[发明专利]一种基于地表电位分布的变电站接地网腐蚀诊断方法

权利要求书

1.一种基于地表电位分布的变电站接地网腐蚀诊断方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1、通过数值计算方法计算正常工况下变电站接地网的理论地表电位分布；

步骤2、用交流信号发生器向变电站接地网注入工频激励电流，由工频参数测试仪沿接地导体上方测量地表电位，选取测试导体时采用间隔选取的方式，即对相邻平行导体，有且只有一根导体为测试导体，对每根测试导体，以节点为分割点将每根导体分为若干导体段，并选取导体段的六等分点为测点进行地表电位测量；

步骤3、根据所述测点的地表电位测量值，通过最小二乘法对测试导体非测点的地表电位进行计算，得到变电站接地网的实际的地表电位分布；

步骤4、比较实际地表电位分布与理论地表电位分布，对同一接地导体，分别绘制正常工况与实际工况下的地表电位曲线，筛选出所有地表电位分布发生改变的导体段，即某导体存在连续测点的地表电位同时增大或减小，则认为该导体的地表电位分布发生改变，进而观察该导体段所在位置：

若某些导体段互相连接形成一定区域，则认为以这些导体段为矩形边的区域内存在故障区域；

若某些导体不与其它任何变化大的导体相连，则认为该导体上方地表电位的理论计算或拟合计算结果有误，需要重新进行计算与拟合，返回步骤3；

步骤5、对所述故障区域进行进一步测试：应用工频参数测试仪对故障区域内所有导体段上方的地表电位进行测量；

步骤6、比较所述故障区域内所有导体段的实际地表电位与理论计算所得地表电位；不同腐蚀程度的导体所导致的地表电位变化程度也不相同，若某导体段的地表电位下降幅度超过5％，且区域内其它导体段的地表电位均略微上升，则认为该段导体存在明显的腐蚀故障。

2.根据权利要求1所述的基于地表电位分布的变电站接地网腐蚀诊断方法，其特征在于，所述的步骤1通过数值计算方法计算正常工况下变电站接地网的理论地表电位分布，具体是：

2a.将节点数目为m的接地网分为n段导体，计算这n段导体之间的互阻抗矩阵R，其中，矩阵元素R_ij表示i段导体和j段导体之间的互阻抗，其计算公式为：

Ri,j=14π(σE+jωϵE)·1lilj[∫li∫lj1Di,jdlidlj+σE+jωϵ0(ϵr-1)σE+jωϵ0(ϵr+1)∫li′∫lj1Di′,jdli′dlj]i=1,...,n;j=1,...,n]]>

式中，σ_E为土壤电导率；ε₀为真空介电常数；ε_r为土壤相对介电常数；ε_E＝ε₀·ε_r为土壤介电常数；l_i与l_j分别为第i段及第j段导体长度；l_i'为第i段导体的镜像长度；D_i,j为第i段与第j段导体之间的距离；D_i',j为将第i段导体镜像与第j段导体之间的距离；

2b.用T型等效电路分别表示这n段导体，即1段导体对应1个T型等效电路，所述的T型等效电路由第i段导体(i＝1,…,n)的自电感L、自电阻Z₀、第i段和第j段(j＝1,…,n)导体之间的互感M、第i段导体的对地电容C和对地电导G组成；

经T型电路等效后，所述接地网共有m+n个节点及2n段导体；

2c.计算经T型等效电路等效后接地网各段导体的关联矩阵A，其中，关联矩阵A的行对应于接地网经T型等效电路等效后的节点数目m+n，关联矩阵A的列对应于T型等效后的支路数目2n，关联矩阵A中的任意元素a_i,j的定义为：

2d.计算经T型等效电路等效后具有m+n个节点和2n条支路的接地网的阻抗矩阵Z，公式如下：

Zi,j=jωMi,j+Z0,i=1,...,2n;j=1,..,2nω=2πfMi,j=μ04π∫ki∫kj1hi,jdkidkjZ0i=jωμI0(γr0)2πr0γI1(γr0)·ki]]>

式中，M_i,j为接地网各支路经T型等效后的互感矩阵；k_i为经T型等效后第i段导体长度(i＝1,…,2n)；h_i,j为第i段导体与第j段导体之间的距离；Z_0i为第i段导体的内阻抗；μ₀为土壤磁导率，并假设土壤和空气磁导率相同；μ＝μ₀μ_r为导体磁导率；μ_r为导体相对磁导率；ρ_c为导体电阻率；r₀为导体半径；I₀(γr₀)、I₁(γr₀)分别为零阶及一阶贝塞尔函数；

2e.根据关联矩阵A和阻抗矩阵Z计算节点导纳矩阵Y_n+m＝AZ^-1A^T；

根据互阻阻抗矩阵R计算导纳矩阵G＝R^-1；

2f.通过求解接地网数学模型的基本方程计算接地网n段导体的中点电位列向量和节点电位列向量所述的接地网数学模型的基本方程为：

式中，G为n×n矩阵；为n个中点电位列向量；为m个节点电位列向量；为m个节点注入电流列向量；

2g.计算接地网n段导体的泄漏电流分布，公式如下：

其中，R为n×n互阻抗矩阵，为n维列向量，为第i段导体上的漏电流向量，为n个中点电位列向量；

2h.根据求得的接地网导体的漏电流分布使用叠加原理计算地面上任一点处的电位，地面上任一点P处的电位计算公式为：

UiP=ρIileak4π×2rp2+zp2,i=1,2,...,n]]>

式中，U_iP为第i段导体漏电流在点P形成的地表电位；ρ为土壤电阻率；r_p,z_p为第i段导体中点与点P间距离的极坐标表示；

对每段导体，分别计算其漏电流在接地网各地表点形成的电位，再将所有导体的计算结果进行叠加，从而得到接地网的地表电位分布计算结果。