一种接地网拓扑结构快速重构方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种接地网拓扑结构快速重构方法及系统。针对变电站面积大、接地网结构复杂等问题，本发明专利技术采用了一种基于磁场微分法的“圆周法”与“铺路法”相结合的接地网拓扑结构快速重构方法及系统；其中，“圆周法”用于检测引下线附近接地网支路的走向，从而在没有其它已知支路的条件下实现接地网主网导体定位；“铺路法”使用“找节点”的方法代替相关研究中“找支路”的方法，利用成对节点确定存在的接地网支路。本发明专利技术的整个过程测量操作简单，测量数据量小。数据量小。数据量小。

【技术实现步骤摘要】
一种接地网拓扑结构快速重构方法及系统


[0001]本专利技术属于变电站接地网
，涉及一种接地网拓扑结构快速重构方法及系统，特别是一种基于磁场微分法结合“圆周法+铺路法”的接地网拓扑结构重构方法及系统。

技术介绍

[0002]接地网作为电力系统安全可靠稳定运行的重要保障之一，当接地网性能劣化，无法快速地将雷击或者短路大电流引导至大地，将会发生电压反击，极大地危及变电站的电气设备以及人身安全。因而，对变电站的接地网接地性能的定期关注作为变电站安全检查的重要任务之一。
[0003]在我国，通常采用5mm
×
50mm和6mm
×
60mm规格镀锌扁钢作为变电站大型接地网导体材料的首要选择；对于输电线路，常使用直径为10
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20mm的圆钢。利用扁钢或者圆钢铺设的接地网形状一般为矩形网格状，铺设在地底深度0.6m
‑
2m，接地网的铺设面积一般跟变电站或者发电厂建设面积相同。由于土壤环境复杂，接地网导体在地底埋设时间较长后，金属会在土壤中发生腐蚀，一般为电化学腐蚀。
[0004]当接地网的导体发生腐蚀后，其截面积会变小，导致接地电阻变大，接地性能会随之降低。极端情况下会导致导体断裂，使得接地网失去保护电力设备和工作人员安全的作用，造成严重的事故威胁；同时，由于接地网是通过镀锌扁钢焊接铺设在地底，由于在施工过程中的一些疏忽导致的导体虚焊或者漏焊，焊接点易腐蚀失效，从而形成电气连接不良的问题，同样也会影响接地网的性能。因接地网接地性能不达标而导致的变电站停电事故也经常发生。
[0005]为了更加清楚地了解接地网这一隐蔽工程的性能状况，相关规程对电力系统的接地网状态检查有着较为详细的规定。根据DL/T 596
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2005《电力设备预防性试验规程》对各类等级变电站接地设备的要求规定：1)对于各类电力设备的接地电阻检测间隔不超过6年，考虑季节变化会对土壤电阻率产生影响，接地电阻在0.5Ω以下则为合格；2)对电力设备引下线与接地网的导通电阻测试年限不超过3年；3)当变电站运行超过10年及以上时，需要对接地网进行抽样开挖，根据现场情况随机选取接地网5
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8个点进行开挖检查，观察导体腐蚀情况来判断是否需要增加开挖点个数或者扩大开挖区域。但是，按照目前的检修方法，在实际工程中存在以下问题：1)根据相关统计数据，全国共计约有10000座运行超过十年的变电站，需要进行接地网开挖检测，这将给电力检修部分带来繁重的工作压力，且经济成本高昂。2)典型的抽样开挖流程需要根据接地网的设计图纸选取开挖点。但是，一部分变电站特别是建设超过15年的老旧变电站，存在接地网图纸丢失问题。此外，对于进行过改造的接地网，普遍存在图纸未更新或未记录改造方案的现象。一些主接地网导体的实际埋设位置还存在与设计方案不一致或误差很大的情况。上述情况导致的导体位置和埋设深度未知问题给抽样开挖工程带了“挖不到”的问题。3)相关科研机构针对接地网的腐蚀诊断开展了较多研究，并取得了一些成果。其中，涉及到腐蚀精确诊断的新技术，特别是运维部门较为关注的局部腐蚀点定位技术，普遍需要在已知准确的接地网导体埋设位置或拓扑结构的条件下
开展。因此，图纸年久丢失或图纸与实际不符等问题也阻碍了接地网的非开挖诊断技术的应用与推广；4)对于腐蚀严重的接地网需要开展接地网改造工作。根据相关研究，改造方案的制定需要进行计算验证实现优化设计，这一过程也依赖于现有地网的拓扑结构与属性参数。
[0006]因此，研究接地网的导体定位与拓扑结构重构技术，是实现接地网精益化管理的必要手段，这一技术可以为传统的开挖型检测方法提供选点指导，也能为非开挖局部腐蚀定位技术提供有力支撑。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，针对实际工程中待检测的接地网拓扑结构，提供一种接地网拓扑结构快速重构方法，以快速高效地确定接地网的拓扑结构。
[0008]为实现以上目的，本专利技术采取的一种技术方案为：一种接地网拓扑结构快速重构方法，其包括：
[0009]步骤101，用圆周法和微分法探测初始导体：在未知任何接地导体位置的情况下，首先确定测量起始点，选取一根靠近变电站角落或边缘位置处的接地引下线，以该接地引下线为圆心，分别测量以1米和2米为半径的圆形沿线的磁场分布，通过微分法进行导体位置探测，通过圆周法进行导体走向探测；
[0010]步骤102，采用接地网拓扑检测装置测量磁场分布；
[0011]步骤103，对接地网拓扑检测装置测得的磁场分布曲线进行高阶微分，微分曲线对应的峰值点即为导体位置，同时利用高阶微分函数的旁峰特性求取导体埋深；
[0012]步骤104，用圆周法进行导体走向探测时，选择双圆周测量到的距离最近的两个峰值点成对连接成线，选择两线夹角为近似90
°
的直线作为两个初始导体，这两条直线分别为x轴和y轴，并以两线交点为原点，建立直角坐标系；
[0013]步骤105，在建立的直角坐标系中沿x轴方向建立观测线，使用接地网拓扑检测装置测量沿线的磁场分量，通过步骤103所描述的磁场微分法位置探测原理，根据x轴观测线微分后的峰值位置确定纵向导体分布，并布置1
‑
3组与x轴平行，距离x轴3
‑
5m处的磁场观测线进行验证测量；
[0014]步骤106，在确定接地网拓扑中平行于步骤104建立的直角坐标系y轴的部分之后，在直角坐标系的y轴方向重复步骤105，得到接地网拓扑结构中的平行于x轴的部分，即横向导体分布，从而绘出整个接地网粗略拓扑结构；
[0015]步骤107，进一步细化接地网粗略拓扑结构；
[0016]步骤108，根据成对节点位置确定接地网拓扑结构图。
[0017]进一步地，所述的步骤103中，高阶微分的步骤为：根据安培环路定理，载流导体在P点产生的平行于地面的磁感应强度B
y
(y)为：
[0018][0019]其中，h表示接地网支路埋藏深度，
y表示偏移量，L1表示一导体长度，L2表示另一导体长度，μ表示磁导率，I表示导体注入电流；
[0020]求取B
y
(y)的二阶、四阶微分，同时忽略o
[0021][0022][0023]高阶微分函数|B
y
(y)|、和存在主峰特性，利用主峰坐标确定导体位置。
[0024]更进一步地，所述的步骤103中，利用高阶微分函数的旁峰特性求取导体埋深：
[0025]设形函数的主峰和旁峰的峰值距离为L
y2
、L
y4
；求取B
y
(y)的三阶微分、五阶微分，同时忽略o得到：
[0026][0027][0028]令和可得：L
y2
≈h，
[0029]上述公式表示形函数的主峰和旁峰的峰值距离为L
y2
、L
y4...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种接地网拓扑结构快速重构方法，其特征在于，包括：步骤101，用圆周法和微分法探测初始导体：在未知任何接地导体位置的情况下，首先确定测量起始点，选取一根靠近变电站角落或边缘位置处的接地引下线，以该接地引下线为圆心，分别测量以1米和2米为半径的圆形沿线的磁场分布，通过微分法进行导体位置探测，通过圆周法进行导体走向探测；步骤102，采用接地网拓扑检测装置测量磁场分布；步骤103，对接地网拓扑检测装置测得的磁场分布曲线进行高阶微分，微分曲线对应的峰值点即为导体位置，同时利用高阶微分函数的旁峰特性求取导体埋深；步骤104，用圆周法进行导体走向探测时，选择双圆周测量到的距离最近的两个峰值点成对连接成线，选择两线夹角为近似90
°
的直线作为两个初始导体，这两条直线分别为x轴和y轴，并以两线交点为原点，建立直角坐标系；步骤105，在建立的直角坐标系中沿x轴方向建立观测线，使用接地网拓扑检测装置测量沿线的磁场分量，通过步骤103所描述的磁场微分法位置探测原理，根据x轴观测线微分后的峰值位置确定纵向导体分布，并布置1
‑
3组与x轴平行，距离x轴3
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5m处的磁场观测线进行验证测量；步骤106，在确定接地网拓扑中平行于步骤104建立的直角坐标系y轴的部分之后，在直角坐标系的y轴方向重复步骤105，得到接地网拓扑结构中的平行于x轴的部分，即得到横向导体分布，从而绘出整个接地网粗略拓扑结构；步骤107，细化接地网粗略拓扑结构；步骤108，根据成对节点位置确定接地网拓扑结构图。2.根据权利要求1所述的一种接地网拓扑结构快速重构方法，其特征在于，所述的步骤103中，高阶微分的步骤为：根据安培环路定理，载流导体在P点产生的平行于地面的磁感应强度B
y
(y)为：其中，h表示接地网支路埋藏深度，y表示偏移量，L1表示一导体长度，L2表示另一导体长度，μ表示磁导率，I表示导体注入电流；求取B
y
(y)的二阶、四阶微分，同时忽略(y)的二阶、四阶微分，同时忽略(y)的二阶、四阶微分，同时忽略高阶微分函数|B
y
(y)|、和存在主峰特性，利用主峰坐标确定导体位置。3.根据权利要求2所述的一种接地网拓扑结构快速重构方法，其特征在于，所述的步骤
103中，利用高阶微分函数的旁峰特性求取导体埋深：设形函数的主峰和旁峰的峰值距离为L
y2
、L
y4
；求取B
y
(y)的三阶微分、五阶微分，同时忽略得到：得到：令和可得：L
y2
≈h，上述公式表示形函数的主峰和旁峰的峰值距离为L
y2
、L
y4
与接地网支路埋藏深度h之间的关系，通过求解形函数或的主峰和旁峰的峰值距离L
y2
或L
y4
，直接获得接地网支路埋藏深度h。4.根据权利要求1所述的一种接地网拓扑结构快速重构方法，其特征在于，细化接地网粗略拓扑结构的具体内容如下：对步骤106得到的接地网粗略拓扑结构内部的导体，使用接地网拓扑检测装置进行细化测量，以先测平行于y轴的导体，后测平行于x轴的导体为标准顺序，根据每次测量得到的磁场微分图像峰值对应位置对步骤106确定的接地网粗略拓扑结构进行细化处理，得到一个细化的接地网拓扑结构示意图。5.根据权利要求1所述的一种接地网拓扑结构快速重构方法，其特征在于，根据成对节点位置确定拓扑结构的具体内容如下：对于任一接地体支路，其节点必然成对出现在靠近的两侧垂直支路上；在基于初判支路完成节点定位后，需按照成对节点的原则确定各支路是否存在，避免使用初判支路造成“T”型结构的误判；同时利用节点位置均值对导体位置进行校正，最后得到一个准确的接地网拓扑结构示意图。6.一种接地网拓扑结构快速重构系统，其特征在于，包括：初始导体探测单元，用圆周...

【专利技术属性】
技术研发人员：于志勇，李延伟，胡家元，胡威，柳森，祝晓峰，郑志明，宋方圆，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：