綜合地表電位和磁感應強度的變電站接地網故障診斷方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電網檢測技術領域，尤其是涉及一種綜合地表電位和磁感應強度的變 電站接地網故障診斷方法。
【背景技術】
[0002] 接地網是變電站的重要組成部分，其工作的可靠性對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行影 響重大。由于變電站接地網長期埋于地下，不可避免地會受到土壤的電化學腐蝕，引起接地 網均壓導體存在腐蝕甚至斷裂等故障。這些故障會使得接地網性能大幅下降，且可能引發(fā) 事故并帶來巨大的經濟損失。因此，找到一種能快速方便地對接地網故障類型及故障位置 進行判斷的方法、進而對接地網進行修繕已成為電力行業(yè)現(xiàn)有接地網運維工作中亟待解決 的問題。
[0003] 目前，接地網的故障診斷方法主要有三種：一是基于電路理論，通過建立故障診 斷方程并結合相應優(yōu)化算法實現(xiàn)接地網的故障診斷，但該方法運算較為復雜，診斷方程病 態(tài)程度較高影響診斷精度，且當接地網僅局部存在輕微故障時難以通過該方法得到識別診 斷。二是基于電場理論，通過向接地網注入激勵電流探測地表電位分布，從而對接地網進行 故障診斷，但該方法所需測點較多工作量大，且較難區(qū)分導體斷裂故障與腐蝕故障類型。三 是基于電磁場理論，通過向接地網注入激勵電流探測地表面的磁感應強度，根據(jù)磁感應強 度的分布特征對接地網進行故障診斷，但該方法測點布置需覆蓋整個接地網，而實際應用 中由于變電站現(xiàn)場情況，難以實現(xiàn)對所有測點的磁感應強度進行準確測量，且當故障點位 于長導體中部時，該方法較難對故障位置進行準確定位。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種綜合地表電位 和磁感應強度的變電站接地網故障診斷方法，該方法綜合變電站接地網的地表電位和磁感 應強度的測試及計算結果，能夠實現(xiàn)對變電站接地網故障類型及故障位置的高效、準確判 斷。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：
[0006] -種綜合地表電位和磁感應強度的變電站接地網故障診斷方法，其特征在于，包 括以下步驟：
[0007] 步驟1、使用數(shù)值計算方法計算變電站接地網的理論地表電位及磁感應強度；
[0008] 步驟2、應用交流信號發(fā)生器通過一可及節(jié)點向變電站接地網注入交流激勵電流， 使用工頻參數(shù)測試儀和探測線圈分別沿接地導體上方測量地表電位和感應電壓，進而根據(jù) 感應電壓計算磁感應強度；
[0009] 步驟3、根據(jù)所述測點的地表電位及磁感應強度測量值，分別應用抗差最小二乘法 對每段導體的地表電位及磁感應強度進行計算，進而得出接地網導體的地表電位及磁感應 強度；
[0010] 步驟4、將實際的接地網地表電位及磁感應強度與正常工況下理論計算所得的地 表電位及磁感應強度進行比較，對同一接地導體，分別繪制正常工況與實際工況下的地表 電位及磁感應強度曲線，并計算其綜合灰色絕對關聯(lián)度ADI ;
[0011] 若一接地導體的電位及磁感應強度曲線中某一部分曲線的ADI小于1. 7,則判斷 該部分曲線所對應的導體部分存在腐蝕故障；若一接地導體的電位及磁感應強度曲線中某 一部分曲線的ADI小于0. 9,則判斷該部分曲線所對應的導體部分發(fā)生斷裂故障，從而完成 對變電站接地網的故障類型及故障位置診斷。
[0012] 所述的步驟1中的使用數(shù)值計算方法計算變電站接地網的地表電位及磁感應強 度，具體為：
[0013] la)將節(jié)點數(shù)目為m的接地網分為n段導體，計算這n段導體之間的互阻抗矩陣 R，其中，矩陣元素Ru表示i段導體和j段導體之間的互阻抗，其計算公式為：
[0015] i = 1，…，n ; j = 1，…，n
[0016] 式中，土壤電導率；e ^為真空介電常數(shù)；e 土壤相對介電常數(shù)；e E= e ^ \為土壤介電常數(shù)；1 ,與h分別為第i段及第j段導體長度；1 ,，為第i段導體的鏡 像長度；Du為將第i段與第j段導體之間的距離；D 為將第i段導體鏡像與第j段導體 之間的距離；
[0017] lb)使用T型等效電路分別表示這n段導體，即1段導體對應1個T型等效電路， 所述的T型等效電路由第i段導體的自電感L、自電阻&、第i段和第j段導體之間的互感 M、第i段導體的對地電容C和對地電導G組成，其中i = 1，…，n，j = 1，…，n ;經T型電路 等效后，所述接地網共有m+n個節(jié)點及2n段導體；
[0018] lc)計算接地網經T型等效電路等效后各段導體的關聯(lián)矩陣A，其中，關聯(lián)矩陣A 的行對應于接地網經T型等效電路等效后的節(jié)點數(shù)目m+n，關聯(lián)矩陣A的列對應于支路數(shù)目 2n，關聯(lián)矩陣A中的任意元素ay的定義為：
[0020] Id)計算經T型等效電路等效后具有m+n個節(jié)點和2n條支路的接地網的阻抗矩陣 Z，其計算公式為：
[0022]式中，My為接地網各支路經T型等效后的互感矩陣；ki為經T型等效后第i段 導體長度，其中i = 1，…，2n 』為第i段導體與第j段導體之間的距離；Z &為第i段 導體的內阻抗；h為土壤磁導率，并假設土壤和空氣磁導率相同；
；U = 為導體磁導率；U ^3導體相對磁導率；P。為導體電阻率；r ^為導體半徑；I Jyr。)、 分別為零階及一階貝塞爾函數(shù)；
[0023] le)根據(jù)關聯(lián)矩陣A和阻抗矩陣Z計算節(jié)點導納矩陣，為Y_=AZ1T;根據(jù)阻抗 矩陣R計算導納矩陣，為G=IT1;
[0024] If)計算接地網導體n段導體的中點電位，和節(jié)點電位妒"，通過求解接地網數(shù)學 模型的基本方程得到，所述的接地網數(shù)學模型的基本方程為：
[0026] 式中，G為nXn矩陣；f為n個中點電位列向量；f為m個節(jié)點列向量；
為m個節(jié)點注入電流列向量；
[0027] lg)計算接地網導體n段導體的泄漏電流分布，這可通過方程.
求得。 其中，互阻抗矩陣R為nXn矩陣
為n維列向量，是每段導體 上的漏電流向量；癸^為n個中點電位列向量；
[0028] lh)根據(jù)求得的接地網導體的漏電流分布使用疊加原理計算地表電位分布，所述 的地表電位計算公式為：
[0030]式中，UiP為第i段導體漏電流在點P形成的地表電位；P為土壤電阻率；r5和zp 分別為第i段導體中點與點P間距離的極坐標表示；
[0031] 對每段導體，分別計算其漏電流在接地網各地表點形成的電位，再將所有導體的 計算結果進行疊加，從而得到接地網的理論地表電位分布；
[0032]li)計算接地網導體n段導體的軸向電流分布，通過方程
求得，其 中，R"為i段導體自阻抗；//為i段導體上的軸向電流；分布為i段導體兩端點的 節(jié)點電位；
[0033] lj)根據(jù)求得的接地網導體的軸向電流分布使用疊加原理計算地面上的磁感應強 度，地面上任一點P處的磁感應強度計算公式為：
[0035]式中，BiP為i段導體軸向電流在點P形成的磁感應強度；y^為真空磁導率；r為 i段導體中點與點P間距離；
[0036] 分別計算每段導體的軸向電流在接地網各地表點形成的磁感應強度，再將所有導 體的計算結果進行疊加，從而得到接地網的理論地表面磁感應強度計算結果。
[0037] 所述的步驟2,在選取測點時，以節(jié)點為分割點將接地網分成若干導體，并選取導 體的六等分點為測點；該測點的選擇方式大大減少了現(xiàn)場測試的工作量，對大型接地網尤 為明顯。
[0038] 所述的步驟2中的磁感應強度計算公式為：
[0040] 式中，Bini為磁感應強度某一方向分量的幅值；V。_"為感應電壓信號幅度；f。為激勵 電流頻率；N為探測線圈匝數(shù)；S為探測線圈截面積；A為數(shù)據(jù)采集器對信號的放大增益。
[0041] 所述的步驟3中的根據(jù)部分地表電位或磁感應強度測量值計算出全部地表電位 或磁感應強度，具體是：
[0042] 3a)對某一導體，根據(jù)導體上的測點位置坐標x = [X(l，Xl，…，x6]T及相應測點的 含有現(xiàn)場測量誤差的地表電位或磁感應強度測量值
，構造正交多項式 {&0〇}，其遞推關系式為：
[0044] 式中，Pk(x)為首項系數(shù)為1的k次多項式；a k，0 k為多項式系數(shù)；
[0045] 根據(jù)Pk(x)的正交性得出ak，f3 k與Pk(x)