基于磁場理論的變電站接地網(wǎng)腐蝕診斷方法研究

變電站在進行接地網(wǎng)施工時，有很大幾率會導致支路導體存在一些焊接錯誤甚至漏焊等問題發(fā)生，如果此接地網(wǎng)導體長期深埋在地下深處，就會受到潮濕侵襲、大量有害氣體污染，甚至被酸性土壤破壞，影響了導體接地性能，損壞了電力系統(tǒng)的正常運轉。要是發(fā)生腐蝕斷裂等重大問題就會進一步產(chǎn)生漏電，加大反擊和電纜皮環(huán)流的相互作用，從而破壞電網(wǎng)的二次裝置絕緣，引起一系列的不良影響，甚至嚴重威脅到工作人員工的生命安全，給我國和社會都造成高額經(jīng)濟損失[1]。

新時期隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，打造出高電壓大容量的變電站接地網(wǎng)已經(jīng)不再是難題，不過很多接地網(wǎng)因長期在地下運行而發(fā)生了腐蝕問題，很容易發(fā)生故障，從而導致故障電流不斷增多，事故涉及到的問題面積越來越大，這就對我國電力系統(tǒng)接地網(wǎng)的建立提出了更高更難的適應要求，急需一套完整的、能和系統(tǒng)相匹配、相適應的安全保障防護系統(tǒng)，能在最短的時間內(nèi)判斷出接地網(wǎng)導體的腐蝕程度大小，從而能及時的更換設備，防患于未然。

1 變電站接地網(wǎng)腐蝕診斷研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)很多專家和學者都把接地網(wǎng)當作純電阻網(wǎng)絡，重慶大學的劉渝根教授就是這種結論的支持者，他假設如果接地網(wǎng)導體會發(fā)生故障而接地網(wǎng)拓撲結構不變的時候，在相對應的支路電阻變大之際，對產(chǎn)生的異常問題大部分使用特勒根定理做差，以求出問題診斷方程。利用測量接地網(wǎng)引出線得到端口的電阻，使用迭代算法得到支路電阻的具體增量[2]。

對接地網(wǎng)故障診斷問題狀態(tài)的研究，華北電力大學的劉洋和崔翔教授也提出了相應的看法。這類方案是使用兩根下引導體對接地網(wǎng)注入一定的抽出異頻電流，之后在按照地表磁感應強度的具體分布情況，判斷出導體腐蝕程度大小，其發(fā)生故障的具體位置會讓地表磁感應的強度逐漸下降；根據(jù)電磁場理論，提出按磁場檢測的接地網(wǎng)腐蝕診斷做法以及結構分布情況，歸納出一套精準接地網(wǎng)磁場問題診斷的科學系統(tǒng)。我們可以按照此類方案去判斷接地網(wǎng)是否發(fā)生了故障：只診斷測量點四周的接地網(wǎng)導體的具體情況，由于磁場信號不容易精準測量，經(jīng)常出現(xiàn)很多不同信號干擾，所以對測量工作的要求十分嚴格，測量線圈的放置角度會直接影響測量結果大小，并且需要在一次診斷里測量出很多點，這樣就給工作帶來了沉重壓力。

如今學術界對變電站接地網(wǎng)領域方面的探討很多，尤其是在缺陷問題診斷方面的專家和學者也不在少數(shù)，雖然實際工作里采取規(guī)模小、結構相對簡單的接地網(wǎng)系統(tǒng)，但在實際操作中經(jīng)常碰到結構復雜的接地網(wǎng)。隨著我國電力事業(yè)規(guī)模逐漸擴大，大面積的接地網(wǎng)使用越來越頻繁，這就需要不斷完善和改良各種實際接地網(wǎng)工作中的精準性、可實用性。目前最快速、最科學的參考理論就是電磁場工作原理，不過大部分變電站內(nèi)的環(huán)境噪音較大，會在不同程度上或多或少影響著測量結果，隨著電網(wǎng)技術的快速創(chuàng)新發(fā)展，這類難題即將迎刃而解。

2 現(xiàn)有接地網(wǎng)故障診斷方法

現(xiàn)在常用四種方法診斷接地網(wǎng)是否故障[3]：

使用開挖接地網(wǎng)的方法來診斷故障。過去我國很長時間內(nèi)都是用開挖土壤的方式進行故障檢查，表面看似工作量簡單但盲目性很大，既造成人力物力的大量損失，也加大財政困難，排查速度過慢，從而影響電力系統(tǒng)不能正常運轉，所以傳統(tǒng)的查找故障方式是不可取的。

通過測量地網(wǎng)可及節(jié)點間的電阻來判斷地網(wǎng)的腐蝕程度。接地網(wǎng)一般被當作純電阻網(wǎng)絡，如果想精準判斷地網(wǎng)的腐蝕程度，可以按照測量接地網(wǎng)的可及節(jié)點間電阻值的變化，在已知地網(wǎng)及拓撲結構的情況下，判斷出接地網(wǎng)腐蝕程度的大小，使用涉及到的接地引下線，對正常狀態(tài)下的電阻值和測量后的電阻值互相比較參考。不過要注意的是，接地網(wǎng)局部腐蝕的部分會導致接地導體不斷變細甚至斷裂，再加上接地網(wǎng)的中導體間互電阻的作用使導體的電阻值變化并不明顯，所以想檢查電阻值的變化來進行故障診斷是不可取的。

利用超聲波發(fā)出的信號對缺陷信息及位置進行診斷。使用超聲波在缺陷處會發(fā)生反射的原理，接收好探頭所檢測到的返回信號，仔細分析接收信號就可以精準確定哪些是缺陷問題所在處，不過超聲波無法在鋼類材料上面應用，所以此方法不能大面積的推廣。

通過測量接地網(wǎng)地表的磁場分布進行診斷。根據(jù)電磁感應原理，把正弦波的激勵電流不斷注入到接地網(wǎng)里，在利用檢測裝置去測量通過的接地網(wǎng)各個導體中各支路電流在地表上激發(fā)的的各類磁感應強度大小，總結出地表磁場分布的正確規(guī)律和具體特征，并診斷出接地網(wǎng)的結構及地網(wǎng)導體的缺陷情況。現(xiàn)在變電站容量不斷增大，在改建的前期和后期接地網(wǎng)的設計圖紙會有很大變化，在沒有明確理解接地網(wǎng)導體結構的狀況下，不需要挖掘就可以精準的判斷出其結構變化，得到腐蝕部位的具體地理位置和腐蝕情況，本文將會對這個檢測做法做進一步的驗證。

3 接地網(wǎng)故障診斷存在的問題

如今由于盲目開挖導致分析結果的針對性很差，再加上超聲波無法在鋼材類上使用，只能通過電網(wǎng)絡理論和電磁場理論來判斷接地網(wǎng)是否腐蝕。電網(wǎng)絡理論分析法是把接地網(wǎng)當作純電阻網(wǎng)絡搭建接地網(wǎng)故障檢測方程，以此得到各個支路的導體實際阻值和電阻變化情況，解出故障檢測方程來判斷接地網(wǎng)故障情況；也可以采取電磁場理論分析做法，對接地網(wǎng)注入和抽出一定頻率的電流，就可以得到接地網(wǎng)地表的磁感應強度大小來獲得磁場分布情況，用分布情況來進行相應診斷[4,5]。

表1 兩種方法存在的問題

這兩類做法都能得出接地網(wǎng)的具體支路腐蝕問題情況，其具體使用方法是：使用電網(wǎng)絡理論就可以得到各個支路的電阻，接地網(wǎng)如果正常時進行電阻對比就可得到具體支路腐蝕程度的大?。焕秒姶鸥袘碚摍z測的時候，出現(xiàn)某一段導體斷點和腐蝕變細的問題時，接地網(wǎng)的導體電阻就會發(fā)生明顯變化，促使該導體地表面面積磁感應強度變化凸出，這就給腐蝕診斷提供了很好的依據(jù)，當某段導體出現(xiàn)明顯斷點以及嚴重腐蝕變細問題時候，此導體上方的地表磁感應強度變化大小會十分明顯，根據(jù)此類情況推斷出該處導體存在問題，這兩類做法存在的問題情況如表1所示。