一種用于變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測的微元分割檢測法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測的微元分割檢測法，步驟包括：在兩個相鄰下引導(dǎo)體中注入異頻激勵源；測量地表磁感應(yīng)強度，獲得地表網(wǎng)格化的磁感應(yīng)強度分布數(shù)據(jù)；將地表網(wǎng)格化的磁感應(yīng)強度分布數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)表中；根據(jù)數(shù)據(jù)表的顯示結(jié)果判定被測下引導(dǎo)體結(jié)點屬于可測結(jié)點還是不可測結(jié)點；測量兩個可測結(jié)點間地表磁感應(yīng)強度，獲得兩個可測結(jié)點地表磁感應(yīng)強度值；根據(jù)地表磁感應(yīng)強度值計算兩個可測結(jié)點間的接地網(wǎng)電阻值，利用計算的接地網(wǎng)電阻值判斷兩個可測結(jié)點間接地網(wǎng)線路出現(xiàn)腐蝕。該微元分割檢測法無需依賴接地網(wǎng)圖紙進行理論值或仿真值計算，有效提高了檢測效率和檢測可靠性。
【專利說明】
-種用于變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測的微元分割檢測法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測方法，尤其是一種變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測 的微元分割檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 接地網(wǎng)是變電站安全運行的重要保證，對保護站內(nèi)工作人員的人身安全和各種電 氣設(shè)備的正常運行至關(guān)重要，其接地性能一直受到生產(chǎn)運行部口的重視。接地網(wǎng)的工頻接 地參數(shù)和設(shè)計問題受到許多學(xué)者的關(guān)注。對于鋼質(zhì)材料的接地網(wǎng)，在多雨和沿海地區(qū)，隨著 使用年限的增加，易發(fā)生腐蝕，可能使接地導(dǎo)體變細甚至斷裂，破壞接地網(wǎng)的原有結(jié)構(gòu)，降 低接地網(wǎng)的接地性能，當系統(tǒng)遭受雷擊或發(fā)生短路故障時可能造成事故擴大，危及設(shè)備和 人身安全。
[0003] 近年來，檢測變電站接地網(wǎng)的嚴重腐蝕段成為電力部口一項重大的反事故措施， 有大量文獻涌現(xiàn)。但是現(xiàn)有的接地網(wǎng)的腐蝕診斷方法，均需要依賴接地網(wǎng)圖紙來計算支路 電阻的理論值或地表磁感應(yīng)強度的仿真值，但基于接地網(wǎng)圖紙的計算模型的真實度和有效 性并不能保證，如接地網(wǎng)實際施工與圖紙相比有變動或?qū)嶋H接地網(wǎng)物理模型十分復(fù)雜，而 計算模型不夠精準等，進而導(dǎo)致用于對比的理論值或仿真計算值的有效性得不到保證，最 終影響診斷結(jié)果，而且在圖紙遺失的情況下該方法不再適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的接地網(wǎng)的腐蝕診斷方法，均需要依賴接地網(wǎng)圖 紙來計算，但基于接地網(wǎng)圖紙的計算模型的真實度和有效性并不能保證，導(dǎo)致測量結(jié)果不 可靠。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測的微元分 割檢測法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1，在變電站接地網(wǎng)的兩個相鄰下引導(dǎo)體中注入異頻激勵源；
[0007] 步驟2,等間隔網(wǎng)格化測量注入異頻激勵源后的下引導(dǎo)體周圍接地網(wǎng)的地表磁感 應(yīng)強度，獲得地表網(wǎng)格化的磁感應(yīng)強度分布數(shù)據(jù)；
[000引步驟3,對地表網(wǎng)格化的磁感應(yīng)強度分布數(shù)據(jù)按照X軸方向數(shù)據(jù)和Y軸方向數(shù)據(jù)存 入數(shù)據(jù)表中；
[0009] 步驟4,根據(jù)數(shù)據(jù)表的顯示結(jié)果判定被測下引導(dǎo)體結(jié)點屬于可測結(jié)點還是不可測 結(jié)點，若兩個被測下引導(dǎo)體結(jié)點之間的直線路徑上的測量值成倍大于其他位置的測量值， 且沿直線路徑移動時測量值變化量小于5%，則判定為可測結(jié)點，否則判定位不可測結(jié)點；
[0010] 步驟5,重復(fù)步驟1-4,對變電站接地網(wǎng)全部下引導(dǎo)體判定屬于可測結(jié)點還是不可 測結(jié)點，并對判定出的可測結(jié)點再次注入異頻激勵源；
[0011] 步驟6,測量注入異頻激勵源后的兩個可測結(jié)點間地表磁感應(yīng)強度，獲得兩個可測 結(jié)點地表磁感應(yīng)強度值；
[0012] 步驟7,根據(jù)地表磁感應(yīng)強度值計算兩個可測結(jié)點間的接地網(wǎng)電阻值，利用計算的 接地網(wǎng)電阻值與標準接地網(wǎng)電阻值進行比較，獲得兩個可測結(jié)點間接地網(wǎng)線路的腐蝕程 度；
[0013] 步驟8,重復(fù)步驟6和7,獲得變電站接地網(wǎng)全部可測結(jié)點間的腐蝕情況。
[0014] 采用對局部微元區(qū)域注入異頻激勵源，在地表網(wǎng)格化檢測激發(fā)的磁場強度，并對 應(yīng)存入數(shù)據(jù)表中，從而根據(jù)數(shù)據(jù)表判斷是否是可測節(jié)點進行微元分割，運種分割方法有助 于減小現(xiàn)有測試方法中診斷結(jié)果對測量誤差的敏感程度，從而實現(xiàn)了接地網(wǎng)分塊故障診斷 和局部故障診斷;采用地表磁感應(yīng)強度值計算獲得接地網(wǎng)電阻值，從而判斷出該區(qū)域接地 網(wǎng)的腐蝕情況，而無需依賴接地網(wǎng)圖紙進行理論值或仿真值計算，有效提高了檢測效率和 檢測可靠性。
[0015] 作為本發(fā)明的進一步限定方案，步驟7中，根據(jù)地表磁感應(yīng)強度值計算兩個可測結(jié) 點間的接地網(wǎng)電阻值的R為：
[0016]


[0017] 式中， 為地表磁感應(yīng)強度值， ，為接地網(wǎng)線路中 ，' 通過的電流值，U為注入的異頻激勵源電壓值，1為兩個可測結(jié)點之間的直線距離，S為測量 點到接地網(wǎng)的垂直距離。
[0018] 作為本發(fā)明的進一步限定方案，異頻激勵源為正弦波電壓信號，信號頻率范圍為 400~600Hz，信號電壓有效值大于12V，輸出阻抗為4歐姆。采用該異頻激勵源具有較好的電 壓輸出效果，得到較為穩(wěn)定的地表磁感應(yīng)強度值，且采用400~600Hz的信號頻率與變電站 的工頻相差較大，避免測量過程中出現(xiàn)明顯干擾。
[0019] 作為本發(fā)明的進一步限定方案，步驟2中，測量下引導(dǎo)體周圍接地網(wǎng)的范圍為：W 下引導(dǎo)體為中屯、，劃定lOmX 10m的測量區(qū)域，在測量區(qū)域內(nèi)Wlm為網(wǎng)格間隔測量X軸方向和 Y軸方向的磁感應(yīng)強度。采用Im的網(wǎng)格間隔進行測量，具有較合適的檢測密度，不僅確保測 量效率，又能確保測量效果。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：（1)采用對局部微元區(qū)域注入異頻激勵源，在地表網(wǎng)格化 檢測激發(fā)的磁場強度，并對應(yīng)存入數(shù)據(jù)表中，從而根據(jù)數(shù)據(jù)表判斷是否是可測節(jié)點進行微 元分割，運種分割方法有助于減小現(xiàn)有測試方法中診斷結(jié)果對測量誤差的敏感程度，從而 實現(xiàn)了接地網(wǎng)分塊故障診斷和局部故障診斷；（2)采用地表磁感應(yīng)強度值計算獲得接地網(wǎng) 電阻值，從而判斷出該區(qū)域接地網(wǎng)的腐蝕情況，而無需依賴接地網(wǎng)圖紙進行理論值或仿真 值計算，有效提高了檢測效率和檢測可靠性。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為通電矩形線圈磁場強度計算方法示意圖；
[0022] 圖2為矩形線圈空間磁場仿真圖；
[0023] 圖3為實驗接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖4為實驗接地網(wǎng)分割圖；
[0025] 圖5實驗接地網(wǎng)分割等效變換圖
[0026] 圖6為實驗接地網(wǎng)本征圖；
[0027] 圖7為可測結(jié)點地表磁場強度分布仿真數(shù)據(jù)；
[00%]圖8為不可測結(jié)點地表磁場強度分布仿真數(shù)據(jù)；
[0029] 圖9為本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 為了便于本發(fā)明的理解，首先對本發(fā)明利用空間磁場進行微元分割檢測的原理進 行闡述，該方法的原理如下：
[0031] (1)空間磁場檢測
[0032] 根據(jù)國家標準《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范KGB50065-2011)規(guī)定，變電站接地 網(wǎng)是鋪設(shè)深度為0.8米，按照間距10~15米進行網(wǎng)格狀布置。所W每個接地網(wǎng)網(wǎng)格都可W看 成是一個矩形線圈，若在矩形線圈中注入異頻激勵源，則在地表產(chǎn)生的磁場強度分布情況 的計算方法如圖1所示。圖1中矩形線圈的長邊長度為A，短邊長度為B，四個邊長分別為L1、 12、1^3、1^4，觀察點6點為地表磁場強度測量點，6點到兩個短邊的垂直距離分別為乂和4-乂，至。 兩個長邊的垂直距離分別為Y和B-Y，坐標原點定在觀察點G，則矩形線圈的四個邊L1、L2、 L3、L4在G點所產(chǎn)生的磁場強度為：
[0033]
[0034] 通過Matlab進行仿真分析后可W看到在線圈附近的空間磁場強度較大，如圖2所 示。通過空間磁場檢測不僅可W判斷出接地網(wǎng)格的位置，而且可W通過檢測的磁場強度的 大小判斷出流過導(dǎo)體電流值的大小。所W通過空間磁場的檢測不僅能夠找出測試區(qū)域中接 地網(wǎng)的實際位置，還可W根據(jù)測量值的大小將可測子結(jié)點分割出來，無需依賴任何施工圖 紙，大大提高了檢測的效率和精度。
[00：35] (2)微元分割
[0036] 為提高測試和診斷效率，對大中型接地網(wǎng)進行故障診斷時，需采用分割法將大規(guī) 模接地網(wǎng)分解成若干個小規(guī)模的子結(jié)點分別診斷，具體實施辦法是按照電壓等級、設(shè)備分 布W及地形的邊界等將其分解成若干部分。如圖3所示為某變電站內(nèi)的一個38支路實驗接 地網(wǎng)，圖中網(wǎng)絡(luò)結(jié)點實屯、圓點表示有下引導(dǎo)體的可及結(jié)點，即有1、3、4、5、6、8、9、10、11、13、 14、15、17、18、19、20和21共18個可及結(jié)點，其余為非可及結(jié)點。
[0037] W 可及結(jié)點（1、3、4、5、6、8、9、10、11、13、14、15、17、18、19、20 和 21)作為分割點對 圖1實際的網(wǎng)絡(luò)進行分割，得到若干個相對獨立的子網(wǎng)絡(luò)，且運些子網(wǎng)絡(luò)與實際結(jié)點剩余部 分的連接結(jié)點全部是可及結(jié)點。圖4就是將圖3進行分割后的分割圖。
[0038] 在保留全部可及結(jié)點的前提下，將圖4實驗接地網(wǎng)分割結(jié)點圖中的支路按照電路 原理進行等效變換，得到圖5實驗接地網(wǎng)分割等效變換圖。將圖5實驗接地網(wǎng)分割等效變換 圖中的并聯(lián)支路進行合并，得到的任意兩個可及結(jié)點間最多只有一條支路的結(jié)點，我們稱 之為本征接地網(wǎng)，圖6為實驗接地網(wǎng)本征圖。
[0039] 通過圖6實驗接地網(wǎng)本征圖可W看到，一個實際的接地網(wǎng)可W分成不同的塊，即分 割成不同類型的小規(guī)模子結(jié)點，運些子結(jié)點可分為兩種類型:可測子結(jié)點和不可測子結(jié)點。
[0040] 圖6中如{3,4}、{4,5}、{5,6}等結(jié)點之間只有單個支路獨立構(gòu)成，其支路上的電流 能夠根據(jù)激勵電壓被獨立求解，所W運些結(jié)點組合就是可測子節(jié)點。圖7為在可測結(jié)點{3， 4}兩端注入異頻激勵源后在地表產(chǎn)生的磁場強度仿真值分布圖，其中，第一排數(shù)據(jù)對應(yīng)圖3 中II~15的值，第二排的數(shù)據(jù)對應(yīng)圖3中16~111的值，第立排的的數(shù)據(jù)對應(yīng)圖3中112~116的 值，W此類推，并在每排只有5個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表末尾補零，W保證數(shù)據(jù)表的行列完整性。由圖 可W看出可測結(jié)點間支路電流值明顯高于其他支路，即數(shù)據(jù)表中第一行第Ξ列的值明顯高 于其他支路的值，并且兩個可測結(jié)點沿線測量的電流值處處相等，表明在沿線不存在其他 支路，所W該兩個可測結(jié)點才能定義為可測結(jié)點。
[0041] 圖6中如{1,13}構(gòu)成的子結(jié)點網(wǎng)絡(luò)既有單個支路，又有并聯(lián)的其他網(wǎng)絡(luò)，其支路上 的電流無法根據(jù)激勵電壓獨立求解，所W它們構(gòu)成一組不可測結(jié)點。圖8為在不可測結(jié)點 {1,13}兩端注入異頻激勵源后在地表產(chǎn)生的磁場強度仿真值分布圖，其中，第一排數(shù)據(jù)對 應(yīng)圖3中II~15的值，第二排的數(shù)據(jù)對應(yīng)圖帥16~111的值，第S排的的數(shù)據(jù)對應(yīng)圖帥112~ 116的值，W此類推，并在每排只有5個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表末尾補零，W保證數(shù)據(jù)表的行列完整性。 由圖可W看出不可測結(jié)點間支路電流發(fā)生了明顯的變化，即第二行第一列的值與第四行第 一列的值之間存在明顯偏小的值，表明在沿線存在其他支路，所W無法利用測量結(jié)果判斷 腐蝕程度。
[0042] 如圖9所示，本發(fā)明的用于變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測的微元分割檢測法，包括如下步 驟：
[0043] 步驟1，在變電站接地網(wǎng)的兩個相鄰下引導(dǎo)體中注入異頻激勵源；
[0044] 步驟2,等間隔網(wǎng)格化測量注入異頻激勵源后的下引導(dǎo)體周圍接地網(wǎng)的地表磁感 應(yīng)強度，獲得地表網(wǎng)格化的磁感應(yīng)強度分布數(shù)據(jù)；
[0045] 步驟3,對地表網(wǎng)格化的磁感應(yīng)強度分布數(shù)據(jù)按照X軸方向數(shù)據(jù)和Y軸方向數(shù)據(jù)存 入數(shù)據(jù)表中；
[0046] 步驟4,根據(jù)數(shù)據(jù)表的顯示結(jié)果判定被測下引導(dǎo)體結(jié)點屬于可測結(jié)點還是不可測 結(jié)點，若兩個被測下引導(dǎo)體結(jié)點之間的直線路徑上的測量值成倍大于其他位置的測量值， 且沿直線路徑移動時測量值變化量小于5%，則判定為可測結(jié)點，否則判定位不可測結(jié)點；
[0047] 步驟5,重復(fù)步驟1-4,對變電站接地網(wǎng)全部下引導(dǎo)體判定屬于可測結(jié)點還是不可 測結(jié)點，并對判定出的可測結(jié)點再次注入異頻激勵源；
[0048] 步驟6,測量注入異頻激勵源后的兩個可測結(jié)點間地表磁感應(yīng)強度，獲得兩個可測 結(jié)點地表磁感應(yīng)強度值；
[0049] 步驟7,根據(jù)地表磁感應(yīng)強度值計算兩個可測結(jié)點間的接地網(wǎng)電阻值，利用計算的 接地網(wǎng)電阻值與標準接地網(wǎng)電阻值進行比較，獲得兩個可測結(jié)點間接地網(wǎng)線路的腐蝕程 度；
[0050] 步驟8,重復(fù)步驟6和7,獲得變電站接地網(wǎng)全部可測結(jié)點間的腐蝕情況。
[0051] 其中，步驟7中，根據(jù)地表磁感應(yīng)強度值計算兩個可測結(jié)點間的接地網(wǎng)電阻值的R 為：
[0化2]


[0化3]式中， 為地表磁感應(yīng)強度值， 為接地網(wǎng)線路中 通過的電流值，U為注入的異頻激勵源電壓值，1為兩個可測結(jié)點之間的直線距離，S為測量 點到接地網(wǎng)的垂直距離。
[0054]異頻激勵源為正弦波電壓信號，信號頻率范圍為400~600Hz，信號電壓有效值大 于12V，輸出阻抗為4歐姆。
[005引步驟2中，ii量下引導(dǎo)體周圍接地網(wǎng)的范圍為：W下引導(dǎo)體為中屯、，劃定10m X 10m 的測量區(qū)域，在測量區(qū)域內(nèi)Wlm為網(wǎng)格間隔測量X軸方向和Υ軸方向的磁感應(yīng)強度。
[0056] 在進行地表磁感應(yīng)強度測量時，其實是直接測量的磁場強度所對應(yīng)的測量電壓值 Vom，再根據(jù)測量電壓與地表磁感應(yīng)強度關(guān)系V。m = kXBxm，計算地表磁感應(yīng)強度Bxm，k=23T fNSA，為轉(zhuǎn)換系數(shù)，N為線圈應(yīng)數(shù)，S為線圈截面積，A為測量系統(tǒng)總增益。
[0057] 本發(fā)明的方法在進行變電站接地網(wǎng)缺陷診斷時，通過對局部微元區(qū)域注入異頻激 勵源，在地表檢測激發(fā)的磁場強度，對測量值進行計算，從而判斷出該區(qū)域接地網(wǎng)的腐蝕情 況。該方法是基于被測接地結(jié)點的本征支路等效結(jié)果，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)的接地網(wǎng)分割為可測子 結(jié)點和不可測子結(jié)點，根據(jù)可測子結(jié)點的測量值就可W直接反映其腐蝕狀況，無需依賴接 地網(wǎng)圖紙進行理論值或仿真值計算，從而克服了現(xiàn)有接地網(wǎng)不開挖缺陷診斷方法中存在的 問題，進而提高接地網(wǎng)缺陷診斷的精準度。
【主權(quán)項】
1. 一種用于變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測的微元分割檢測法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，在變電站接地網(wǎng)的兩個相鄰下引導(dǎo)體中注入異頻激勵源； 步驟2,等間隔網(wǎng)格化測量注入異頻激勵源后的下引導(dǎo)體周圍接地網(wǎng)的地表磁感應(yīng)強 度，獲得地表網(wǎng)格化的磁感應(yīng)強度分布數(shù)據(jù)； 步驟3,對地表網(wǎng)格化的磁感應(yīng)強度分布數(shù)據(jù)按照X軸方向數(shù)據(jù)和Y軸方向數(shù)據(jù)存入數(shù) 據(jù)表中； 步驟4,根據(jù)數(shù)據(jù)表的顯示結(jié)果判定被測下引導(dǎo)體結(jié)點屬于可測結(jié)點還是不可測結(jié)點， 若兩個被測下引導(dǎo)體結(jié)點之間的直線路徑上的測量值成倍大于其他位置的測量值，且沿直 線路徑移動時測量值變化量小于5%，則判定為可測結(jié)點，否則判定位不可測結(jié)點； 步驟5,重復(fù)步驟1-4,對變電站接地網(wǎng)全部下引導(dǎo)體判定屬于可測結(jié)點還是不可測結(jié) 點，并對判定出的可測結(jié)點再次注入異頻激勵源； 步驟6，測量注入異頻激勵源后的兩個可測結(jié)點間地表磁感應(yīng)強度，獲得兩個可測結(jié)點 地表磁感應(yīng)強度值； 步驟7，根據(jù)地表磁感應(yīng)強度值計算兩個可測結(jié)點間的接地網(wǎng)電阻值，利用計算的接地 網(wǎng)電阻值與標準接地網(wǎng)電阻值進行比較，獲得兩個可測結(jié)點間接地網(wǎng)線路的腐蝕程度； 步驟8，重復(fù)步驟6和7，獲得變電站接地網(wǎng)全部可測結(jié)點間的腐蝕情況。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測的微元分割檢測法，其特征在于， 步驟7中，根據(jù)地表磁感應(yīng)強度值計算兩個可測結(jié)點間的接地網(wǎng)電阻值的R為：為地表磁感應(yīng)強度值為接地網(wǎng)線路中通過 的電流值，u為注入的異頻激勵源電壓值，1為兩個可測結(jié)點之間的直線距離，S為測量點到 接地網(wǎng)的垂直距離。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測的微元分割檢測法，其特征在 于，異頻激勵源為正弦波電壓信號，信號頻率范圍為400~600Hz，信號電壓有效值大于12V， 輸出阻抗為4歐姆。4. 根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的用于變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測的微元分割檢測法，其特征 在于，步驟2中，測量下引導(dǎo)體周圍接地網(wǎng)的范圍為：以下引導(dǎo)體為中心，劃定10mX 10m的測 量區(qū)域，在測量區(qū)域內(nèi)以lm為網(wǎng)格間隔測量X軸方向和Y軸方向的磁感應(yīng)強度。
【文檔編號】G01R27/20GK105823933SQ201610161348
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】魏欣, 孫玥, 李立早, 陳凡
【申請人】南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院