[發明專利]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

有效

• 申請號: 201510316648.4
• 申請日: 2015-06-10
• 公開（公告）號: CN104898024B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 司文榮;蘇磊;傅晨釗;徐湘憶
• 申請（專利權）人: 國網上海市電力公司;華東電力試驗研究院有限公司
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 應小波

1.一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，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、使用數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；

步驟2、應用交流信號發生器通過一可及節點向變電站接地網注入交流激勵電流，使用工頻參數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，進而根據感應電壓計算磁感應強度；

步驟3、根據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；

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度ADI；

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。

2.根據權利要求1所述的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，其特征在于，所述的步驟1中的使用數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：

1a)將節點數目為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R_ij表示第i段導體和第j段導體之間的互阻抗，其計算公式為：

式中，σ_E為土壤電導率；ε₀為真空介電常數；ε_r為土壤相對介電常數；ε_E＝ε₀·ε_r為土壤介電常數；l_i與l_j分別為第i段及第j段導體長度；l_i'為第i段導體的鏡像長度；D_i,j為將第i段與第j段導體之間的距離；D_i',j為將第i段導體鏡像與第j段導體之間的距離；

1b)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Z₀、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個節點及2n段導體；

1c)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a_i,j的定義為：

1d)計算經T型等效電路等效后具有m+n個節點和2n條支路的接地網的阻抗矩陣Z，其計算公式為：

Zi,j=jωMi,j+Z0,i=1,...,2n;j=1,...,2nω=2πfMi,j=μ04π∫ki∫kj1hi,jdkidkjZ0i=jωμI0(γr0)2πr0γI1(γr0)·ki]]>

式中，M_i,j為接地網各支路經T型等效后的互感矩陣；k_i為經T型等效后第i段導體長度，其中i＝1,…,2n；h_i,j為第i段導體與第j段導體之間的距離；Z_0i為第i段導體的內阻抗；μ₀為土壤磁導率，并假設土壤和空氣磁導率相同；μ＝μ₀μ_r為導體磁導率；μ_r為導體相對磁導率；ρ_c為導體電阻率；r₀為導體半徑；I₀(γr₀)、I₁(γr₀)分別為零階及一階貝塞爾函數；

1e)根據關聯矩陣A和阻抗矩陣Z計算節點導納矩陣，為Y_n+m＝AZ^-1A^T；根據互阻抗矩陣R計算導納矩陣，為G＝R^-1；

1f)計算接地網導體n段導體的中點電位和節點電位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：

式中，G為n×n矩陣；為n個中點電位列向量；為m個節點電位列向量；為m個節點注入電流列向量；

1g)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n×n矩陣；為n維列向量，是每段導體上的漏電流向量；為n個中點電位列向量；

1h)根據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：

UiP=ρIileak4π×2rp2+zp2,i=1,2,...,n]]>

式中，U_iP為第i段導體漏電流在點P形成的地表電位；ρ為土壤電阻率；r_p和z_p分別為第i段導體中點與點P間距離的極坐標表示；

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；

1i)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_ii為第i段導體自阻抗；為第i段導體上的軸向電流；分別為i段導體兩端點的節點電位；

1j)根據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：

BiP=μ04π∫Iil×rr3dl,i=1,2,...,n]]>

式中，B_iP為i段導體軸向電流在點P形成的磁感應強度；μ₀為真空磁導率；r為i段導體中點與點P間距離；

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。