基于磁場微分法的變電站接地網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)檢測研究.pdf

1、雷電流和短路電流的沖擊會給電力系統(tǒng)的運行和操作人員的安全帶來嚴重的危害，接地網(wǎng)的安全可靠接地對于電力系統(tǒng)的安全運行有著重要的意義。接地系統(tǒng)肩負著保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行及設(shè)備與操作人員安全的責任。隨著土壤污染的加重，接地網(wǎng)的腐蝕會加重，嚴重的腐蝕將會破壞接地網(wǎng)中的電流分布，這將對電力設(shè)備和變電站的工作人員的安全造成潛在的危險。為了對接地網(wǎng)的腐蝕狀態(tài)進行診斷和對腐蝕點進行定位，國內(nèi)外很多學者開展了相關(guān)方法的研究，但是目前的很多方法是需要已知接

2、地網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，在圖紙丟失和未知拓撲結(jié)構(gòu)的，采用目前的方法對接地網(wǎng)的腐蝕情況進行診斷時，會存在一定的困難。針對目前方法存在的問題，王曉宇的論文提出了一種基于磁場微分法檢測接地網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的方法，并開展了對接地網(wǎng)單個單體敷設(shè)位置的檢測的初步研究，但是對于接地網(wǎng)實際檢測中的很多困難，還沒有很好的解決。
　　因此，論文在該方法的基礎(chǔ)上研究了一種可以適用于現(xiàn)場不同埋設(shè)方式的接地網(wǎng)導(dǎo)體的拓撲結(jié)構(gòu)進行檢測，論文所研究的方法旨在解決兩個問題：（1

3、）接地網(wǎng)單個導(dǎo)體的定位問題；（2）接地網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)檢測的問題。
　　論文的主要思想是：接地是通過將電氣設(shè)備的某些部分或電力系統(tǒng)的中性點連接到接地網(wǎng)，為故障電流提供一個低阻的路徑，如果接地網(wǎng)狀態(tài)良好，可以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和電氣設(shè)備及操作者在變電站工作的安全。電氣設(shè)備的接地是通過接地裝置連接到地下網(wǎng)路，分為接地電極（水平接地電極）和垂直接地棒，輸電線路塔的接地裝置通常為單金屬導(dǎo)體埋在垂直或水平的土壤中，而用于地面的變電站或發(fā)電廠的

4、則是由金屬導(dǎo)體埋在土壤中形成的矩形網(wǎng)格。水平導(dǎo)體埋在地球表面0.7到1m以下，材料為金屬或金屬合金，如鋼、鍍鋅鋼或銅等構(gòu)成網(wǎng)格。接地網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸從3m至7m不等,而網(wǎng)格只能通過垂直導(dǎo)體與地面設(shè)備連接。根據(jù)設(shè)計要求，接地網(wǎng)可以是任何拓撲結(jié)構(gòu)，但網(wǎng)格一般是矩形形狀，其中包括等距網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)、非均勻網(wǎng)格的拓撲結(jié)構(gòu)。有時，由于人為錯誤的網(wǎng)格圖會導(dǎo)致一個未知的網(wǎng)格。本文的研究是用一個地面磁測量結(jié)合數(shù)學模型，形成一種非開挖方法的接地網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)重構(gòu)，

5、以有助于解決電力系統(tǒng)中接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)重構(gòu)和圖像化識別問題。
　　論文所提出的方法的具體思路為：在接地網(wǎng)的下引線注入一個一定幅值的電流，在附近的一個下引線流出。以注入點為圓心分別取d/3、d/2、2d/3為半徑，測量圓周上的磁場分布，測量點的間隔為5cm。通過計算不同半徑上的磁場強度的垂直分量的微分，判斷接地網(wǎng)的敷設(shè)位置，在此基礎(chǔ)上判斷接地網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)。詳細的原理過程如下：
　　（1）選擇一對引出線注入一個給定電流，測量引出線周

6、圍不同半徑上的磁感應(yīng)強度。以大地所在平面為 xoy面，選擇一對下引線，注入流出給定大小的電流，選擇不同半徑的測量路徑，按照給定間距測量其磁感應(yīng)強度。由于下引線附近的接地網(wǎng)的敷設(shè)位置是未知的，因此在實際測量時需要對電流注入點的下引線周圍不同半徑圓周上的工頻磁場進行測量，目的是在解決下引線不是直接連接到接地網(wǎng)，而是經(jīng)過不同的折線路徑連接到接地網(wǎng)。通過不同半徑圓周上的磁場微分，確定下引線連接接地網(wǎng)的方式以及該處接地網(wǎng)導(dǎo)體的敷設(shè)方式。
　

7、?。?）以電流注入點為原點，建立直角坐標系，計算不同半徑圓周上的磁場沿著xy方向的微分。通過計算圓周以及過原點的選定直徑上的磁場的微分，通過計算得到磁場微分的峰值分布，確定接地網(wǎng)導(dǎo)體的敷設(shè)位置，即每個微分峰值是對應(yīng)一個導(dǎo)體或總接地網(wǎng)下引線的水平連接線。
　?。?）接地網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)檢測方法。采用前面的方法檢測變電站內(nèi)接地網(wǎng)導(dǎo)體的敷設(shè)位置。實際在檢測中首先根據(jù)變電站基地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，對下引線進行配對，并均勻選取接地網(wǎng)的下引線。通過對每對下引

8、線的注入流出一個電流，按照（1）、（2）中的測量方法計算其磁場微分，確定每個下引線的連接節(jié)點以及周圍敷設(shè)的導(dǎo)體。將每一根導(dǎo)體與下引線連接處的節(jié)點進行編號，并以該節(jié)點為基礎(chǔ)，對其支路導(dǎo)體進行編號配對，支路節(jié)點的編號方式為（節(jié)點1編號，節(jié)點2編號）。
　　（4）接地網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的確定。根據(jù)（2）、（3）確定的導(dǎo)體的位置與編號，對整個變電站的接地網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)進行檢測，并根據(jù)檢測到的導(dǎo)體進行連線，繪制整個變電站的拓撲結(jié)構(gòu)。為了驗證相鄰兩個節(jié)

9、點的連接性，需要在每個節(jié)點上對圓求導(dǎo)。對線求導(dǎo)也可以確認這種連接性，但是要防止網(wǎng)絡(luò)中沒有對過對角線的分支進行求導(dǎo)。
　　論文中選擇測量下引線周圍不同半徑圓周上的磁場的原因如下：因為下引線周圍的接地網(wǎng)導(dǎo)體是未知的，單純按照目前文獻中測量一條直線上的磁場進行求微分是沒有辦法確保能夠測量到接地網(wǎng)導(dǎo)體的敷設(shè)位置，而圓周測量會保證檢測到每個接地網(wǎng)導(dǎo)體可能敷設(shè)的位置。因此論文選擇用于測量接地網(wǎng)或者柵極導(dǎo)體角度的圓使得它的半徑只包括連接到節(jié)點的

10、導(dǎo)體，而這種節(jié)點可直接定位在圓的極點下。此外如果被測量的圓周內(nèi)包含有在極點下沒有被連接的導(dǎo)體，這些導(dǎo)體也會產(chǎn)生對應(yīng)的磁場微分峰值，但是這些峰的位置和導(dǎo)體的角度并不相似。
　　在實際的測量中按照以下原則確定測量圓周的最大半徑：在實際的接地網(wǎng)中兩個相鄰的平行導(dǎo)體間的距離在3m到7m的范圍內(nèi)變化。圓的半徑應(yīng)該在3m以下以避開在極點下沒有被連接的導(dǎo)體。因為這個問題是個逆問題，為了更精確，關(guān)于圓的半徑應(yīng)該考慮到有對角線分支的接地網(wǎng)間隔不平等

11、的情況，如平行導(dǎo)體相隔3m交叉導(dǎo)體相隔7m。在實際的接地網(wǎng)中對角線分支和水平分支的最小角度為23.19o。為了避免兩個分支磁通密度導(dǎo)數(shù)的相互影響，圓的半徑極可能取最大值。因此，半徑小于3m的最大可能取值近似為2.9m。測量圓周上的測量點的磁場差分有助于確定測量網(wǎng)格的位置及與建立的坐標系的xy軸的角度，一旦確定了第一條接地網(wǎng)導(dǎo)體的敷設(shè)水平防線，可以為后面的接地網(wǎng)導(dǎo)體敷設(shè)方向作為參考，因為原則上認為接地網(wǎng)的導(dǎo)體是平行敷設(shè)的。此外在實際測量中