一、概要

1.1 背景

接地網(wǎng)是電氣系統(tǒng)的一個重要組成部分， 其意義在于能夠為電氣基礎設施提供安全和可靠性。接地網(wǎng)的設計是為了保護人員和設備免受電能的危害，并防止電氣故障對電氣系統(tǒng)造成的損害。接地網(wǎng)的背景可以追溯到電力的早期，當時電力系統(tǒng)剛剛發(fā)展起來。早期的電氣系統(tǒng)沒有接地網(wǎng)， 因此， 電氣故障經(jīng)常造成設備損壞，并對人員造成安全隱患。隨著電氣系統(tǒng)變得更加復雜和廣泛，對接地網(wǎng)絡的需求變得更加明顯。接地網(wǎng)的發(fā)展使電氣基礎設施更加安全和可靠，并為短路和雷擊等電氣故障提供保護。接地網(wǎng)的工作原理是為電能流向地面提供一個低電阻的路徑，防止其流經(jīng)設備或人員。這是通過使用電極、導體和其他接地元件將電氣系統(tǒng)與大地連接起來實現(xiàn)的。接地網(wǎng)的意義在于其能夠為電氣系統(tǒng)提供若干好處， 包括保護人員免受電能的危害、防止電氣故障造成的設備損壞來提供電力系統(tǒng)的可靠性和減少電磁干擾和減少電壓波動來提高電氣系統(tǒng)的性能。

總的來說， 接地網(wǎng)是現(xiàn)代電氣系統(tǒng)的一個重要組成部分，其重要性在于它們 能夠為電氣基礎設施提供安全、可靠、合規(guī)和性能。它們是確保電氣系統(tǒng)安全和可靠運行的關(guān)鍵部分，在現(xiàn)代社會中發(fā)揮著重要作用。與此同時，監(jiān)測接地網(wǎng)的接地電阻值也變得很重要，原因有如下幾點：

1 、接地系統(tǒng)的設計是為了防止電氣危險，而監(jiān)測接地系統(tǒng)的電阻值對確保其有效性至關(guān)重要。

2 、一個設計良好、維護得當?shù)慕拥叵到y(tǒng)可以防止電氣故障，確保不間斷的電力供應，而接地系統(tǒng)中最重要的參數(shù)就是接地電阻值。

3 、監(jiān)測接地電阻值還可以幫助優(yōu)化接地系統(tǒng)的性能。通過識別高電阻的區(qū)域，可以采取措施降低電阻，改善接地系統(tǒng)的整體性能。

總之，監(jiān)測大型接地網(wǎng)的接地電阻值對于確保電氣系統(tǒng)的安全性、合規(guī)性、 可靠性、維護和性能至關(guān)重要。它有助于發(fā)現(xiàn)潛在的問題， 并能及時采取糾正措施，這可以減少停機時間，節(jié)約成本，并提高系統(tǒng)的整體性能。

1.2  傳統(tǒng)方案

在大型地網(wǎng)中收集接地電阻的傳統(tǒng)方法是維護人員帶著電位下降測試儀或鉗形測試儀等儀器去到現(xiàn)場進行物理測量。這種傳統(tǒng)方法存在著如下問題：

1 、傳統(tǒng)的測量接地電阻的方法可能很耗時，特別是在大型接地網(wǎng)絡中。這個過程涉及到對每個電極進行單獨測量，這可能需要花費很長時間。

2 、由于土壤條件、溫度和濕度等因素，傳統(tǒng)的接地電阻測量方法會產(chǎn)生不準確的讀數(shù)。 而不準確的數(shù)據(jù)會誤導維護人員的判斷。

3 、傳統(tǒng)方法測量接地電阻需要訓練有素的人員進行測量并手動記錄數(shù)據(jù)，這在大型地網(wǎng)中是一個很麻煩的過程，同時需要花費更多費用。

4 、大型接地網(wǎng)中通過人工去收集接地電阻值可能是危險的，特別是當接地系統(tǒng)與高壓設備連接時。

5 、許多大型接地網(wǎng)位于難以進入的地區(qū)， 如發(fā)電站、變電站和工業(yè)設施，這可能導致維護人員難以帶著設備去現(xiàn)場采集接地電阻值。

總而言之， 大型地網(wǎng)中收集接地電阻的傳統(tǒng)方法會很耗時，測量數(shù)據(jù)可能不準確， 工作勞動強度大， 成本高，并有可能會帶來安全問題。但這些問題可以通

過使用無線傳輸和在線監(jiān)測等現(xiàn)代技術(shù)來解決。

1.3  無線傳輸方案

大型地網(wǎng)中接地電阻采集的傳統(tǒng)方案存在著種種問題， 可以通過遠程在線監(jiān) 測方式來解決。而實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測的方法主要有兩種， 一種是通過有線傳輸技術(shù)來實現(xiàn)，另一種是通過無線傳輸技術(shù)來實現(xiàn)。

有線傳輸技術(shù)， 如以太網(wǎng)或光纜， 使用物理導線或電纜來傳輸數(shù)據(jù)。有線傳 輸技術(shù)可以在中短距離內(nèi)提供可靠和高速的數(shù)據(jù)傳輸。無線傳輸技術(shù)使用無線電波或衛(wèi)星通信，以無線方式傳輸數(shù)據(jù)。無線傳輸技術(shù)可以提供大范圍的覆蓋和長距離的高速數(shù)據(jù)傳輸。它是需要在大的地理區(qū)域或在偏遠和難以到達的地方傳輸數(shù)據(jù)的理想應用。目前，大型地網(wǎng)多位于偏遠地區(qū)，采用有線傳輸方式的話需要在現(xiàn)場進行施工布線， 除了物理設備的費用之外還需要花費高額的施工成本。在 后續(xù)的運行維護中， 如果線纜出現(xiàn)損壞又需要成本進行修理維護。總的來說，有線傳輸實現(xiàn)方案整體的成本會偏高。而采用無線傳輸技術(shù)， 則只需要進行無線基礎設施的安裝和維護即可。

由于大型地網(wǎng)多處于偏遠地區(qū)，所以基本是沒有4G 或者5G 的信號，因此不適合采用NB-IOT方式進行傳輸，而 LORA 傳輸?shù)木嚯x相較于 衛(wèi)星通信而言很短，也不適合該場景。而衛(wèi)星通信技術(shù)使用軌道衛(wèi)星在遠距離上無線傳輸數(shù)據(jù)。它不需要清晰的視線， 可以覆蓋廣泛的地理區(qū)域， 因此是長距離通信的理想選擇。衛(wèi)星通信 技術(shù)的優(yōu)勢在于衛(wèi)星可以為偏遠和難以到達的地區(qū)提供覆蓋和提供可靠和高質(zhì) 量的通信。因此，使用衛(wèi)星通信技術(shù)來實現(xiàn)大型地網(wǎng)的接地電阻值遠程在線監(jiān)測是相對較好的方案。基于傳統(tǒng)方案的種種問題以及對常規(guī)數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)方式的的 對比， 我們提出一種基于衛(wèi)星通信的大型地網(wǎng)接地電阻值遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)。通過大型地網(wǎng)接地電阻監(jiān)測儀來采集地網(wǎng)中的接地電阻值， 然后使用衛(wèi)星短報文協(xié) 議將數(shù)據(jù)上傳到衛(wèi)星上，衛(wèi)星地面站接收衛(wèi)星的數(shù)據(jù)再發(fā)送給我們的后臺系統(tǒng)，用戶即可遠程查看地網(wǎng)中接地電阻的狀態(tài)。

二、基于衛(wèi)星通信的大型地網(wǎng)接地電阻值遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)

2.1  系統(tǒng)架構(gòu)

基于衛(wèi)星通信的大型地網(wǎng)接地電阻值遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分主要由 三個模塊組成，分別是大型地網(wǎng)接地電阻在線監(jiān)測儀、雷電數(shù)據(jù)采集器和 衛(wèi)星通信模塊。其中大型地網(wǎng)接地電阻在線監(jiān)測儀負責采集地網(wǎng) 中的接地電阻值，雷電數(shù)據(jù)采集器負責獲取大型地網(wǎng)接地電阻在線監(jiān)測儀所采集的接地電阻數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)發(fā)送給星通信模塊。 衛(wèi)星通信模塊則將雷電數(shù)據(jù)采集器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)發(fā) 送給衛(wèi)星，之后再由地面站將衛(wèi)星中的數(shù)據(jù)回收到后臺服務器中，用戶即可在平臺查看具體的接地電阻值。

2.2 大型地網(wǎng)接地電阻在線監(jiān)測儀
該儀器根據(jù)《JJG984-2004   接地導通檢定規(guī)程電阻測試儀》，《DL/T475-2006 接地裝置特性參數(shù)測量導則》，  《DL/T845.2-2004  電阻測量裝置通用技術(shù)條件第二部分：工頻接地電阻測試儀》 生產(chǎn)制造。主要用于變電站地網(wǎng)、發(fā)電廠、微波站、通訊基站等大型地網(wǎng)接地參數(shù)的在線監(jiān)測。

大型地網(wǎng)接地電阻在線監(jiān)測儀功能強大， 可測試工頻接地阻抗、 接地導通電阻、土壤電阻率、跨步電壓、接觸電壓、電位梯度等工頻特性參數(shù)。 儀表具有獨特的接地樁及連接線診斷功能和自檢功能，確保測試結(jié)果的準確。儀 器采用觸摸彩屏操作特別方便簡捷， 點擊“幫助”鍵操作提示一目了然， 儀器采用了新型變頻交流電源及微機處理控制和信號處理等措施，比較有效地解決了測試 過程中的抗干擾問題， 簡化了試驗操作過程， 提高了測試結(jié)果的精度和準確性，大大降低了試驗人員的勞動強度和試驗成本。儀器采用變頻抗干擾技術(shù)，配合大功率輸出。

大型地網(wǎng)接地電阻在線監(jiān)測儀的測試計時器自動記錄測試時間、 存儲含有日期時間的測試結(jié)果，自動存儲測試數(shù)據(jù)，滑動觸摸屏可以非常方便的查閱記錄的歷史數(shù)據(jù)， 完全隔離的 RS485 接口可將測試數(shù)據(jù)安全的上傳到 PC 機或工控機上，可以實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測及歷史數(shù)據(jù)讀取、查閱、保存等功能。儀器具有支持安卓系統(tǒng)的藍牙通訊，使用移動終端瀏覽器掃描屏幕上的二維碼下載安卓版的藍牙 APP，安裝 APP 后， 可在移動終端進行測試或閱讀帶有日期時間的測試結(jié)果。儀器結(jié)構(gòu)堅固，操作簡單，安裝方便。

性能特點

1、采用觸摸彩屏， 測試過程便捷輕松， 查看測試結(jié)果與歷史記錄非常方便， “幫助”按鍵操作方法一目了然。

2、采用變頻技術(shù)，測試電流頻率于 40Hz 至 60Hz 之間任意選擇一個或兩個頻率點。

3、輸出電流 1A～5A，電壓 400V，采用自動變頻技術(shù)及軟硬件濾波技術(shù)， 使得儀器具有一定的抗干擾性能，測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

4、可測量大型地網(wǎng)的接地電阻， 接地導通、土壤電阻率， 跨步電壓， 接觸電壓，地表電位梯度等。

5、具有電流樁與電壓樁測試功能，用于診斷連接線接觸不良、電壓樁與電流樁接地不良的故障。

6、自檢功能， 配有 0.5Ω 標準電阻可隨時對儀器進行自檢。確保測試結(jié)果的準確性。

7、支持安卓系統(tǒng)的藍牙通訊，安裝 APP 后可在移動終端進行測試或查看測試結(jié)果。

8、帶有 RS485 通訊接口， 可將測試數(shù)據(jù)上傳到 PC 機或工控機上， 實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測各接地參數(shù)。

技術(shù)指標

功    能 接地電阻測量，導通電阻測量， 土壤電阻率測量、 跨步 電壓測量，接觸電壓測量，地表電位梯度測量。

電  源 AC220V±10％， 50Hz

顯示屏  觸摸彩屏

阻抗測量范圍 0Ω ~2000Ω

最高分辨率 0.001Ω

測量誤差 ±2%rdg±5dgt

土壤電阻率測量 范圍 0Ω m～125kΩ m（由電阻測量范圍與測試長度而定）

土壤電阻率測量 根據(jù) R 的測量精度而定(ρ =2π aR；a:1 m～100m；π精度 =3.14)

抗工頻電壓干擾 能力 10V（50Hz）

測試電流波形 正弦波

測試電流頻率 于 40Hz 至 60Hz 之間任意選擇一個或兩個頻率點

最大輸出電流 5A

輸出電流等級 1A、2A、3A、4A、5A

最大輸出電壓 400V

測量線要求 電流線銅芯截面積≥2.0mm2；電壓線銅芯截面積≥ 1.5mm2

外形尺寸 450×296×280mm

數(shù)據(jù)存儲 可以

計算機接口 RS485 接口，數(shù)據(jù)上傳功能

藍牙通訊 支持安卓系統(tǒng)

工作溫濕度 -10℃~40℃; 80%RH 以下

存放溫濕度 -20℃~60℃; 70%RH 以下

耐    壓 AC 3700V/rms(電路與外殼之間)

2.3 雷電數(shù)據(jù)采集器

雷電數(shù)據(jù)采集器是我公司多年致力于“雷電防護在線監(jiān)測”的又 一高新技術(shù)產(chǎn)品。該產(chǎn)品具備在線監(jiān)測雷電流峰值，雷電流極性，漏電流大小 SPD 雷擊次數(shù)，實時溫濕度等功能。采用 35mm  導軌模塊裝設計，具有體積小，安 裝方便等特點。儀器本身基于 RS485  通信，配合我公司生產(chǎn)的其他智能物聯(lián)網(wǎng)

模塊可實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測。

基本功能介紹
配置功能說明

顯示屏 顯示監(jiān)測儀采集的數(shù)據(jù)和配置信息

RS485 接（1:A-2:B） RS485 接口讀取傳感器信息或輸出自身采集 數(shù)據(jù)

雷電流峰值采集（3-4） 采集雷電流峰值并判斷極性

漏電流采集（5-6） 監(jiān)測 SPD  防雷地線總漏電流大小

接地電阻監(jiān)測 對指定場所的接地電阻值進行實時在線監(jiān)測

RJ45 接口 可選

內(nèi)置環(huán)境溫濕度采集 監(jiān)測設備內(nèi)部環(huán)境溫濕度情況

翻頁感應按鈕 喚醒屏幕及翻頁查看數(shù)據(jù)

工作指示燈 電源指示燈，正常： 常亮 ，故障：熄滅

產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)

供電電壓 12Vdc

功耗 ＜ 2W

雷電流峰值監(jiān)測范圍 ±250KA

雷電流峰值監(jiān)測精度 <10kA： ± 15% ， >80kA： ± 15% ， 10-80kA：

± 10%

雷擊計數(shù)動作電流 ≥ 1000A

總漏電流監(jiān)測范圍 >1mA

防護等級 IP20

阻燃等級 UL94 V0

外形尺寸 L*W*H 110*62*58.5 mm

2.4 衛(wèi)星通信模塊

衛(wèi)星通信模塊是基于“天行者”衛(wèi)星通信，用于傳輸段數(shù)據(jù)業(yè)務的 產(chǎn)品，  具有高靈敏度、傳輸距離遠和可靠性高等特點。“天行者”是一個先進的 微小衛(wèi)星星座，由衛(wèi)星組網(wǎng)，均勻分布在六個近地軌道面上，可為用戶提

供實時無縫對接、全覆蓋的數(shù)據(jù)應用服務。

數(shù)據(jù)規(guī)格

● 封裝： SMD-44

● 尺寸： 30mm*30mm*4.2mm

● 支持頻段： UHF   頻段

● 發(fā)射功率： +33dBm

● 最大輸入功率：  10dBm

● 接收靈敏度：低至-132dBm

● 工作溫度： -40℃~+85℃

● 存儲溫度： -40℃~+95℃

功能特性
1 、遵循“天行者”衛(wèi)星通信協(xié)議，用于超長距離擴頻通信，抗干擾性強

2 、工作電壓為 5V，最大輸出+33dBm，最大工作電流為 1.5A

3 、接收狀態(tài)下具有低功耗特性， 接收電流為 43mA ， 低功耗接收狀態(tài)平均電流為 3mA

4 、模塊為半孔焊盤設計，需外置天線， SMA 接口， 50Ω 阻抗配系統(tǒng)

5 、模塊為半雙工收發(fā)模式，采用 UART  接口做為數(shù)據(jù)通信接口

三、大型地網(wǎng)接地電阻遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)實施方案

3.1大地網(wǎng)接地電阻在線監(jiān)測儀的安裝

接地電阻測量采用四線法，布線方法有夾角法和直線法。

在放線時， 應使電流線和電壓線保持盡量遠的距離， 以減小電磁耦合對測試 結(jié)果的影響。如果測試電流小于設定電流值時， 可能“電流極”與“電壓極”的 連線與地樁接觸不良或地樁與土壤接觸不良。此時， 可用儀器的“電流樁”或“電 壓樁”測量功能進行測試， 電流樁電阻應小于 80Ω , 電壓樁應小于 200Ω 。必要時可對接地樁澆水降低電阻。

3.2  雷電數(shù)據(jù)采集器的安裝

把雷電數(shù)據(jù)采集器 H D - LC-RS /C  固定到需要探測雷擊的引下線或避雷器接地線附近， 安裝在能提供 12Vdc 直流電的防雨箱體內(nèi)。雷電數(shù)據(jù)采集器與大型地 網(wǎng)接地電阻在線監(jiān)測儀通過 RS485  接口相連接，與衛(wèi)星模塊同樣是通過 RS485相連接。

雷 電 流 在 線 監(jiān) 測 儀 供 電 的 接 線 方 法

① 雷電數(shù)據(jù)采集器+端口與 12Vdc  電源的+端口相接

② 雷電數(shù)據(jù)采集器-端口與 12Vdc  電源的-端口相接

雷 電 流 在 線 監(jiān) 測 儀 RS 4 8 5   端 口 的 接 線 方 法

① 雷電數(shù)據(jù)采集器的 RS485  的 A 端口與大型地網(wǎng)接地電阻在線監(jiān)測儀的 RS485的 A 端口相接

② 雷電數(shù)據(jù)采集器的 RS485  的 A 端口與衛(wèi)星模塊的 RS485 的 A 端口相接

③ 雷電數(shù)據(jù)采集器的 RS485  的 B 端口與大型地網(wǎng)接地電阻在線監(jiān)測儀的 RS485的 B 端口相接

④ 雷電數(shù)據(jù)采集器的 RS485  的 B 端口與衛(wèi)星模塊的 RS485 的 B 端口相接

雷電流峰值采集線圈的接線方法

① 將雷電流峰值采集線圈的 LS 接線端子接入雷電數(shù)據(jù)采集器的 LS 端口（端 口3）

② 將雷電流峰值采集線圈的 GND 接線端子接入雷電數(shù)據(jù)采集器的 GND 端口（4）；

③ 將接地引下線上穿過雷電流峰值采集線圈中心孔 。

*注意：雷電流峰值采集線圈需要區(qū)分電流方向。

總漏電流采集線圈的接線方法

① 將漏電流采集線圈的 LCT 接線端子接入雷電數(shù)據(jù)采集器的端口 5： ② 將漏電流采集線圈的 GND 接線端子接入雷電數(shù)據(jù)采集器的端口 6；③ 將接地引下線上穿過漏電流采集線圈中心孔。供電后可在雷電數(shù)據(jù)采集器的 OLED  顯示屏上，通過翻頁感應鍵查看數(shù)據(jù)， 也可以在電腦上， 通過工具軟件或平臺，就能查看采集到的各項數(shù)據(jù)。
3.3  后臺查看數(shù)據(jù)

通過發(fā)放的相關(guān)賬號即可登錄海德物聯(lián)網(wǎng) IOT   管理平臺查看相關(guān)設備的狀態(tài)信息。海德物聯(lián)網(wǎng) IOT 管理平臺相關(guān)頁面如下圖所示。