電力系統(tǒng)接地網(wǎng)缺陷診斷與發(fā)展趨勢(shì)探討

董建祥

摘 要 近年來(lái)，我國(guó)對(duì)電腦的需求不斷增加，電力系統(tǒng)有了很大進(jìn)展。對(duì)電力系統(tǒng)接地網(wǎng)網(wǎng)腐蝕、斷裂等問(wèn)題進(jìn)行分析，并制定出接地網(wǎng)缺陷的評(píng)價(jià)方案，具體分成兩種診斷方式：一是非成像接地網(wǎng)狀態(tài)檢查方式;二是接地網(wǎng)狀態(tài)成像檢查方式。同時(shí)研究變電站接地網(wǎng)缺陷診斷未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，并精準(zhǔn)地體現(xiàn)出接地網(wǎng)故障的分辨率特性參數(shù)圖像的意義，從而為接地網(wǎng)缺陷診斷找到全新的方式。

關(guān)鍵詞 接地網(wǎng);缺陷診斷;成像

引言

接地網(wǎng)是保障電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行和保護(hù)人身安全的重要設(shè)施，接地網(wǎng)長(zhǎng)期埋在土壤中容易遭受腐蝕，在腐蝕性較強(qiáng)的土壤中，接地導(dǎo)體年腐蝕率可達(dá)2～8mm。隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)體電阻不斷增大，當(dāng)有雷電電流或沖擊電流流經(jīng)接地網(wǎng)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致接地網(wǎng)導(dǎo)體因發(fā)熱或者大電流電動(dòng)力而斷裂[1]。

1接地網(wǎng)缺陷的診斷方法

1.1 電磁場(chǎng)分析法

電磁場(chǎng)分析法可以直接利用麥克斯韋方程考慮介質(zhì)的邊界進(jìn)行模擬，因此可以得到接地網(wǎng)的磁場(chǎng)分布或地表電位分布，然后再通過(guò)詳細(xì)的測(cè)量實(shí)際電網(wǎng)的磁場(chǎng)分布圖或電位分布圖，對(duì)比之下很輕易地就可以得到局部的磁場(chǎng)或電場(chǎng)變化，獲得接地網(wǎng)局部缺陷。電磁場(chǎng)分析法的優(yōu)點(diǎn)是能分析多個(gè)項(xiàng)目，但是計(jì)算起來(lái)卻極為復(fù)雜而且測(cè)試實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較復(fù)雜，對(duì)精確度的控制也比較差。

1.2 電網(wǎng)絡(luò)分析法

接地網(wǎng)如果處于地下，那么就會(huì)讓各個(gè)導(dǎo)致進(jìn)行鏈接，從而形成電路網(wǎng)絡(luò)，這樣就不用考慮土壤因素。接地網(wǎng)屬于純電阻網(wǎng)絡(luò)。在創(chuàng)建完地網(wǎng)以后，就能夠掌握每個(gè)導(dǎo)體的長(zhǎng)度以及截面積，如果接地網(wǎng)采用很多年，并且發(fā)生了導(dǎo)體腐蝕的情況，那么支路電阻就會(huì)超過(guò)原始值，此時(shí)就要找到解端口電阻與支路電路電阻這兩者變化值之間所具有的關(guān)聯(lián)性，并采用合適的數(shù)學(xué)計(jì)算方式，來(lái)計(jì)算出節(jié)點(diǎn)電阻變化值，然后從中計(jì)算出接地網(wǎng)支路電阻變化值，這樣一來(lái)就能夠掌握故障的具體情況。相關(guān)專家已經(jīng)將接地網(wǎng)腐蝕診斷與靈敏度分析這兩種方式進(jìn)行了融合。同時(shí)還要對(duì)接地網(wǎng)支路電阻的具體情況進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)算，然后掌握其對(duì)各種狀況下的電阻值所構(gòu)成的干擾，從而制定出適合從工程變電站接地網(wǎng)故障診斷里獲取測(cè)量節(jié)點(diǎn)的具體方式。若想精準(zhǔn)地檢查全新地網(wǎng)導(dǎo)體所具有的缺陷，那么就要建設(shè)地網(wǎng)導(dǎo)體缺失診斷0-1背包模型，并還要根部二進(jìn)制遺傳算法來(lái)對(duì)MATLAB地網(wǎng)缺陷診斷進(jìn)行編程，這樣一來(lái)就能夠形成電阻發(fā)適應(yīng)函數(shù)。此外，還要?jiǎng)?chuàng)建接地網(wǎng)導(dǎo)體缺失診斷的數(shù)學(xué)模型，然后再?gòu)闹蟹治龅鼐W(wǎng)腐蝕支路能否對(duì)斷裂導(dǎo)體診斷造成干擾[2]。

1.3 大電流分析法

大電流分析法就是給接地網(wǎng)施加大功率功頻電流，然后測(cè)量接地網(wǎng)以及周邊的電位分布，包括通過(guò)接觸電壓、功頻接地電阻值、最高位梯度等參數(shù)，并且檢查接地網(wǎng)和設(shè)備接地的連接情況。大電流分析法方法比較成熟、原理清楚，但是如果要用用大電流分析法全面的檢查接地網(wǎng)的缺陷問(wèn)題依然存在很多問(wèn)題，用大電流法時(shí)測(cè)量工作十分復(fù)雜、需要大量電流還可能要停電。另外大電流法只對(duì)多個(gè)斷點(diǎn)敏感，而且還沒(méi)有辦法反映腐蝕的情況。

2接地網(wǎng)狀態(tài)成像檢測(cè)方法

2.1 電阻抗成像方法

電阻抗成像是一種以電阻率分布為目標(biāo)的圖像重建技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)接地網(wǎng)腐蝕診斷中數(shù)據(jù)測(cè)量的自動(dòng)化，重慶大學(xué)的何為教授在電阻抗成像測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套基于接地網(wǎng)診斷的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。目前其診斷軟件可以判斷接地網(wǎng)腐蝕的區(qū)域，還不能精確定位。導(dǎo)體阻抗測(cè)量通常是向?qū)w施加激勵(lì)源，分別測(cè)出流過(guò)導(dǎo)體的電流值和導(dǎo)體兩端的電壓值，最后用歐姆定律求出導(dǎo)體阻抗，常用的阻抗測(cè)量方法為二電極和四電極法。電阻抗成像中數(shù)據(jù)采集常用的測(cè)量方式為循環(huán)測(cè)量方法，即每改變一次電流注入方式就采集一次電壓數(shù)據(jù)，而電流注入方式又分為相鄰注入、交叉注入、相對(duì)注入和自適應(yīng)注入等[3]。

2.2 雷達(dá)檢測(cè)成像方法

采用微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，來(lái)對(duì)混凝土里的單個(gè)鋼筋進(jìn)行檢測(cè)，能夠獲得非常好的效果，不過(guò)此方式要是探測(cè)準(zhǔn)確度不夠的話，那么就會(huì)造成探測(cè)信號(hào)被屏蔽的情況。在接地網(wǎng)腐蝕診斷技術(shù)中，微波無(wú)損探測(cè)屬于全新的技術(shù)，也是將來(lái)主要的技術(shù)發(fā)展方向。使用高頻電磁波激勵(lì)，能夠很好地掌握地網(wǎng)導(dǎo)體，以及接地網(wǎng)導(dǎo)體所具有的地質(zhì)差別。另外，獲取金屬導(dǎo)體能夠形成的電磁波折反射回波，這樣一來(lái)就能夠有效地掌握地網(wǎng)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行微波無(wú)損檢測(cè)期間，雷達(dá)屬于非常重要的技術(shù)，采用高穿透性的雷達(dá)，可以在不停電的狀況下，做好接地網(wǎng)物理檢測(cè)工作。利用超寬帶發(fā)射信號(hào)，能夠進(jìn)入到接地導(dǎo)體，之后再采用回波信號(hào)中所具備的多維度測(cè)量信息，來(lái)掌握接地導(dǎo)體的物理情況，采用天線技術(shù)來(lái)掌握高輸出分辨率，這樣一來(lái)就能夠具有非常逼真的視覺(jué)圖像，從而帶來(lái)良好的數(shù)據(jù)支持。

2.3 其他無(wú)損檢測(cè)法

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的無(wú)損檢測(cè)法被應(yīng)用在工程建設(shè)中，這些無(wú)損檢測(cè)的方法包括渦流檢測(cè)、探地雷達(dá)、超聲波監(jiān)測(cè)等，這些監(jiān)測(cè)方法不僅檢測(cè)迅速，而且廣泛應(yīng)用在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)檢測(cè)當(dāng)中。但是因?yàn)樽冸娬就寥澜Y(jié)構(gòu)多樣化且接地網(wǎng)接地結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，導(dǎo)致部分無(wú)損檢測(cè)方法不能直接應(yīng)用于檢測(cè)。但無(wú)損檢測(cè)方法檢測(cè)迅速直接，檢測(cè)結(jié)果清楚明了，可惜不足的是可分析項(xiàng)目太少，在對(duì)于接地網(wǎng)接地體的檢測(cè)方面還存在問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用起來(lái)比較困難[4]。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)變電站接地網(wǎng)缺陷診斷的方法包括傳統(tǒng)非成像和成像兩種，非成像的檢測(cè)方法包括電網(wǎng)絡(luò)分析法、電磁場(chǎng)分析法、電化學(xué)方法等。成像檢測(cè)方法包括電阻抗成像法、雷達(dá)檢測(cè)成像法、瞬變電磁法接地網(wǎng)斷點(diǎn)診斷法、高頻脈沖逆散射成像接地網(wǎng)診斷以及其他的地球物理探測(cè)方法等。每種方法各有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，檢測(cè)對(duì)象各不相同。對(duì)比傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，圖像重建的方法可使得接地網(wǎng)腐蝕、斷點(diǎn)等故障診斷更加直觀，快速準(zhǔn)確地獲得反映接地網(wǎng)故障的高分辨率特性參數(shù)圖像意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1] 張來(lái)福，楊虹，劉國(guó)強(qiáng)，等.電力系統(tǒng)接地網(wǎng)狀態(tài)智能成像檢測(cè)方法[J].電工電能新技術(shù)，2018，37（2）：76-82.

[2] 楊虹，劉國(guó)強(qiáng)，張來(lái)福，等.電力系統(tǒng)接地網(wǎng)缺陷診斷方法及發(fā)展趨勢(shì)[J].電工電能新技術(shù)，2016，35（10）：35-42.

[3] 高宜凡.電力系統(tǒng)接地網(wǎng)檢測(cè)與改善技術(shù)研究[J].機(jī)電信息，2014，（36）：94-95.

[4] 張萬(wàn)友，郭博聞，高作學(xué)，等.電力系統(tǒng)接地網(wǎng)的腐蝕現(xiàn)狀及對(duì)策[J].材料保護(hù)，2014，47（11）：56-58.