[发明专利]一种变电站接地网三维数字化监控装置及方法

权利要求书

1.一种变电站接地网三维数字化监控装置，其特征在于：包括数据采集系统、接地网状态评估系统、三维成像系统、数字信息存储系统、状态信息输出系统和故障报警系统，所述的数据采集系统的信号输出端连接接地网状态评估系统的信号采集端，接地网状态评估系统采用基于逆问题的接地支路导体阻抗计算方法对接地网各支路状态进行求解；接地网状态评估系统的第一信号输出端连接三维成像系统，三维成像系统采用有限元法，对接地网导体受腐蚀情况及周围土壤进行三维成像；接地网状态评估系统的第二信号输出端连接数字信息存储系统，数字信息存储系统基于成像结果和接地支路导体阻抗计算结果的基础上，得出接地网各支路腐蚀程度评估结果，形成变电站接地网三维成像与状态评估的数字化系统；接地网状态评估系统的第三信号输出端通过状态信息输出系统进行显示；状态信息输出系统的信号输出端连接故障报警系统的信号输入端。

2.一种变电站接地网三维数字化监控方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A：首先，利用数据采集系统测取接地网电压值，数据采集系统采用四电极法测取接地网部分节点的电压值；

步骤B：数据采集系统将测取的接地网部分节点的电压值发送给接地网状态评估系统，接地网状态评估系统采用基于逆问题的接地支路导体阻抗计算方法对接地网各支路状态进行求解，求解过程如下步骤：

步骤B1：将接地网等效为纯电阻网络，假设接地网具有N个节点和B条支路，则根据电网络理论列方程有：

式中A为网络的关联矩阵；Y_b为支路导纳矩阵，Y_n为节点导纳矩阵；U_b为支路电压向量；U_n为节点电压向量；I_n为节点电流向量；I_b为支路电流向量；

步骤B2：假设U_n0为被测接地网的节点电压的测量值；U_n(R)为被测接地网的节点电压理论计算值，其中，U_n(R)是关于R的函数，R为未知量；则，将f(R)最小化，求得符合测量值的变化量为：

步骤B3：根据最小二乘法原理，由公式⑵得：

步骤B4：再将目标函数f(R)＝||U_n(R)-U_n0||²在R^(k)处用泰勒级数展开近似为：

步骤B5：对公式⑷得到的泰勒函数的级数展开式求取极值得到极值点：

步骤B6：若可逆，则得到：

步骤B7：再对在R^(k)处求导数，得到：

步骤B8：由公式⑺推导并忽略高阶项得：

因此得到：

其中为雅可比矩阵；式(9)即为接地网故障诊断方程的 NR法迭代公式，从而求解出未知的支路电阻值；

步骤B9：根据接地网支路电阻值变化情况，与各个支路的支路电阻设计值相比较，依据接地网腐蚀程度判别标准，从而对接地网腐蚀情况进行状态评估；

步骤C：将步骤B中得到的接地网支路电阻值数据发送给三维成像系统进行三维成像，具体步骤如下：

步骤C1：首先，将整个计算场域剖分为有限个离散单元；

步骤C2：根据步骤步骤B中计算的接地网支路电阻值和待测接地网周围的土壤电阻率，计算出每个离散单元的电导率；

步骤C3：根据步骤C2提供的每个离散单元的电导率，结合待测接地网的拓扑结构，对接地网支路电阻与周围土壤进行三维成像，图像包括接地网的三维拓扑结构以及支路电阻大小；

步骤D：将步骤B中得到的接地网支路电阻值数据发送给数字信息存储系统，根据接地网支路电阻值和支路的腐蚀速率，测算接地网支路的使用寿命，对接地网进行状态评估，构建接地网状态的数字档案管理系统保存接地网状态评估结果；

步骤E：接地网状态评估系统通过状态信息输出系统将接地网支路电阻值数据发送给故障报警系统，当故障报警系统接收到的信号处于报警范围内时，则报警。

3.根据权利要求2所述的变电站接地网三维数字化监控方法，其特征在于：步骤A所述的四电极法的步骤采用如下方式：

Ⅰ：选取接地网中任意两个节点，并注入稳定的电流；

Ⅱ：选取另外的两个节点，测量这两个节点的电压，即提取了节点的电压值；

Ⅲ：重复上述步骤Ⅰ和Ⅱ，直至测量到所有的节点的电压值。