地网冲击阻抗测试系统设计高速数据采集子系统(附件)
是否能够准确测量接地电阻的数值，是保障电力系统以及电力设备安全稳定运行的重要条件，这与人身安全具有密切的关系。而只有高速数据采集系统才能达到要求，为了实现高速数据采集，设计一种高速数据采集装置。文中设计采用ADI公司的AD9226A/D转换器实现数据采集。因为AD9226采用的是带有误差校正逻辑的先进的多级差分流水结构，所以在65Msps高速的采样率下仍然可以稳定工作，并且获得精确的12位数据。本系统具有较高的采样精度、可靠性、抗干扰能力等特性。对采集板的输入输出、工作原理以及系统的各个部分功能进行了详细的分析。关键词 接地电阻，数据采集，FPGA，AD9226
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 接地电阻的测量意义 1
1.3 接地网国内外研究现状 2
1.4 数据采集技术的研究现状、应用及意义 4
1.5 本文主要研究内容 6
2 方案设计 6
2.1 总体方案设计 6
2.2 启动采样电路设计 7
2.3 信号采集与AD转换 8
3 高速数据采集子系统设计 10
3.1 基于AD9226的电路板设计 10
3.2 基于AD9226的数据采集子系统设计 14
4 PCB板设计的技术要点 21
4.1 印制电路板的电源线和地线的设计 21
4.2 PCB的布局布线 22
5 系统调试 22
结论 23
致谢 24
参 考 文 献 25
附录A: 27
附录B: 28
1 绪论
目前测量发、变电站的接地电阻的方法有很多，冲击电流法是一种比较实用的方法。但是由于技术水平的限制，现在世面上基于冲击电流法测接地电阻的装置都还不够完善。大多数设备都存在体积大、不便携带的劣势。而且还会存在采集速度慢，采集数据不准确等一系列问题。并且些采用高性能示波器来采集数据的装置又大大提高了设备的成本。
接地电阻的测量关系到人身的安全以及电力系统的安全稳定运行。如果不能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
够在测量时得到准确的接地电阻的数值，就会对电力系统造成很大的损害，同时也对工作人员的安全造成很大的威胁。所以，为了让电力系统在运行的时候能够受到最有效的安全保障，必须要设计出一种可以准确采集接地电阻的装置，要求该装置能够快速采集数据，并且保证采集数据的准确性。
课题研究背景
是否能够准确测量接地电阻的数值，是保障电力系统以及电力设备安全稳定运行的重要条件，这与人身安全具有密切的关系。目前，测量工频接地电阻的设备和方法比较多。然而，我们可以通过以往很多的具体实验数据总结得到，接地装置在分别被冲击电流和工频电流作用时，两种电流作用下的接地装置特性有着明显的不同，表现出非线性时变特性。当扩展到接地网领域时，特别是那些大型的接地网，这个时候无法忽略感性分量的存在，如果在雷电流上施加冲击电流并且此时雷电流上含有高频分量，那么起到主导作用的就是地网电感效应，甚至是主要作用。所以，在这种情况下我们需要一些新的测量接地电阻的方法来取代以往的传统的测量方式，应将出发点建立在冲击电流条件下接地电阻的慨念方面而展开研究。
1.2 接地电阻的测量意义
将电力系统交流电气装置的接地类型分为工作接地、防雷接地和保护接地三类，这种分类方式是根据电气装置接地的具体功能分类[1]。把接地装置相对无穷远处零电位点的电压设为V0，那么将通过接地装置流入地中的电流设为AT，所以可以得到：
接地电阻的数值=
当工频电流通过接地装置时，那么此时的接地电阻就为工频接地电阻，相应的如果冲击电流流入接地装置，那么接地电阻便是冲击接地电阻。接地装置的冲击电压的幅值（VMAX），与通过接地装置流入地中的冲击电流的幅值的比值便是接地装置的冲击接地电阻（AMAX）。即：
接地装置的冲击接地电阻=
通过对接地电阻的大小的分析，可以反映出接地装置的各种特性。例如接地电阻的值越小，那么就可以得出保护性能越好的结论。同样的，接地装置的稳定电位能力的高低也可以通过接地电阻的大小很清楚的反映出来。由于早期这方面的技术条件还不够完善，技术和条件的发展都受到限制，接地系统的测量只能把电力接地系统的工频特性作为主要测量方向。最近几年随着电力系统技术的不断发展和人们对这方面知识的不断了解，很少会因为人为的操作而造成系统故障，然而短路故障导致的事故却越来越占多数。如果发电站或者变电站突然有冲击电流流入，因为地网的接地电阻值比较大，受到接地电阻的影响地网电位就会瞬间变高，致使接地系统自身一部分电位差超过安全的临界值[2][3]。这样,很有可能会对工作人员安全造成威胁,甚至很有可能因反击，破坏二次设备的绝缘,如果高压窜入到控制室,使其中的设备受损则有可能会扩大事故的损害范围[4]。线路杆塔接地装置冲击接地电阻严重地影响线路的防雷效果。有太多的因素会影响到接地系统冲击特性,例如接地系统结构尺寸、土壤电阻率、雷电流参数等一系列因素,因此为了使冲击阻抗的测量更加准确，首先需要深入研究接地装置的冲击特性。同时,为了给接地系统的设计提供依据，还需要一种有效的便捷的测量方法来定量分析接地装置的电阻以及感性分量。所以，为了能够完善接地系统的设计，迫切需要一种装置来准确的测量接地电阻。
1.3 接地网国内外研究现状
目前如果要准确的、便捷的分析接地网的暂态性能，那么就需要把创建数值计算模型作为主要方向。目前在世界范围内主要有如下几种分析方法：电路法、电磁场法、传输线模型法和场路结合法。电路法采取的是电网络的分析方法，模型相对来说比较简单，并且土壤放电时所存在的一些问题也考虑在内，并且能处理土壤放电时的时变非线性特性和接地导体之间的感性耦合作用。但是如果遇到高频下电流波在导体中的传播这样的问题时就会显得很难处理，因为电路法只有在电流频率小于几百KHz的情况才可以使用；电磁场分析法的基础是天线理论，这种算法精度比较高，但是计算量偏大，难以处理土壤电击穿下的时变性和计算繁杂的接地网；场路结合法从电路的方向出发来建立模型，利用电磁场的观点处理参数，模型简单，计算量小，这种分析方法在当前运用的比较广泛；传输线法计算更注重效率，但是复杂接地网导体间的耦合这方面的问题处理起来就很困难，而且电流频率较高时，如果要兼顾接地网导体参数的时变和频变特性就比较困难。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 接地电阻的测量意义 1
1.3 接地网国内外研究现状 2
1.4 数据采集技术的研究现状、应用及意义 4
1.5 本文主要研究内容 6
2 方案设计 6
2.1 总体方案设计 6
2.2 启动采样电路设计 7
2.3 信号采集与AD转换 8
3 高速数据采集子系统设计 10
3.1 基于AD9226的电路板设计 10
3.2 基于AD9226的数据采集子系统设计 14
4 PCB板设计的技术要点 21
4.1 印制电路板的电源线和地线的设计 21
4.2 PCB的布局布线 22
5 系统调试 22
结论 23
致谢 24
参 考 文 献 25
附录A: 27
附录B: 28
1 绪论
目前测量发、变电站的接地电阻的方法有很多，冲击电流法是一种比较实用的方法。但是由于技术水平的限制，现在世面上基于冲击电流法测接地电阻的装置都还不够完善。大多数设备都存在体积大、不便携带的劣势。而且还会存在采集速度慢，采集数据不准确等一系列问题。并且些采用高性能示波器来采集数据的装置又大大提高了设备的成本。
接地电阻的测量关系到人身的安全以及电力系统的安全稳定运行。如果不能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
够在测量时得到准确的接地电阻的数值，就会对电力系统造成很大的损害，同时也对工作人员的安全造成很大的威胁。所以，为了让电力系统在运行的时候能够受到最有效的安全保障，必须要设计出一种可以准确采集接地电阻的装置，要求该装置能够快速采集数据，并且保证采集数据的准确性。
课题研究背景
是否能够准确测量接地电阻的数值，是保障电力系统以及电力设备安全稳定运行的重要条件，这与人身安全具有密切的关系。目前，测量工频接地电阻的设备和方法比较多。然而，我们可以通过以往很多的具体实验数据总结得到，接地装置在分别被冲击电流和工频电流作用时，两种电流作用下的接地装置特性有着明显的不同，表现出非线性时变特性。当扩展到接地网领域时，特别是那些大型的接地网，这个时候无法忽略感性分量的存在，如果在雷电流上施加冲击电流并且此时雷电流上含有高频分量，那么起到主导作用的就是地网电感效应，甚至是主要作用。所以，在这种情况下我们需要一些新的测量接地电阻的方法来取代以往的传统的测量方式，应将出发点建立在冲击电流条件下接地电阻的慨念方面而展开研究。
1.2 接地电阻的测量意义
将电力系统交流电气装置的接地类型分为工作接地、防雷接地和保护接地三类，这种分类方式是根据电气装置接地的具体功能分类[1]。把接地装置相对无穷远处零电位点的电压设为V0，那么将通过接地装置流入地中的电流设为AT，所以可以得到：
接地电阻的数值=
当工频电流通过接地装置时，那么此时的接地电阻就为工频接地电阻，相应的如果冲击电流流入接地装置，那么接地电阻便是冲击接地电阻。接地装置的冲击电压的幅值（VMAX），与通过接地装置流入地中的冲击电流的幅值的比值便是接地装置的冲击接地电阻（AMAX）。即：
接地装置的冲击接地电阻=
通过对接地电阻的大小的分析，可以反映出接地装置的各种特性。例如接地电阻的值越小，那么就可以得出保护性能越好的结论。同样的，接地装置的稳定电位能力的高低也可以通过接地电阻的大小很清楚的反映出来。由于早期这方面的技术条件还不够完善，技术和条件的发展都受到限制，接地系统的测量只能把电力接地系统的工频特性作为主要测量方向。最近几年随着电力系统技术的不断发展和人们对这方面知识的不断了解，很少会因为人为的操作而造成系统故障，然而短路故障导致的事故却越来越占多数。如果发电站或者变电站突然有冲击电流流入，因为地网的接地电阻值比较大，受到接地电阻的影响地网电位就会瞬间变高，致使接地系统自身一部分电位差超过安全的临界值[2][3]。这样,很有可能会对工作人员安全造成威胁,甚至很有可能因反击，破坏二次设备的绝缘,如果高压窜入到控制室,使其中的设备受损则有可能会扩大事故的损害范围[4]。线路杆塔接地装置冲击接地电阻严重地影响线路的防雷效果。有太多的因素会影响到接地系统冲击特性,例如接地系统结构尺寸、土壤电阻率、雷电流参数等一系列因素,因此为了使冲击阻抗的测量更加准确，首先需要深入研究接地装置的冲击特性。同时,为了给接地系统的设计提供依据，还需要一种有效的便捷的测量方法来定量分析接地装置的电阻以及感性分量。所以，为了能够完善接地系统的设计，迫切需要一种装置来准确的测量接地电阻。
1.3 接地网国内外研究现状
目前如果要准确的、便捷的分析接地网的暂态性能，那么就需要把创建数值计算模型作为主要方向。目前在世界范围内主要有如下几种分析方法：电路法、电磁场法、传输线模型法和场路结合法。电路法采取的是电网络的分析方法，模型相对来说比较简单，并且土壤放电时所存在的一些问题也考虑在内，并且能处理土壤放电时的时变非线性特性和接地导体之间的感性耦合作用。但是如果遇到高频下电流波在导体中的传播这样的问题时就会显得很难处理，因为电路法只有在电流频率小于几百KHz的情况才可以使用；电磁场分析法的基础是天线理论，这种算法精度比较高，但是计算量偏大，难以处理土壤电击穿下的时变性和计算繁杂的接地网；场路结合法从电路的方向出发来建立模型，利用电磁场的观点处理参数，模型简单，计算量小，这种分析方法在当前运用的比较广泛；传输线法计算更注重效率，但是复杂接地网导体间的耦合这方面的问题处理起来就很困难，而且电流频率较高时，如果要兼顾接地网导体参数的时变和频变特性就比较困难。
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