本发明专利技术公开了一种基于地表电位分布的变电站接地网腐蚀诊断方法，其包括下列步骤：计算接地网的地表电位分布；选取测试导体及测点对地表电位进行测量；根据测点地表电位计算非测点地表电位，进而得出地表电位分布；将计算值与测试计算结果进行比较，判断故障所在区域；对区域内导体段进行进一步测试计算；比较计算所得电位分布曲线与测试计算所得曲线，若某导体段的地表电位下降幅度大于一阈值，且区域内其它导体段的地表电位均小幅上升，则判断该导体段即腐蚀段。该方法能在大幅减少工作量的前提下，有效地、准确地检测出变电站接地网的腐蚀故障位置，从而可及时采取有效措施，提高变电站接地网的运行可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电网检测
，尤其是涉及一种基于地表电位分布的变电站接地 网腐蚀诊断方法。
技术介绍
接地网是变电站的重要组成部分，其工作的可靠性对电力系统的安全稳定运行影 响重大。随着我国电网向超高压、大容量和远距离方向的快速发展，对于电力系统的安全、 稳定及经济运行的要求也越来越高。相应地，为确保电网的安全稳定运行，提高供电可靠 性，确保人身安全，对变电站接地网的性能提出了越来越高的要求。 变电站接地网长期埋于地下，不可避免地会受到土壤的电化学腐蚀。与此同时，流 经接地导体的杂散电流也会引起接地网腐蚀甚至断裂、接地引下线截面变小、接地体之间 接触不良等问题。此外，由于施工原因，接地网还可能存在脱焊或虚焊等故障隐患。这些故 障均会使得接地网性能大幅下降，进而可能会引发严重事故并带来巨大的经济损失。 我国由于资源和经济等诸多原因，现有变电站接地网所用材质大多以普通碳钢为 主，使得出现腐蚀形态的接地网导体通常呈现局部腐蚀状态。接地网发生腐蚀后，接地网导 体的碳钢材料会出现变脆、起层、松散、减薄、甚至发生断裂等状态，严重危及变电站接地网 及电力系统的安全可靠运行可靠，如何及时有效检测变电站接地网的故障隐患、进而采取 相应的防护措施已成为电力行业现有接地网运维工作中最为突出的问题。 目前，运行人员一般在发现变电站接地网接地电阻不合格、接地网引发事故或接 地网投入运行10-15年后通过大面积开发来查找变电站接地网的故障位置，但该方法存在 盲目性强、开挖工作量大和工期长等缺陷，且会影响变电站的正常运行。此外，根据变电站 接地网的散流特性，一些新的接地网故障检测方法也陆续出现，主要有三种：一是基于电磁 场理论，通过向接地网注入激励电流探测地表面的磁感应强度，根据磁感应强度的分布特 征对接地网进行故障诊断，但该方法受变电站现场电磁环境干扰，且难以对具体故障位置 进行准确判断，对腐蚀但尚未断裂的导体也难以做出精确诊断。二是基于电路理论，通过建 立故障诊断方程并结合相应优化算法实现接地网的故障诊断，但该方法运算较为复杂，诊 断方程病态程度较高影响诊断精度，且当接地网仅局部存在轻微故障时难以通过该方法得 到识别诊断。三是基于电场理论，通过向接地网注入激励电流探测地表电位分布，从而对接 地网进行故障诊断，但现有基于地表电位分布的腐蚀诊断方法所需测点较多工作量大，且 有可能出现由于现场检测不准确而导致故障点的误判或漏判的情形。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种变电站接地网腐蚀故障的检测方法，该方法通过测试和 计算分析变电站接地网的地表电位分布，能够实现对变电站接地网腐蚀故障的高效、准确 判断。 为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种基于地表电位分布的变电站接地网腐 蚀诊断方法，包括下列步骤： (1)使用数值计算方法计算接地网的地表电位分布；计算变电站接地网地表电位 分布可用如下数值计算方法： la.将节点数目为m的接地网分为n段导体，计算这n段导体之间的互阻抗矩阵 R，其中，矩阵元素Ru表示i段导体和j段导体之间的互阻抗，其计算公式为： i = l，...，n;j = l，...，n 式中，〇ES土壤电导率；e ^为真空介电常数；e 土壤相对介电常数；e E= e ^ %为土壤介电常数；1 ,与L分别为第i段及第j段导体长度；1 i，为第i段导体的镜 像长度；Du为将第i段与第j段导体之间的距离；D 为将第i段导体镜像与第j段导体 之间的距离； lb.使用T型等效电路分别表示这n段导体，即1段导体对应1个T型等效电路， 所述的T型等效电路由第i段导体（i = 1，…，n)的自电感L、自电阻4、第i段和第j段 (j = 1，???，!!）导体之间的互感M、第i段导体的对地电容C和对地电导G组成；经T型电路 等效后，所述接地网共有m+n个节点及2n段导体； lc.计算接地网经T型等效电路等效后各段导体的关联矩阵A，其中，关联矩阵A 的行对应于接地网经T型等效电路等效后的节点数目m+n，关联矩阵A的列对应于支路数目 2n，关联矩阵A中的任意元素的定义为： Id.计算经T型等效电路等效后具有m+n个节点和2n条支路的接地网的阻抗矩阵 Z，其计算公式为： 式中，Mi; j为接地网各支路经T型等效后的互感矩阵；k i为经T型等效后第i段导 体长度（i = 1，…，2n) 为第i段导体与第j段导体之间的距离；Z&为第i段导体的内 阻抗；h为土壤磁导率，并假设土壤和空气磁导率相同；；y = &~为 导体磁导率；1^为导体相对磁导率；0。为导体电阻率；1' (|为导体半径；1(|(丫1'(|)、11(丫1' (|) 分别为零阶及一阶贝塞尔函数； le.根据关联矩阵A和阻抗矩阵Z计算节点导纳矩阵，为Y_= AZ 1T;根据阻抗 矩阵R计算导纳矩阵，为G = IT1; If.计算接地网导体n段导体的中点电位，和节点电位，这可通过求解接地 网数学模型的基本方程得到，所述的接地网数学模型的基本方程为： 式中，G为n X n矩阵；f为n个中点电位列向量；f为m个节点列向量；为m个节点注入电流列向量； lg.计算接地网导体n段导体的泄漏电流分布，这可通过方程况=，求得。 其中，互阻抗矩阵R为nXn矩阵为n维列向量，是每段导体 上的漏电流向量；^为n个中点电位列向量； lh.根据求得的接地网导体的漏电流分布使用叠加原理计算地面上任一点的电位 分布，地面上任一点P处的电位计算公式为： 式中，UiP为第i段导体漏电流在点P形成的地表电位；P为土壤电阻率；r p，zp为 第i段导体中点与点P间距离的极坐标表示； 对每段导体，分别计算其漏电流在接地网各地表点形成的电位，再将所有导体的 计算结果进行叠加，从而得到接地网的地表电位分布计算结果； (2)应用交流信号发生器所述变电站接地网注入工频激励电流，该工频励磁电流 可通过接地网任一可及节点注入，使用工频参数测试仪沿接地导体上方测量地表电位，其 中，选取测试导体时采用间隔选取的方式，即对相邻平行导体，有且只有一根导体为测试导 体，对每根测试导体，以节点为分割点将每根导体分为若干导体段，并选取导体段的六等分 点为测点； (3)根据所述测点的地表电位测量值，应用最小二乘法对测试导体非测点的地表 电位进行计算，进而得出接地网导体的地表电位分布；根据部分地表电位测量值计算出全 部地表电位分布可用如下计算方法： 3a.对某一导体段，根据导体段上的测点位置坐标x = 及相应测点 的地表电位测量值f (X) = ，构造正交多项式{Pjx)}，其递推关系 式为： 式中，Pk(x)为首项系数为1的k次多项式；a k、0 k为多项式系数； 根据Pk(x)的正交性得出ak、f3 k与Pk(x)的关系式，其表达式为： 将ak、f3k的表达式代入{P Jx)}的递推式，逐步递推得到{Pjx)}中的每一项，进 而完成对正交多项式的构造； 3b.计算拟合曲线系数<并逐步把累加到拟合曲线函数F(x)中，进而得 到该导体段的地表电位分布，所述的系数计算公式及地表电位表达式为： 3c.对所有测试导体的每一导体段，按上述方法计算其地表电位分布，进而叠加得 到全部地表电位分布； (4)比较实际地表电位分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于地表电位分布的变电站接地网腐蚀诊断方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1、通过数值计算方法计算正常工况下变电站接地网的理论地表电位分布；步骤2、用交流信号发生器向变电站接地网注入工频激励电流，由工频参数测试仪沿接地导体上方测量地表电位，选取测试导体时采用间隔选取的方式，即对相邻平行导体，有且只有一根导体为测试导体，对每根测试导体，以节点为分割点将每根导体分为若干导体段，并选取导体段的六等分点为测点进行地表电位测量；步骤3、根据所述测点的地表电位测量值，通过最小二乘法对测试导体非测点的地表电位进行计算，得到变电站接地网的实际的地表电位分布；步骤4、比较实际地表电位分布与理论地表电位分布，对同一接地导体，分别绘制正常工况与实际工况下的地表电位曲线，筛选出所有地表电位分布发生改变的导体段，即某导体存在连续测点的地表电位同时增大或减小，则认为该导体的地表电位分布发生改变，进而观察该导体段所在位置：若某些导体段互相连接形成一定区域，则认为以这些导体段为矩形边的区域内存在故障区域；若某些导体不与其它任何变化大的导体相连，则认为该导体上方地表电位的理论计算或拟合计算结果有误，需要重新进行计算与拟合，返回步骤3；步骤5、对所述故障区域进行进一步测试：应用工频参数测试仪对故障区域内所有导体段上方的地表电位进行测量；步骤6、比较所述故障区域内所有导体段的实际地表电位与理论计算所得地表电位；不同腐蚀程度的导体所导致的地表电位变化程度也不相同，若某导体段的地表电位下降幅度超过5％，且区域内其它导体段的地表电位均略微上升，则认为该段导体存在明显的腐蚀故障。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王丰华，段若晨，王邵菁，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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