基于地表磁感應強度的變電站接地網腐蝕檢測系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統故障檢測技術領域，尤其是涉及一種基于地表磁感應強度的 變電站接地網腐蝕檢測系統及方法。
【背景技術】
[0002] 接地網是變電站的重要組成部分，它為變電站內各類設備提供一個公共電位參考 點，在電力系統發(fā)生短路故障或遭受雷擊時提供電流泄放通道，其工作的可靠性對電力系 統的安全穩(wěn)定運行影響重大。
[0003] 變電站接地網長期埋于地下，受到土壤的電化學作用而常常發(fā)生腐蝕。接地網的 腐蝕是一個漸變的過程，被腐蝕至一定程度則產生故障，更嚴重時發(fā)生斷裂。我國現有接地 網多采用鍍鋅扁鋼材料，且大部分變電站接地網已運行5-10年，在不同程度上存在著腐蝕 變細甚至斷裂等缺陷。同時，在接地網的焊接施工過程中，也可能存在著連接點虛焊、漏焊 的問題，在土壤的腐蝕作用下導致多根導體的連接點斷開。以上各類缺陷均會造成接地網 接地性能的降低，甚至會引起嚴重事故的發(fā)生。如何準確有效地發(fā)現變電站接地網中存在 的故障，進而有針對性地采取防護措施已成為電力行業(yè)現有接地網運維工作中最為突出的 問題。
[0004] 當前在工程應用中，往往通過大面積挖開接地網對接地網的腐蝕狀態(tài)進行檢測， 這種方法較為盲目，既費時費力，又會因長時間停電檢修而帶來一定的經濟損失。此外，根 據變電站接地網的散流特性，一些新的接地網故障檢測方法也陸續(xù)出現，可以分為電網絡 分析法、電磁場分析法兩大類。電網絡分析法主要根據接地網拓撲結構與支路電阻數據建 立故障診斷方程，結合相應優(yōu)化算法求解該方程獲取導體支路電阻變化情況，實現對故障 診斷。但在實際應用中接地網并不是所有節(jié)點都有上引導體，因此難以獲取每條支路電阻 的精確值，從而限制了該方法的應用。電磁場分析法則通過接地引上線，向接地網注入激勵 電流，測量該電流激發(fā)的接地網地表的電位分布或磁場分布，對接地網存在的腐蝕故障進 行診斷。地表電位法需要測量大量的地表電位數據，尋找數據突變點進行故障診斷。而實 際變電站接地網面積較大，且多為水泥地面，難以獲取地表電位的準確值，從而影響了該方 法的診斷精度。磁場法則測量導體正上方地表上垂直于導體的磁場水平分量，根據磁感應 強度的分布特征對接地網進行故障診斷。該方法不受地表條件限制，可以在不停電的情況 下實現對導體各類斷裂故障的診斷，具有較高的準確度與工程應用價值。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于地表磁感 應強度的變電站接地網腐蝕檢測系統及方法，能夠對變電站接地網地表磁感應強度分布進 行測試和計算分析，從而實現對變電站接地網腐蝕故障的高效、準確的判斷。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0007] -種基于地表磁感應強度的變電站接地網腐蝕檢測系統，其特征在于，包括：
[0008] -電流注入裝置，其與接地網的任一可及節(jié)點連接，向接地網注入異于工頻的正 弦交流電流，該交流電流通過接地網任一可及節(jié)點注入，用于激發(fā)交變磁場；
[0009] -信號測量裝置，其位于測量導體正上方，用于測量導體正上方地表上的電位分 布；
[0010] 一數據采集裝置，其與信號測量裝置連接，用于接收信號測量裝置傳輸的電位信 號，并對電位信號進行濾波和放大；
[0011] 一信號分析顯示終端，其與數據采集裝置連接，以接收數據采集裝置傳輸的數據 和信號。
[0012] 所述的電流注入裝置包括：
[0013] 一電流信號發(fā)生器，其提供接地網的注入電流；
[0014] 一耦合變壓器，其與電流信號發(fā)生器相連接，以接收注入電流并輸出與接地網阻 抗相匹配的輸入電流至接地網的可及節(jié)點。
[0015] 所述的數據采集裝置包括：
[0016] 一電壓信號濾波電路，其與信號測量裝置相連接，用以接收信號測量裝置輸出的 電位信號，并濾除該信號中的工頻干擾信號；
[0017] -電壓信號調理芯片，其與電壓信號濾波電路連接，用于對該電壓信號進行抗混 置濾波和放大；
[0018] -通信芯片，其分別與電壓信號調理芯片和信號分析顯示終端連接。
[0019] 所述的電壓信號濾波電路為雙T型工頻陷波器。
[0020] 所述的數據采集裝置與所述的信號分析顯示終端之間通過以太網連接。
[0021] -種基于地表磁感應強度的變電站接地網腐蝕檢測方法，其特征在于，包括以下 步驟：
[0022] (1)利用電流注入裝置向接地網注入異于工頻的正弦交流電流，通過放置在變電 站接地網導體上方地面上的信號測量裝置采集變電站接地網導體上方的地面電位分布，并 將這些信號傳輸至數據采集裝置，通過濾波和放大后，再將這些信號傳輸至分析顯示終端， 分析顯示終端根據接地網導體上方的電位分布計算接地網導體上方的磁感應強度；
[0023] (2)分析顯示終端根據變電站接地網的拓撲結構與電流注入點，使用數值計算方 法計算變電站接地網的地表磁感應強度；
[0024] (3)分析顯示終端將接地網導體上方地表面磁感應強度的理論計算結果與實測計 算結果進行比較；對同一接地導體，分別繪制該段導體上方理論計算結果的磁感應強度曲 線和實測計算結果的磁感應強度曲線，并計算這兩條曲線的偏差度；若某接地導體的磁感 應強度曲線偏差度大于20 %，且其相鄰平行導體的磁感應強度曲線偏差度大于5 %，則判 斷該接地導體存在腐蝕故障；若某接地導體的磁感應強度降為〇,且與之相連導體的磁感 應強度未發(fā)生明顯變化，則判斷該導體存在斷裂故障；若與某節(jié)點相連的多根導體的磁感 應強度曲線偏差度均大于50%，則判斷該節(jié)點斷開。
[0025]所述的磁感應強度計算公式為
[0026]
[0027] 式中，V為感應電壓幅值，f為注入電流頻率，N為探測線圈匝數，S為探測線圈橫 截面積，AWS數據采集裝置增益。
[0028] 所述的變電站接地網的地表磁感應強度計算具體如下：
[0029] 2a.將節(jié)點數目為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，矩陣元素表示i段導體和j段導體之間的互阻抗，其計算公式為：
[0030]
[0031] i= 1，…，n;j= 1，…，n
[0032] 式中，〇力土壤電導率；e。為真空介電常數；eA土壤相對介電常數；eE = e。? \為土壤介電常數；1 1與1 ,分別為第i段及第j段導體長度；1i，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；
[0033] 2b.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Z。、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；
[0034] 2c.計算接地網經T型等效電路等效后各段導體的關聯矩陣A，其中，關聯矩陣A 的行對應于接地網經T型等效電路等效后的節(jié)點數目m+n，關聯矩陣A的列對應于支路數目 2n，關聯矩陣A中的任意元素aiij的定義為：
[0035]
[0036] 2d.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：
[0037]
[0038] 式中，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；Zm為第i段 導體的內阻抗；^為土壤磁導率，并假設土壤和空氣磁導率相同；Pt ；y= 為導體磁導率；y^為導體相對磁導率；P。為導體電阻率；r。為導體半徑；IJyr。)、 Myr。）分別為零階及一階貝塞爾函數；
[0039] 2e.根據關聯矩陣A和阻抗矩陣Z計算節(jié)點導納矩陣，為Y_=AZV;根據阻抗 矩陣R計算導納矩陣，為G=RS
[0040] 2f.計算接地網導體n段導體的中點電位和節(jié)點電位爐'這可通過求解接地 網數學模型的基本方程得到，所述的接地網數學模型的基本方程為：
[0041 ]
[0042] 式中，G為nXn矩陣；鏟&為n個中點電位列向量；f為m個節(jié)點列向量； 產…，為m個節(jié)點注入電流列向量；
[0043] 2g.計算接地網導體n段導體的軸向電流分布，通過方程尺/Xr<求得。其 中，為第i段導體自阻抗；片為第i段導體上的軸向電流；