一种用于变电站接地网腐蚀检测的微元分割检测法
【专利摘要】本发明公开了一种用于变电站接地网腐蚀检测的微元分割检测法，步骤包括：在两个相邻下引导体中注入异频激励源；测量地表磁感应强度，获得地表网格化的磁感应强度分布数据；将地表网格化的磁感应强度分布数据存入数据表中；根据数据表的显示结果判定被测下引导体结点属于可测结点还是不可测结点；测量两个可测结点间地表磁感应强度，获得两个可测结点地表磁感应强度值；根据地表磁感应强度值计算两个可测结点间的接地网电阻值，利用计算的接地网电阻值判断两个可测结点间接地网线路出现腐蚀。该微元分割检测法无需依赖接地网图纸进行理论值或仿真值计算，有效提高了检测效率和检测可靠性。
【专利说明】
-种用于变电站接地网腐蚀检测的微元分割检测法
技术领域
[0001] 本发明设及一种变电站接地网腐蚀检测方法，尤其是一种变电站接地网腐蚀检测 的微元分割检测方法。
【背景技术】
[0002] 接地网是变电站安全运行的重要保证，对保护站内工作人员的人身安全和各种电 气设备的正常运行至关重要，其接地性能一直受到生产运行部口的重视。接地网的工频接 地参数和设计问题受到许多学者的关注。对于钢质材料的接地网，在多雨和沿海地区，随着 使用年限的增加，易发生腐蚀，可能使接地导体变细甚至断裂，破坏接地网的原有结构，降 低接地网的接地性能，当系统遭受雷击或发生短路故障时可能造成事故扩大，危及设备和 人身安全。
[0003] 近年来，检测变电站接地网的严重腐蚀段成为电力部口一项重大的反事故措施， 有大量文献涌现。但是现有的接地网的腐蚀诊断方法，均需要依赖接地网图纸来计算支路 电阻的理论值或地表磁感应强度的仿真值，但基于接地网图纸的计算模型的真实度和有效 性并不能保证，如接地网实际施工与图纸相比有变动或实际接地网物理模型十分复杂，而 计算模型不够精准等，进而导致用于对比的理论值或仿真计算值的有效性得不到保证，最 终影响诊断结果，而且在图纸遗失的情况下该方法不再适用。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是现有的接地网的腐蚀诊断方法，均需要依赖接地网图 纸来计算，但基于接地网图纸的计算模型的真实度和有效性并不能保证，导致测量结果不 可靠。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于变电站接地网腐蚀检测的微元分 割检测法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1，在变电站接地网的两个相邻下引导体中注入异频激励源；
[0007] 步骤2,等间隔网格化测量注入异频激励源后的下引导体周围接地网的地表磁感 应强度，获得地表网格化的磁感应强度分布数据；
[000引步骤3,对地表网格化的磁感应强度分布数据按照X轴方向数据和Y轴方向数据存 入数据表中；
[0009] 步骤4,根据数据表的显示结果判定被测下引导体结点属于可测结点还是不可测 结点，若两个被测下引导体结点之间的直线路径上的测量值成倍大于其他位置的测量值， 且沿直线路径移动时测量值变化量小于5%，则判定为可测结点，否则判定位不可测结点；
[0010] 步骤5,重复步骤1-4,对变电站接地网全部下引导体判定属于可测结点还是不可 测结点，并对判定出的可测结点再次注入异频激励源；
[0011] 步骤6,测量注入异频激励源后的两个可测结点间地表磁感应强度，获得两个可测 结点地表磁感应强度值；
[0012] 步骤7,根据地表磁感应强度值计算两个可测结点间的接地网电阻值，利用计算的 接地网电阻值与标准接地网电阻值进行比较，获得两个可测结点间接地网线路的腐蚀程 度；
[0013] 步骤8,重复步骤6和7,获得变电站接地网全部可测结点间的腐蚀情况。
[0014] 采用对局部微元区域注入异频激励源，在地表网格化检测激发的磁场强度，并对 应存入数据表中，从而根据数据表判断是否是可测节点进行微元分割，运种分割方法有助 于减小现有测试方法中诊断结果对测量误差的敏感程度，从而实现了接地网分块故障诊断 和局部故障诊断;采用地表磁感应强度值计算获得接地网电阻值，从而判断出该区域接地 网的腐蚀情况，而无需依赖接地网图纸进行理论值或仿真值计算，有效提高了检测效率和 检测可靠性。
[0015] 作为本发明的进一步限定方案，步骤7中，根据地表磁感应强度值计算两个可测结 点间的接地网电阻值的R为：
[0016]
[0017] 式中， 为地表磁感应强度值， ，为接地网线路中 ，' 通过的电流值，U为注入的异频激励源电压值，1为两个可测结点之间的直线距离，S为测量 点到接地网的垂直距离。
[0018] 作为本发明的进一步限定方案，异频激励源为正弦波电压信号，信号频率范围为 400~600Hz，信号电压有效值大于12V，输出阻抗为4欧姆。采用该异频激励源具有较好的电 压输出效果，得到较为稳定的地表磁感应强度值，且采用400~600Hz的信号频率与变电站 的工频相差较大，避免测量过程中出现明显干扰。
[0019] 作为本发明的进一步限定方案，步骤2中，测量下引导体周围接地网的范围为：W 下引导体为中屯、，划定lOmX 10m的测量区域，在测量区域内Wlm为网格间隔测量X轴方向和 Y轴方向的磁感应强度。采用Im的网格间隔进行测量，具有较合适的检测密度，不仅确保测 量效率，又能确保测量效果。
[0020] 本发明的有益效果在于：（1)采用对局部微元区域注入异频激励源，在地表网格化 检测激发的磁场强度，并对应存入数据表中，从而根据数据表判断是否是可测节点进行微 元分割，运种分割方法有助于减小现有测试方法中诊断结果对测量误差的敏感程度，从而 实现了接地网分块故障诊断和局部故障诊断；（2)采用地表磁感应强度值计算获得接地网 电阻值，从而判断出该区域接地网的腐蚀情况，而无需依赖接地网图纸进行理论值或仿真 值计算，有效提高了检测效率和检测可靠性。
【附图说明】
[0021 ]图1为通电矩形线圈磁场强度计算方法示意图；
[0022] 图2为矩形线圈空间磁场仿真图；
[0023] 图3为实验接地网结构图；
[0024] 图4为实验接地网分割图；
[0025] 图5实验接地网分割等效变换图
[0026] 图6为实验接地网本征图；
[0027] 图7为可测结点地表磁场强度分布仿真数据；
[00%]图8为不可测结点地表磁场强度分布仿真数据；
[0029] 图9为本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0030] 为了便于本发明的理解，首先对本发明利用空间磁场进行微元分割检测的原理进 行阐述，该方法的原理如下：
[0031] (1)空间磁场检测
[0032] 根据国家标准《交流电气装置的接地设计规范KGB50065-2011)规定，变电站接地 网是铺设深度为0.8米，按照间距10~15米进行网格状布置。所W每个接地网网格都可W看 成是一个矩形线圈，若在矩形线圈中注入异频激励源，则在地表产生的磁场强度分布情况 的计算方法如图1所示。图1中矩形线圈的长边长度为A，短边长度为B，四个边长分别为L1、 12、1^3、1^4，观察点6点为地表磁场强度测量点，6点到两个短边的垂直距离分别为乂和4-乂，至。 两个长边的垂直距离分别为Y和B-Y，坐标原点定在观察点G，则矩形线圈的四个边L1、L2、 L3、L4在G点所产生的磁场强度为：
[0033]
[0034] 通过Matlab进行仿真分析后可W看到在线圈附近的空间磁场强度较大，如图2所 示。通过空间磁场检测不仅可W判断出接地网格的位置，而且可W通过检测的磁场强度的 大小判断出流过导体电流值的大小。所W通过空间磁场的检测不仅能够找出测试区域中接 地网的实际位置，还可W根据测量值的大小将可测子结点分割出来，无需依赖任何施工图 纸，大大提高了检测的效率和精度。
[00：35] (2)微元分割
[0036] 为提高测试和诊断效率，对大中型接地网进行故障诊断时，需采用分割法将大规 模接地网分解成若干个小规模的子结点分别诊断，具体实施办法是按照电压等级、设备分 布W及地形的边界等将其分解成若干部分。如图3所示为某变电站内的一个38支路实验接 地网，图中网络结点实屯、圆点表示有下引导体的可及结点，即有1、3、4、5、6、8、9、10、11、13、 14、15、17、18、19、20和21共18个可及结点，其余为非可及结点。
[0037] W 可及结点（1、3、4、5、6、8、9、10、11、13、14、15、17、18、19、20 和 21)作为分割点对 图1实际的网络进行分割，得到若干个相对独立的子网络，且运些子网络与实际结点剩余部 分的连接结点全部是可及结点。图4就是将图3进行分割后的分割图。
[0038] 在保留全部可及结点的前提下，将图4实验接地网分割结点图中的支路按照电路 原理进行等效变换，得到图5实验接地网分割等效变换图。将图5实验接地网分割等效变换 图中的并联支路进行合并，得到的任意两个可及结点间最多只有一条支路的结点，我们称 之为本征接地网，图6为实验接地网本征图。
[0039] 通过图6实验接地网本征图可W看到，一个实际的接地网可W分成不同的块，即分 割成不同类型的小规模子结点，运些子结点可分为两种类型:可测子结点和不可测子结点。
[0040] 图6中如{3,4}、{4,5}、{5,6}等结点之间只有单个支路独立构成，其支路上的电流 能够根据激励电压被独立求解，所W运些结点组合就是可测子节点。图7为在可测结点{3， 4}两端注入异频激励源后在地表产生的磁场强度仿真值分布图，其中，第一排数据对应图3 中II~15的值，第二排的数据对应图3中16~111的值，第立排的的数据对应图3中112~116的 值，W此类推，并在每排只有5个数据的数据表末尾补零，W保证数据表的行列完整性。由图 可W看出可测结点间支路电流值明显高于其他支路，即数据表中第一行第Ξ列的值明显高 于其他支路的值，并且两个可测结点沿线测量的电流值处处相等，表明在沿线不存在其他 支路，所W该两个可测结点才能定义为可测结点。
[0041] 图6中如{1,13}构成的子结点网络既有单个支路，又有并联的其他网络，其支路上 的电流无法根据激励电压独立求解，所W它们构成一组不可测结点。图8为在不可测结点 {1,13}两端注入异频激励源后在地表产生的磁场强度仿真值分布图，其中，第一排数据对 应图3中II~15的值，第二排的数据对应图帥16~111的值，第S排的的数据对应图帥112~ 116的值，W此类推，并在每排只有5个数据的数据表末尾补零，W保证数据表的行列完整性。 由图可W看出不可测结点间支路电流发生了明显的变化，即第二行第一列的值与第四行第 一列的值之间存在明显偏小的值，表明在沿线存在其他支路，所W无法利用测量结果判断 腐蚀程度。
[0042] 如图9所示，本发明的用于变电站接地网腐蚀检测的微元分割检测法，包括如下步 骤：
[0043] 步骤1，在变电站接地网的两个相邻下引导体中注入异频激励源；
[0044] 步骤2,等间隔网格化测量注入异频激励源后的下引导体周围接地网的地表磁感 应强度，获得地表网格化的磁感应强度分布数据；
[0045] 步骤3,对地表网格化的磁感应强度分布数据按照X轴方向数据和Y轴方向数据存 入数据表中；
[0046] 步骤4,根据数据表的显示结果判定被测下引导体结点属于可测结点还是不可测 结点，若两个被测下引导体结点之间的直线路径上的测量值成倍大于其他位置的测量值， 且沿直线路径移动时测量值变化量小于5%，则判定为可测结点，否则判定位不可测结点；
[0047] 步骤5,重复步骤1-4,对变电站接地网全部下引导体判定属于可测结点还是不可 测结点，并对判定出的可测结点再次注入异频激励源；
[0048] 步骤6,测量注入异频激励源后的两个可测结点间地表磁感应强度，获得两个可测 结点地表磁感应强度值；
[0049] 步骤7,根据地表磁感应强度值计算两个可测结点间的接地网电阻值，利用计算的 接地网电阻值与标准接地网电阻值进行比较，获得两个可测结点间接地网线路的腐蚀程 度；
[0050] 步骤8,重复步骤6和7,获得变电站接地网全部可测结点间的腐蚀情况。
[0051] 其中，步骤7中，根据地表磁感应强度值计算两个可测结点间的接地网电阻值的R 为：
[0化2]
[0化3]式中， 为地表磁感应强度值， 为接地网线路中 通过的电流值，U为注入的异频激励源电压值，1为两个可测结点之间的直线距离，S为测量 点到接地网的垂直距离。
[0054]异频激励源为正弦波电压信号，信号频率范围为400~600Hz，信号电压有效值大 于12V，输出阻抗为4欧姆。
[005引步骤2中，ii量下引导体周围接地网的范围为：W下引导体为中屯、，划定10m X 10m 的测量区域，在测量区域内Wlm为网格间隔测量X轴方向和Υ轴方向的磁感应强度。
[0056] 在进行地表磁感应强度测量时，其实是直接测量的磁场强度所对应的测量电压值 Vom，再根据测量电压与地表磁感应强度关系V。m = kXBxm，计算地表磁感应强度Bxm，k=23T fNSA，为转换系数，N为线圈应数，S为线圈截面积，A为测量系统总增益。
[0057] 本发明的方法在进行变电站接地网缺陷诊断时，通过对局部微元区域注入异频激 励源，在地表检测激发的磁场强度，对测量值进行计算，从而判断出该区域接地网的腐蚀情 况。该方法是基于被测接地结点的本征支路等效结果，将复杂结构的接地网分割为可测子 结点和不可测子结点，根据可测子结点的测量值就可W直接反映其腐蚀状况，无需依赖接 地网图纸进行理论值或仿真值计算，从而克服了现有接地网不开挖缺陷诊断方法中存在的 问题，进而提高接地网缺陷诊断的精准度。
【主权项】
1. 一种用于变电站接地网腐蚀检测的微元分割检测法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，在变电站接地网的两个相邻下引导体中注入异频激励源； 步骤2,等间隔网格化测量注入异频激励源后的下引导体周围接地网的地表磁感应强 度，获得地表网格化的磁感应强度分布数据； 步骤3,对地表网格化的磁感应强度分布数据按照X轴方向数据和Y轴方向数据存入数 据表中； 步骤4,根据数据表的显示结果判定被测下引导体结点属于可测结点还是不可测结点， 若两个被测下引导体结点之间的直线路径上的测量值成倍大于其他位置的测量值，且沿直 线路径移动时测量值变化量小于5%，则判定为可测结点，否则判定位不可测结点； 步骤5,重复步骤1-4,对变电站接地网全部下引导体判定属于可测结点还是不可测结 点，并对判定出的可测结点再次注入异频激励源； 步骤6，测量注入异频激励源后的两个可测结点间地表磁感应强度，获得两个可测结点 地表磁感应强度值； 步骤7，根据地表磁感应强度值计算两个可测结点间的接地网电阻值，利用计算的接地 网电阻值与标准接地网电阻值进行比较，获得两个可测结点间接地网线路的腐蚀程度； 步骤8，重复步骤6和7，获得变电站接地网全部可测结点间的腐蚀情况。2. 根据权利要求1所述的用于变电站接地网腐蚀检测的微元分割检测法，其特征在于， 步骤7中，根据地表磁感应强度值计算两个可测结点间的接地网电阻值的R为：为地表磁感应强度值为接地网线路中通过 的电流值，u为注入的异频激励源电压值，1为两个可测结点之间的直线距离，S为测量点到 接地网的垂直距离。3. 根据权利要求1或2所述的用于变电站接地网腐蚀检测的微元分割检测法，其特征在 于，异频激励源为正弦波电压信号，信号频率范围为400~600Hz，信号电压有效值大于12V， 输出阻抗为4欧姆。4. 根据权利要求书1或2所述的用于变电站接地网腐蚀检测的微元分割检测法，其特征 在于，步骤2中，测量下引导体周围接地网的范围为：以下引导体为中心，划定10mX 10m的测 量区域，在测量区域内以lm为网格间隔测量X轴方向和Y轴方向的磁感应强度。
【文档编号】G01R27/20GK105823933SQ201610161348
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】魏欣, 孙玥, 李立早, 陈凡
【申请人】南京信息职业技术学院