本實用新型涉及風力發電機接地網監測技術領域，具體是一種風力發電機接地網在線監測預警裝置。

背景技術：

在風力發電機接地系統中，不僅需要及時了解風機的接地電阻，還需考慮土壤環境對接地網的影響，因此除對風機接地電阻測試外，還應評估土壤電阻率及土壤溫濕度等對接地電阻的影響。

在現有的解決方案中，大都采用土壤傳感器直接測量，測量手段單一，且對測量結果數據的傳輸和處理簡單，效率低下且效果不佳，整個測試過程不能進行智能管理。在現有接地測試系統中，大多從單一方面進行測試，比如單純測試接地電阻或單純測試土壤電阻率，而沒有對影響接地的因素進行全面測試。

公開號為：CN204256047U的實用新型公開了一種新型復合功能土壤電阻率測試儀，其包括功能電路模塊，功能電路模塊包括土壤電阻率測試部分、GPS部分、時鐘部分及數據存儲部分，土壤電阻率測試部分包括依次連接在電源與微處理器之間的DC/AC轉換功能模塊、交流放大功能模塊、濾波功能模塊、模擬采集模塊和基準值采樣模塊；所述的GPS部分包括GPS地點定位模塊和GPS電源管理模塊；所述的時鐘部分包括時鐘記錄模塊和時鐘備用電池供電模塊。該實用新型將GPS(地點定位)、時鐘(時間記錄)功能和土壤電阻率測試儀巧妙集成為一體，使得對同一地點和區域的土壤電阻率的監測和記錄更加方便和快捷，也不會有人為記錄出錯的可能。但是，該實用新型使用GPS定位來進行土壤監測點的位置確定，防止記錄出錯的技術方案，設計復雜，沒有將數據進行遠程傳輸到后臺，并從后期處理中提取更多信息。

公開號為：CN202974924U的實用新型公開了一種土壤電阻率在線監測系統，包括工業計算機、電阻率采集模塊、環境數據測量模塊、數據傳輸模塊、遠程控制計算機；電阻率采集模塊包括依次相連的方波信號源、多通道選擇開關、電極；方波信號源、多通道選擇開關、環境數據測量模塊分別與工業計算機相連；數據傳輸模塊分別與工業計算機、遠程控制計算機相連。該實用新型用于對電力系統變電站或輸電線路所處位置土壤電阻率數值隨季節變化規律的實時在線監測，其集成度高，自動化程度高，配置靈活，系統可靠性高，實現了多類數據的同步采集和遠程傳輸，實用性強。該實用新型實現了遠程在線監控，可以長期對土壤電阻率進行監測，但是由于采用了工業計算機，增加了設計成本。

公開號為：CN202693684U的實用新型公開了一種接地電阻監測系統，具體涉及一種多層土壤電阻率監測系統，包括數據處理中心、至少一臺監測儀、一根電流接地極、一根電壓接地極和至少兩根被測接地電極，所述被測接地電極安裝在土壤下需要監測的點，所述數據處理中心與監測儀相連接，所述監測儀分別與電流接地極、電壓接地極和被測接地電極相連接，所述監測儀內置儲存器。該實用新型的作用是：實現了對同一地點多層土壤電阻率的人工即時測量和無人自動定時測量；實現了基于數據中心的分布式多地點多層土壤電阻率的長期有線組網監測或無線組網監測；實現了對監測數據的傳送、發布、保存、顯示、查詢、統計、分析、打印等操作。該實用新型集成人工測量與自動測量，但是其數據傳輸方式單一，對于不合理數據缺乏預警處理。

在風力發電機接地網監測系統解決方案中，現有的監測裝置設計復雜、數據傳輸單一、智能程度低下且成本較高，同時不能對影響接地因素等進行完整系統性的測試。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種風力發電機接地網在線監測預警裝置，以至少達到長期定點對接地電阻、土壤電阻率、土壤溫濕度的監測和將數據遠程傳輸到后臺終端的效果。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：一種風力發電機接地網在線監測預警裝置，它包括主控制器、變頻恒流源、切換電路、土壤溫濕度傳感器、通信模塊和外設部件；所述通信模塊的輸入輸出端、外設部件的輸入輸出端分別與主控制器的輸入輸出端連接；所述土壤溫濕度傳感器的輸入輸出端與主控制器的輸入輸出端連接；所述的變頻恒流源通過串口與主控制器通訊；所述切換電路包括至少四個單刀多擲開關和至少八個支路接口；

所述的變頻恒流源包括真有效值計算單元、電流互感器、電壓互感器、恒流調節器、E極接口、ES極接口、P極接口、C極接口和正弦波合成器；所述電流互感器的電流信號輸出端與真有效值計算單元的電流輸入端連接；所述電壓互感器的電壓信號輸出端與真有效值計算單元的電壓輸入端連接；所述真有效值計算單元的調節信號輸入輸出端與恒流調節器的調節信號輸入輸出端連接；所述恒流調節器的控制信號輸出端與正弦波合成器的控制信號輸入端連接；

所述變頻恒流源通過E極接口與第一單刀多擲開關的動端連接，通過ES極接口與第二單刀多擲開關的動端連接，通過P極接口與第三單刀多擲開關的動端連接，通過C極接口與第四單刀多擲開關的動端連接；所述的至少八個支路接口包括E1極接口、ES1極接口、P1極接口、C1極接口、E2極接口、ES2極接口、P2極接口和C2極接口；

所述第一單刀多擲開關的其中兩個不動端分別連接E1極接口和E2極接口，所述第二單刀多擲開關的其中兩個不動端分別連接ES1極接口和ES2極接口，所述第三單刀多擲開關的其中兩個不動端分別連接P1極接口和P2極接口，所述第四單刀多擲開關的其中兩個不動端分別連接C1極接口和C2極接口，所述的E1極接口、ES1極接口、P1極接口、C1極接口、P2極接口和C2極接口的另一端與被測地網連接，所述的E2極接口和ES2極接口的另一端分別與接地體連接。

所述的通信模塊為光纖模塊，所述光纖模塊的接口與主控制器的通信接口相連。

所述的土壤溫濕度傳感器為全灌封土壤溫濕度傳感器；所述的全灌封土壤溫濕度傳感器采用RS485總線通信模式與主控制器通訊。

所述的外設部件包括信息存儲器、操作鍵盤、液晶模塊和實時時鐘；所述信息存儲器、操作鍵盤、液晶模塊和實時時鐘的輸入輸出端分別與主控制器的輸入輸出端相連。

所述串口為UART串口或SPI接口。

所述的單刀多擲開關為單刀雙擲開關。

本實用新型的有益效果是：本實用新型適用于長期定點對接地電阻、土壤電阻率、土壤溫濕度的監測。可以根據用戶的不同需求而設置不同的采樣間隔，采樣后的數據通過光纖網絡傳輸至客戶端，可以實現多機集中監測，同時監測儀可設定報警門限值，以提示用戶被監測地網是否在合理范圍內。本實用新型還具有設計簡單、測試效率高的特點。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構框圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步詳細描述本實用新型的技術方案，但本實用新型的保護范圍不局限于以下所述。

一種風力發電機接地網在線監測預警裝置，它包括主控制器、變頻恒流源、切換電路、土壤溫濕度傳感器、通信模塊和外設部件；所述通信模塊的輸入輸出端、外設部件的輸入輸出端分別與主控制器的輸入輸出端連接；所述土壤溫濕度傳感器的輸入輸出端與主控制器的輸入輸出端連接；所述的變頻恒流源通過串口與主控制器通訊；所述切換電路包括至少四個單刀多擲開關和至少八個支路接口；

所述的變頻恒流源包括真有效值計算單元、電流互感器、電壓互感器、恒流調節器、E極接口、ES極接口、P極接口、C極接口和正弦波合成器；所述電流互感器的電流信號輸出端與真有效值計算單元的電流輸入端連接；所述電壓互感器的電壓信號輸出端與真有效值計算單元的電壓輸入端連接；所述真有效值計算單元的調節信號輸入輸出端與恒流調節器的調節信號輸入輸出端連接；所述恒流調節器的控制信號輸出端與正弦波合成器的控制信號輸入端連接；

所述變頻恒流源通過E極接口與第一單刀多擲開關的動端連接，通過ES極接口與第二單刀多擲開關的動端連接，通過P極接口與第三單刀多擲開關的動端連接，通過C極接口與第四單刀多擲開關的動端連接；所述的至少八個支路接口包括E1極接口、ES1極接口、P1極接口、C1極接口、E2極接口、ES2極接口、P2極接口和C2極接口；

所述第一單刀多擲開關的其中兩個不動端分別連接E1極接口和E2極接口，所述第二單刀多擲開關的其中兩個不動端分別連接ES1極接口和ES2極接口，所述第三單刀多擲開關的其中兩個不動端分別連接P1極接口和P2極接口，所述第四單刀多擲開關的其中兩個不動端分別連接C1極接口和C2極接口，所述的E1極接口、ES1極接口、P1極接口、C1極接口、P2極接口和C2極接口的另一端與被測地網連接，所述的E2極接口和ES2極接口的另一端分別與接地體連接。

所述的通信模塊為光纖模塊，所述光纖模塊的接口與主控制器的通信接口相連。

所述的土壤溫濕度傳感器為全灌封土壤溫濕度傳感器；所述的全灌封土壤溫濕度傳感器采用RS485總線通信模式與主控制器通訊。

所述的外設部件包括信息存儲器、操作鍵盤、液晶模塊和實時時鐘；所述信息存儲器、操作鍵盤、液晶模塊和實時時鐘的輸入輸出端分別與主控制器的輸入輸出端相連。

所述串口為UART串口或SPI接口。

所述的單刀多擲開關為單刀雙擲開關。

如圖1所示，主控制器通常為一款微控制(MCU)芯片，內部包含CPU、RAM、ROM、定時計數器、多種I/O和各種驅動外設接口。主控制器作為核心，分配和調度其它部分有序的工作。由于它功能的強大通常扮演“大腦”的角色，負責與外部設備的數據通訊、人機設備(這里指按鍵和來LCD液晶模塊)的互動以及指揮變頻恒流源有效的測量。變頻恒流源作為一個完整的模塊，通過UART串口或SPI接口與主控制器之間進行通訊，來接收命令或返回測試數據。

測量接地電阻過程如下：變頻恒流源通過串口接收主控制器指令后，正弦波合成器將生成正弦波由C極流出，經過被測地網回到E極，形成一個電流回路，此時電流會經過第一電流互感器然后將信號送至真有效值(RMS)計算單元來計算注入接地網電流的大小，如果偏離設定值則驅動第一恒流調節器來達到恒流的目的。與此同時，ES極和P極在電流回路中通過電壓互感器采樣到一定的電壓，該電壓同樣經過真有效值(RMS)計算單元計算出真實電壓，最后根據歐姆定律計算出接地電阻阻值。

信息存儲器將用于存儲客戶設置的關鍵信息比如報警門限值、采樣時間間隔等關鍵信息、同時也為系統提供額外存儲媒介。操作鍵盤和液晶模塊為人機交互的必備部件。實時時鐘為監測提供年月日以及北京時間等重要信息，間隔采樣必須依賴于此。

當在線監測預警裝置采樣到數據后，通過通訊模塊將數據上傳到服務器端，服務器對數據進行存儲、處理；客戶端(PC機)通過網絡端口對服務器所接收的數據進行調用、查詢、統計。通過這樣的方式，客戶端端(PC機)可以實現多個接地電阻的數據查詢、統計及遠程實時監測。

全灌封土壤溫濕度傳感器可以長期工作于被埋土壤中，由于測試環境多變，主機和傳感器距離不定，故采用485總線模式。485總線采樣差分方式傳輸信號，此方式抗干擾能力強，通訊距離遠，滿足系統要求。

通過切換電路，實現對接地體的接地電阻測試。然后，通過接地體的接地電阻計算公式來反推出土壤電阻率。

反推出土壤電阻率公式為：

其中，

ρ——土壤電阻率，單位Ω·m；

L₁——接地體長度，單位m；

R_d——接地體工頻接地電阻，單位Ω；

d——接地體直徑(或角鋼等效邊寬)，單位m。

以上內容描述了本實用新型的基本原理和主要特點。本行業的技術人員應該了解到，在不脫離本實用新型所附權利要求書所限定的精神和范圍內，從形式上和細節上對本實用新型做出的變化，均為本實用新型的保護范圍。