[发明专利]一种牵引变电所接地网腐蚀故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种腐蚀故障诊断方法，具体地说，涉及一种牵引变电所接地网腐蚀故障诊断方法。

背景技术

随着我国西部铁路的快速发展，电气化牵引负荷随之增大很多，威胁到人身和设备安全，以及供电系统的可靠运行。牵引变电所的接地网是维护其安全可靠运行，保障运行人员和电气设备安全的重要设施。由于接地网埋设于地下，经过多年的运行后，构成接地网的导体常因土壤环境中的电化学腐蚀以及电网设备等运行中的泄流造成的腐蚀而严重受损，影响正常的安全供电，危及电气设备和人身的安全。

目前，工程上一般在发现接地电阻不合格、接地网引发事故或运行10～15年以上时，通过大面积开挖来查找接地网腐蚀及断裂点的位置，但这种方法存在盲目性、工作量大、工期长等缺陷，还会影响牵引供电系统的正常运行。因此，近些年出现了一些新的诊断方法，可以在不停电和不对接地网大面积开挖情况下实现接地网腐蚀和断点情况的检测，主要包括两大类：基于电磁场分析法的诊断方法和基于电路基本原理的诊断方法。

基于电磁场分析法的诊断方法主要是通过测量探测地面磁场和电势差的数据，根据特征参数变化来判断接地网断裂支路的位置。

基于电路基本原理的诊断方法一般忽略支路导体的电感和电容将整个接地网看成一个纯电阻网络，主要有以下几种方法：

(1)参数识别法：以接地网中每段导体电阻增量为故障参量建立诊断方程，然后利用相应的优化算法求解得到能量损耗最低时的解。

(2)节点电压法：通过分析节点电压得到反映支路电阻变化对可及节点电压影响的微灵敏度矩阵，使用MATLAB中的最优化方法求解该灵敏度矩阵诊断方程。

(3)特勒根定理：根据似功率守恒即接地网腐蚀前后总能量相同程，互换原接地网与腐蚀后接地网的支路电压和支路电流，并通过测量若干可及节点间的电阻建立方程，然后采用线性最小二乘法求解。

(4)网络撕裂法：把一个大型网络撕裂成若干个较小的子网络，对每一个子网络单独分析和求解而不必考虑其他部分的存在；然后把各个子网络的解相互联接构成原网络的整体解。

(5)禁忌搜索法：以可及节点间测量电压与估计电压偏差的平方和最小为适配值函数，以各个支路电阻的原始设计值为初始解，以支路电阻为禁忌对象，对各支路分别以某个确定步长增加和减少支路电阻的策略进行邻域搜索，并运用全局形式的藐视准则即禁忌算法分析判断接地网的腐蚀情况。

(6)遗传算法：施加多次激励并改变位置多次测量得到方程组之后转化为求解非线性最小二乘优化问题，在此引入遗传算法改进概率搜索步骤直到收敛。

神经网络法：采用神经网络反向传播算法，第一层为输入层来接受故障信息，其节点数等于接地网中的可及测试点数；最后一层为输出层并与故障支路相对应，其节点数等于接地网中的支路数。当网络中第j条支路故障则输出向量中第j个元素为1，其余均为0，以此类推最终可以得到神经网络的输出期望值，并由此诊断出接地网发生故障的位置。

基于电磁场分析法的诊断方法主要根据探测得到的数据拐点来诊断接地网存在缺陷的区域，但难以精确诊断出已经发生了腐蚀但尚未断裂的支路导体。

基于电路基本原理的诊断方法中，参数识别法及节点电压法由于实际接地网的可及节点数目有限，所以建立的诊断方程病态程度高，影响了诊断结果的精度；由于接地网支路导体本身的电阻值实际很小，因此接地引下线自身的电阻值不可忽略，对于端口电阻的测量精度要求则高，所以基于特勒根定理建立诊断方程的方法会存在测量误差从而影响诊断结果；网络撕裂法由于禁忌搜索法由于需要设置初值，该初值与诊断结果相关性很大，所以会影响诊断结果的精度；遗传算法首先需要将改进种群个体的元件参数代入网络，求解节点电压得到适应度，并在改进种群中选择一定的个体作为父体，其中个体被选中的几率跟个体适应度的大小相关，然后通过交叉和变异得到新一代种群并重复这一过程直到收敛，所以会影响诊断效率和精度；神经网络法由于其最后一层输出层的节点数等于接地网中的支路数，所以对于规模较大支路较多的接地网诊断结果仍有误差且工作量较大。

发明内容

为了解决上述技术问题，克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种牵引变电所接地网腐蚀故障诊断方法，主要根据节点撕裂法的基本思想以及电力网络理论中的节点分析法建立待诊断接地网的分块多目标优化数学模型，以降低优化求解的计算量，提高诊断效率，并采用混沌粒子群优化算法进行求解以实现全局寻优，进一步提高求解精度。

其技术方案如下：