基于磁場(chǎng)微分法的變電站接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)檢測(cè)研究.pdf

1、雷電流和短路電流的沖擊會(huì)給電力系統(tǒng)的運(yùn)行和操作人員的安全帶來(lái)嚴(yán)重的危害，接地網(wǎng)的安全可靠接地對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著重要的意義。接地系統(tǒng)肩負(fù)著保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及設(shè)備與操作人員安全的責(zé)任。隨著土壤污染的加重，接地網(wǎng)的腐蝕會(huì)加重，嚴(yán)重的腐蝕將會(huì)破壞接地網(wǎng)中的電流分布，這將對(duì)電力設(shè)備和變電站的工作人員的安全造成潛在的危險(xiǎn)。為了對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行診斷和對(duì)腐蝕點(diǎn)進(jìn)行定位，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者開(kāi)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在圖紙丟失和未知拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的，采用目前的方法對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕情況進(jìn)行診斷時(shí)，會(huì)存在一定的困難。針對(duì)目前方法存在的問(wèn)題，王曉宇的論文提出了一種基于磁場(chǎng)微分法檢測(cè)接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法，并開(kāi)展了對(duì)接地網(wǎng)單個(gè)單體敷設(shè)位置的檢測(cè)的初步研究，但是對(duì)于接地網(wǎng)實(shí)際檢測(cè)中的很多困難，還沒(méi)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(chǎng)不同埋設(shè)方式的接地網(wǎng)導(dǎo)體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，論文所研究的方法旨在解決兩個(gè)問(wèn)題：（1

3、）接地網(wǎng)單個(gè)導(dǎo)體的定位問(wèn)題；（2）接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)檢測(cè)的問(wèn)題。
　　論文的主要思想是：接地是通過(guò)將電氣設(shè)備的某些部分或電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)連接到接地網(wǎng)，為故障電流提供一個(gè)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(yùn)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(guò)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(xiàn)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(chǎng)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(guò)垂直導(dǎo)體與地面設(shè)備連接。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，接地網(wǎng)可以是任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但網(wǎng)格一般是矩形形狀，其中包括等距網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、非均勻網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。有時(shí)，由于人為錯(cuò)誤的網(wǎng)格圖會(huì)導(dǎo)致一個(gè)未知的網(wǎng)格。本文的研究是用一個(gè)地面磁測(cè)量結(jié)合數(shù)學(xué)模型，形成一種非開(kāi)挖方法的接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(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(shí)別問(wèn)題。
　　論文所提出的方法的具體思路為：在接地網(wǎng)的下引線(xiàn)注入一個(gè)一定幅值的電流，在附近的一個(gè)下引線(xiàn)流出。以注入點(diǎn)為圓心分別取d/3、d/2、2d/3為半徑，測(cè)量圓周上的磁場(chǎng)分布，測(cè)量點(diǎn)的間隔為5cm。通過(guò)計(jì)算不同半徑上的磁場(chǎng)強(qiáng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。詳細(xì)的原理過(guò)程如下：
　?。?）選擇一對(duì)引出線(xiàn)注入一個(gè)給定電流，測(cè)量引出線(xiàn)周

6、圍不同半徑上的磁感應(yīng)強(qiáng)度。以大地所在平面為 xoy面，選擇一對(duì)下引線(xiàn)，注入流出給定大小的電流，選擇不同半徑的測(cè)量路徑，按照給定間距測(cè)量其磁感應(yīng)強(qiáng)度。由于下引線(xiàn)附近的接地網(wǎng)的敷設(shè)位置是未知的，因此在實(shí)際測(cè)量時(shí)需要對(duì)電流注入點(diǎn)的下引線(xiàn)周?chē)煌霃綀A周上的工頻磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，目的是在解決下引線(xiàn)不是直接連接到接地網(wǎng)，而是經(jīng)過(guò)不同的折線(xiàn)路徑連接到接地網(wǎng)。通過(guò)不同半徑圓周上的磁場(chǎng)微分，確定下引線(xiàn)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、　（2）以電流注入點(diǎn)為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系，計(jì)算不同半徑圓周上的磁場(chǎng)沿著xy方向的微分。通過(guò)計(jì)算圓周以及過(guò)原點(diǎn)的選定直徑上的磁場(chǎng)的微分，通過(guò)計(jì)算得到磁場(chǎng)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(gè)微分峰值是對(duì)應(yīng)一個(gè)導(dǎo)體或總接地網(wǎng)下引線(xiàn)的水平連接線(xiàn)。
　?。?）接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)檢測(cè)方法。采用前面的方法檢測(cè)變電站內(nèi)接地網(wǎng)導(dǎo)體的敷設(shè)位置。實(shí)際在檢測(cè)中首先根據(jù)變電站基地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，對(duì)下引線(xiàn)進(jìn)行配對(duì)，并均勻選取接地網(wǎng)的下引線(xiàn)。通過(guò)對(duì)每對(duì)下引

8、線(xiàn)的注入流出一個(gè)電流，按照（1）、（2）中的測(cè)量方法計(jì)算其磁場(chǎng)微分，確定每個(gè)下引線(xiàn)的連接節(jié)點(diǎn)以及周?chē)笤O(shè)的導(dǎo)體。將每一根導(dǎo)體與下引線(xiàn)連接處的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，并以該節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)，對(duì)其支路導(dǎo)體進(jìn)行編號(hào)配對(duì)，支路節(jié)點(diǎn)的編號(hào)方式為（節(jié)點(diǎn)1編號(hào)，節(jié)點(diǎn)2編號(hào)）。
　?。?）接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的確定。根據(jù)（2）、（3）確定的導(dǎo)體的位置與編號(hào)，對(duì)整個(gè)變電站的接地網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)到的導(dǎo)體進(jìn)行連線(xiàn)，繪制整個(gè)變電站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了驗(yàn)證相鄰兩個(gè)節(jié)

9、點(diǎn)的連接性，需要在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上對(duì)圓求導(dǎo)。對(duì)線(xiàn)求導(dǎo)也可以確認(rèn)這種連接性，但是要防止網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有對(duì)過(guò)對(duì)角線(xiàn)的分支進(jìn)行求導(dǎo)。
　　論文中選擇測(cè)量下引線(xiàn)周?chē)煌霃綀A周上的磁場(chǎng)的原因如下：因?yàn)橄乱€(xiàn)周?chē)慕拥鼐W(wǎng)導(dǎo)體是未知的，單純按照目前文獻(xiàn)中測(cè)量一條直線(xiàn)上的磁場(chǎng)進(jìn)行求微分是沒(méi)有辦法確保能夠測(cè)量到接地網(wǎng)導(dǎo)體的敷設(shè)位置，而圓周測(cè)量會(huì)保證檢測(cè)到每個(gè)接地網(wǎng)導(dǎo)體可能敷設(shè)的位置。因此論文選擇用于測(cè)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(diǎn)的

10、導(dǎo)體，而這種節(jié)點(diǎn)可直接定位在圓的極點(diǎn)下。此外如果被測(cè)量的圓周內(nèi)包含有在極點(diǎn)下沒(méi)有被連接的導(dǎo)體，這些導(dǎo)體也會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)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(shí)際的測(cè)量中按照以下原則確定測(cè)量圓周的最大半徑：在實(shí)際的接地網(wǎng)中兩個(gè)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(kāi)在極點(diǎn)下沒(méi)有被連接的導(dǎo)體。因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題是個(gè)逆問(wèn)題，為了更精確，關(guān)于圓的半徑應(yīng)該考慮到有對(duì)角線(xiàn)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(shí)際的接地網(wǎng)中對(duì)角線(xiàn)分支和水平分支的最小角度為23.19o。為了避免兩個(gè)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(cè)量圓周上的測(cè)量點(diǎn)的磁場(chǎng)差分有助于確定測(cè)量網(wǎng)格的位置及與建立的坐標(biāo)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(xiàn)，可以為后面的接地網(wǎng)導(dǎo)體敷設(shè)方向作為參考，因?yàn)樵瓌t上認(rèn)為接地網(wǎng)的導(dǎo)體是平行敷設(shè)的。此外在實(shí)際測(cè)量中