成部分类似于人的心脏一样，所以一旦在雨季被雷电击穿从而导致发电机，变压器这些极其重要电气设备的绝缘部分的损坏，必然会给我国的国民经济带来重大的损失，肯定会给现代人民的生活带来诸多的不便，因此，发电厂和变电所的接地的系统以及对于雷电的防护是特别有必要的。但在接地网络系统中大多数的情况下流入的都是雷击引起的冲击波型电流，因此，我们除了要给工频接地阻抗之外，还要关注冲击接地阻抗的状况，就目前而言冲击接地阻抗已经越来越成为衡量一个接地网络系统的性能的重要参数了。
其实在电力系统中，我们将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接叫做接地。接地的情况我们可以根据他接地的作用，将他划分为工作接地、保护接地、防雷保护接地以及防静电接地等几种情况。同时接地的这些装置在让电力系统可以像正常状态下一样可以以安全可靠的状态运行以及确保我们的电力设备以及保障操作人员的人身安全起着至关重要的作用。正常情况下通过一个接地电阻值的特别低的且良好接地地网可以在被雷电电击或电路发生短路故障时电流进入地下时抑制了线路的接地点的电位上升，所以可以通过这种方式有效的保护了我们的自身安全以及重要的电气设备，可以减少了因为超压而发生的一系列事故。与此同时接地系统还可以提供一个有参考依据的地电位给我们目前的电力系统从而可以保证我们的电力系统的安全的正常的运行。
我们把一切对电气设备的绝缘有着破坏性的电压升高的情况都称之为过电压。大气中的过电压指的就是在我们日常的电力系统里的基础的电气设备以及，地表的建筑物直接被雷电电击或者发生了雷电感应时候所产生的过电压。雷电的形成就是是雷云之间或者雷云与地面物体间的放电现象。但是后者被称之为地闪。这类放电现象经常对电力系统，尤其是给电力系统中的输电系统带来直接损坏。地闪能够将绝缘击穿，造成相与地或相与相之间短路，引起停电事故，给国民经济带来严重威胁。我们观察的途中可以发现在云放电时，在被击物中流过的雷电冲击电流幅值可高达几百千安，这种电流产生的的电磁效应、机械力效应和热效应等由于过于巨大，会使被这种电流击穿的物体被破坏掉:同时如果直接被这种雷电电击或者是与云层发生了雷电感应产生的过电压过程中的冲击波幅值可达到几千伏。我们需要准确的掌握接地网络在雷电作用下产生的冲击特性，只有这样才能有效的保护我们的电力系统以及做好建筑设施的雷电情况下的保护。
在此之前如果电力系统出现问题了，绝大多数情况下都是短路电流引起的，因此在很早之前在电力接地系统设计的过程中工频接地的阻抗是设计的重中之重。在此之前，早起的设计思路是采用的的解决办法，通过一些解析法和公式法，理想化的分析和想办法降低接地网的接地阻抗。
1.2 国内外发展现状
目前就国内外来说，目前最突出的研究的就是计算地网建立的数值从而来建立模型分析地网的暂态性能以及寻求具体的对电力系统更有效的保护方式。但是目前对于接地地网阻抗分电流的测量这一块没有很直接或者很方便的测量的方式。国内外主要的研究方向采用的方法来测量地网阻抗分电流的方式比较繁琐，而且不易操作，不仅如此测量值还不是足够准确。成本投入还比较巨大，耗费的人力物力太大。
1.3 课题研究目标及内容
就目前而言，普通的地网阻抗测试仪可以测量的相关量还是蛮多的，例如电压梯度，跨步电压等。与传统地网接地电阻测试仪相比，发电站的地网阻抗仪是通过向接地装置输出电流，而后再测量阻抗上的压降和电流，最后再通过具体的公式来计算出接地的阻抗。但是该方法在在测量电流时并未考虑从塔杆流入或流出的电流，所以就会使测量的实际流入地网的电流值不准确，误差较大，从而也会导致实际测得的阻抗值偏小，存在较大测量误差，给变电站或电厂的安全运行带来很大危害。
目 录
1 绪论 2
1.1 课题来源及意义 2
1.2 国内外发展现状 3
1.3 课题研究目标及内容 4
2 方案论证 4
2.1 主控制模块的选用 4
2.2 A/D转换器芯片的选用 5
2.3 信号调理模块元器件的选用 6
2.4 GPS模块芯片的选用 6
2.5 串口通信模块芯片的选用 6
3 各个模块的设计 7
3.1 A/D转换器模块 7
3.2 信号调理模块 8
3.3 无线串口通信模块 10
3.4 GPS模块 11
3.5 主控制ARM模块 12
3.6 电源模块 13
4 焊接 14
5 调试 15
结 论 16
致 谢 17
参考文献 18
附录 20
1 绪论
1.1 课题来源及意义
自从人类能够自己发电以来，能够自己存储电力开始，随着时代的发展，人类能够存储的电力的容量就不断在增加。但是与此同时发电厂、变电站等的载入地下的工频短路电流的情况便开始大幅升高，因为这样，现在人类对于发电厂、变电站安全系数、稳定以及经济安全完好的要求越来越高。同时我们所采用的将电接地系统的接地阻抗这是一个对于我们来说特别重要的需要测量的参数，如果接地阻抗值普遍偏高那就会直接影响到我们的设备以及自身的安全。因此，对于发电厂 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
、变电所的采用的接地系统的降低阻抗以及对它们的优化越来越受到人们的关注。
随着我们发明的一些电力设施所需要的额定电压的等级的上升，各种超高电压、超大容量的变电所变得越来越多。与此同时的那些直接在外面的变电站中就形成了很多大的甚至超大的地网系统。但是地网系统的运转状态又直接影响到我们自身以及我们的设备的安全和电力系统的安全的运转。又因为地网系统是在地下运作的，所以对于它的工作环境并不理想，我们能做的应该是对它进行有固定周期的检测。因此我们就需要制定出一套合理的安全的有具体依据的并且可实现的测量系统。
在我们现在的电力系统之中，发电厂和变电站就好比是电力系统的重要组成部分类似于人的心脏一样，所以一旦在雨季被雷电击穿从而导致发电机，变压器这些极其重要电气设备的绝缘部分的损坏，必然会给我国的国民经济带来重大的损失，肯定会给现代人民的生活带来诸多的不便，因此，发电厂和变电所的接地的系统以及对于雷电的防护是特别有必要的。但在接地网络系统中大多数的情况下流入的都是雷击引起的冲击波型电流，因此，我们除了要给工频接地阻抗之外，还要关注冲击接地阻抗的状况，就目前而言冲击接地阻抗已经越来越成为衡量一个接地网络系统的性能的重要参数了。
其实在电力系统中，我们将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接叫做接地。接地的情况我们可以根据他接地的作用，将他划分为工作接地、保护接地、防雷保护接地以及防静电接地等几种情况。同时接地的这些装置在让电力系统可以像正常状态下一样可以以安全可靠的状态运行以及确保我们的电力设备以及保障操作人员的人身安全起着至关重要的作用。正常情况下通过一个接地电阻值的特别低的且良好接地地网可以在被雷电电击或电路发生短路故障时电流进入地下时抑制了线路的接地点的电位上升，所以可以通过这种方式有效的保护了我们的自身安全以及重要的电气设备，可以减少了因为超压而发生的一系列事故。与此同时接地系统还可以提供一个有参考依据的地电位给我们目前的电力系统从而可以保证我们的电力系统的安全的正常的运行。
我们把一切对电气设备的绝缘有着破坏性的电压升高的情况都称之为过电压。大气中的过电压指的就是在我们日常的电力系统里的基础的电气设备以及，地表的建筑物直接被雷电电击或者发生了雷电感应时候所产生的过电压。雷电的形成就是是雷云之间或者雷云与地面物体间的放电现象。但是后者被称之为地闪。这类放电现象经常对电力系统，尤其是给电力系统中的输电系统带来直接损坏。地闪能够将绝缘击穿，造成相与地或相与相之间短路，引起停电事故，给国民经济带来严重威胁。我们观察的途中可以发现在云放电时，在被击物中流过的雷电冲击电流幅值可高达几百千安，这种电流产生的的电磁效应、机械力效应和热效应等由于过于巨大，会使被这种电流击穿的物体被破坏掉:同时如果直接被这种雷电电击或者是与云层发生了雷电感应产生的过电压过程中的冲击波幅值可达到几千伏。我们需要准确的掌握接地网络在雷电作用下产生的冲击特性，只有这样才能有效的保护我们的电力系统以及做好建筑设施的雷电情况下的保护。
在此之前如果电力系统出现问题了，绝大多数情况下都是短路电流引起的，因此在很早之前在电力接地系统设计的过程中工频接地的阻抗是设计的重中之重。在此之前，早起的设计思路是采用的的解决办法，通过一些解析法和公式法，理想化的分析和想办法降低接地网的接地阻抗。
1.2 国内外发展现状
目前就国内外来说，目前最突出的研究的就是计算地网建立的数值从而来建立模型分析地网的暂态性能以及寻求具体的对电力系统更有效的保护方式。但是目前对于接地地网阻抗分电流的测量这一块没有很直接或者很方便的测量的方式。国内外主要的研究方向采用的方法来测量地网阻抗分电流的方式比较繁琐，而且不易操作，不仅如此测量值还不是足够准确。成本投入还比较巨大，耗费的人力物力太大。
1.3 课题研究目标及内容
就目前而言，普通的地网阻抗测试仪可以测量的相关量还是蛮多的，例如电压梯度，跨步电压等。与传统地网接地电阻测试仪相比，发电站的地网阻抗仪是通过向接地装置输出电流，而后再测量阻抗上的压降和电流，最后再通过具体的公式来计算出接地的阻抗。但是该方法在在测量电流时并未考虑从塔杆流入或流出的电流，所以就会使测量的实际流入地网的电流值不准确，误差较大，从而也会导致实际测得的阻抗值偏小，存在较大测量误差，给变电站或电厂的安全运行带来很大危害。
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