[发明专利]一种基于电磁参数特征的接地网故障诊断方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于电磁参数特征的接地网故障诊断方法及系统，所述方法包括：通过一置于待测接地网上方的感应线圈阵列获得待测接地网的感应电压向量；根据感应电压向量和感应线圈阵列的灵敏度矩阵，求解待测接地网的电磁参数分布矩阵；将电磁参数分布矩阵映射至范围为[0,255]的图像灰度域，得到电磁参数灰度矩阵；根据电磁参数灰度矩阵的灰度值的损伤像素点占比判断待测接地网是否存在故障。与现有技术相比，本发明能有效地、准确地检测出接地网的故障状态，同时，在不接触接地网的状态下根据接地网区域的电磁参数特征进行综合考虑，最大限度地降低了测量误差对判断结果造成的影响，从而可及时采取有效措施，提高接地网的运行可靠性。

技术领域

本发明涉及一种故障诊断方法及系统，尤其是涉及一种接地网的故障诊断方法及系统。

背景技术

接地网是变电站的重要组成部分，当变电站内发生接地故障时，接地网起着改善电位分布与迅速散流入地的作用，从而保障设备与运行人员的安全，维持电力系统的安全稳定运行。但接地网长期深埋于地下，受土壤电化学作用等因素的影响，其金属结构易出现腐蚀、脱焊甚至断裂等故障，导致接地性能大幅下降，严重时可能造成事故。现有的接地网主要运维手段是对其进行停电抽样开挖，存在工作量大、盲目性强、效率低下等问题，且会造成变电站的长时间停电，带来一定的经济损失。因此，如何在不开挖的情况下及时发现接地网存在的潜在故障，进而采取有效的维护措施，已成为变电站运维工作中日益关注的问题。

现有接地网的故障诊断方法主要有三种：电网络法、电化学法和电磁场分析法。其中，电网络法将接地网视为纯电阻网络，根据其拓扑结构及激励等参数建立故障诊断方程，通过分析接地网各条支路导体电阻的变化来判断接地网是否存在故障。但当接地网腐蚀程度较小时，由于接地网导体支路导通电阻极小，实际测量中难以消除测量误差的影响，降低了故障诊断的准确性。电化学法通过分析接地导体的氧化还原过程来判断接地网故障状态，是表征接地网材料腐蚀状态最有效的方法之一，但该方法受测试环境中杂散电流的影响较大，在测试环境不理想时准确性较低。电磁场分析法根据接地网的地表电位和磁感应强度分布的变化对接地网的腐蚀、断裂等故障进行诊断，实施时需要向接地网注入激励电流，且受制于变电站接地网图纸缺失、现场干扰、判据单一等因素的影响，给接地网故障的准确诊断带来影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电磁参数特征的接地网故障诊断方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于电磁参数特征的接地网故障诊断方法，包括以下步骤：

S1、通过一置于待测接地网上方的感应线圈阵列获得待测接地网的感应电压向量；

S2、根据所述感应电压向量和所述感应线圈阵列的灵敏度矩阵，采用Tikhonov正则化算法求解待测接地网的电磁参数分布矩阵；

S3、将所述电磁参数分布矩阵映射至范围为[0,255]的图像灰度域，得到电磁参数灰度矩阵；

S4、根据所述电磁参数灰度矩阵的灰度值的损伤像素点占比判断待测接地网是否存在故障。

进一步地，所述感应线圈阵列包括一个直径为d的圆形非金属管道和P个直径为d/4的绕线线圈组成，P个绕线线圈呈等间距分布，截面与圆形非金属管道切线方向平行。

进一步地，所述感应线圈阵列的灵敏度矩阵通过以下步骤获取：

(1)将感应线圈阵列置于空场环境；

(2)使用激励电源依次向P个绕线线圈中的一个注入交流电流，采集其它P-1个绕线线圈的感应电压，得到初始电压向量V₀：

V₀＝[x₁,x₂,…,x_i,…,x_P]^T