接地網故障診斷方法范文

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接地網是變電中非常重要的設備，對保障電網的正常運行，保證人員和變電站設備的安全有十分重要的意義。然而，接地網深埋地下，有可能發生腐蝕或斷裂故障，從而引發電力系統故障并造成巨大的經濟損失。國內外學者對接地網故障診斷的研究已經取得了很多成果，診斷方法也很多，主要分為以下三類：一類是基于電磁場理論的方法進行診斷，一類是基于超聲波方法進行診斷，還有一類是采用電網絡的方法進行診斷測量。本文基于電網絡理論，將接地網抽象為一個純電阻網絡。同時，為了減少接地網電感及電容耦合的影響，選擇直流電流源作為輸入電源。利用能量最低原理，建立故障診斷方程，構建接地網診斷程序，最后用MATLAB求解，最終得到接地網每條支路電阻值變化量。為驗證本文方法，用康銅絲搭建模擬了接地網，設置了單支路和多支路腐蝕與斷裂故障，通過對比仿真與模擬結果，驗證了本文接地網故障診斷方法的有效性和實用性。

1基本原理

1.1接地網模型由于土壤電阻率遠遠大于接地網電阻率，忽略土壤對接地網的影響，接地網可視為純電阻網絡，接地引線就是該網絡的可及節點，可以看成一個多端口網絡，如圖1所示。假設接地網有n+1個節點，b條支路，m+1個可及節點，為消除電容耦合及電感耦合的干擾，測量中針對圖1地網中兩節點施加直流電流激勵。規定地網各段電流方向后得到其有向圖，進而可以得到網絡節點關聯矩陣A，根據電網絡理論可得。其中I為節點的電流源列向量；Y為支路導納矩陣；U為節點的電壓列向量；Y為節點導納矩陣。由式(1)可推導出單個支路電阻R的變化對節點電壓值U的影響。依次計算出R(j=1,2,…,b)變化對n個節點電壓的影響值，得到全靈敏度矩陣U。上述方法求得網絡的全靈敏度矩陣為U，U是從U中取出的與m根可測量引線有關行向量組成的新靈敏度矩陣。

1.2建立故障診斷方程設m個可及節點電壓在地網支路電阻為標稱值時的理論計算值為U，地網腐蝕后從m根引線上所測值為U，節點電壓增量為ΔU。式（3）即為故障診斷方程，X是b維列向量，x（j=1,2,…,b）代表第j段導體電阻增加的倍數。因實際地網可測引線數m總是小于接地網支路數b，故障診斷方程是欠定方程，無唯一解，要得到實際地網的準確診斷結果就必須求出唯一解，所以必須引入目標函數和約束條件來求解。這是一非線性函數，所需約束條件是前面的故障診斷方程和接地網各段導體在發生不同程度腐蝕后，電阻值只會增大，即電阻增量的非負性。得到約束條件為：至此便構建出了良好的數學模型。利用合適的優化算法解數學模型就能得到各段導體電阻值的增大倍數x，從而判斷其是否發生腐蝕或斷裂。

2接地網仿真故障診斷

根據上一章介紹診斷方法，先求得ΔU，然后按如下步驟進行求解：①選擇接地網一個節點為公共點，生成接地網的關聯矩陣A和支路導納矩陣Y；②選擇接地網的另兩個節點，在這兩個節點中施加恒定電流源，由電網絡理論計算出節點電壓值U；③生成R與節點電壓的全靈敏度矩陣U；④假設某一支路或幾條支路發生腐蝕或斷裂，其支路電阻變大。選擇測量節點，計算出其相對于公共點的電壓值U；⑤由ΔU=U-U，建立故障診斷方程；⑥對目標函數進行優化計算，得到各個支路電阻的變化值，分析結果。現對一3×3小型接地網進行仿真。電路拓撲圖如圖2所示，正常支路電阻為0.05Ω，假設5號支路發生故障，電阻變為5Ω，圖中“”為可及節點，仿真結果如圖3所示。由圖3可以看出，最終準確診斷出5號支路發生故障。

3結論

本文基于電網絡理論和故障診斷理論，建立了接地網故障診斷方程，并通過MATLAB優化算法解診斷方程。通過仿真計算和接地網模擬試驗驗證了本文方法的有效性和實用性。

作者：傅晨釗 司文榮 蘇磊 單位：國網上海市電力公司電力科學研究院