變電站接地網(wǎng)接地性能及其故障診斷成像系統(tǒng)研究.pdf

1、接地網(wǎng)是變電站的重要組成，對(duì)變電站的接地安全起到至關(guān)重要的作用。IEEE/GB制定了接地安全參數(shù)以及接地網(wǎng)設(shè)計(jì)指南來(lái)規(guī)范和指導(dǎo)變電站接地安全建設(shè)。變電站接地安全參數(shù)包括接地電阻、地電位升、跨步電壓和接觸電壓等；接地電阻用來(lái)保護(hù)變電站中二次設(shè)備免受故障電流或者雷電流損壞和維護(hù)變電站的正常運(yùn)行，其它參數(shù)則為了保證變電站內(nèi)工作人員的安全。許多我國(guó)早期設(shè)計(jì)建設(shè)的以及重污染地區(qū)的變電站接地網(wǎng)，受土壤中微電池和宏電池共同作用產(chǎn)生了嚴(yán)重腐蝕、甚至斷裂

2、現(xiàn)象，亟需進(jìn)行大范圍的改造；為了適應(yīng)現(xiàn)階段變電站接地網(wǎng)改造工程的要求，開(kāi)發(fā)出準(zhǔn)確定位接地網(wǎng)腐蝕支路的故障診斷方法有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本論文結(jié)合變電站接地性能分析和接地網(wǎng)故障診斷理論研究來(lái)綜合分析變電站接地網(wǎng)并開(kāi)發(fā)接地網(wǎng)故障診斷成像平臺(tái)：推導(dǎo)和建立了基于復(fù)鏡像展開(kāi)的水平多層土壤參數(shù)反演模型，提出了采用鄰居拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)研究接地網(wǎng)未知拓?fù)渲貥?gòu)算法，開(kāi)發(fā)了一整套包含硬件裝置和軟件系統(tǒng)的變電站接地網(wǎng)故障診斷平臺(tái)，最后利用該接地網(wǎng)故障診斷成像平臺(tái)綜

3、合分析了鐘管變電站接地網(wǎng)。
　　論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性工作包括以下幾點(diǎn)：
　?、俨捎酶倪M(jìn)粒子群算法反演基于復(fù)鏡像展開(kāi)的水平多層土壤模型：為了克服鏡像法在求解土壤參數(shù)時(shí)計(jì)算效率較低的問(wèn)題，結(jié)合復(fù)鏡像法推導(dǎo)了基于等距四電極法的視在電阻率快速計(jì)算模型；為了避免牛頓拉夫遜算法中遞推公式推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜、迭代過(guò)程中雅克比矩陣條件數(shù)過(guò)大和不收斂等情況的出現(xiàn)，提出了采用改進(jìn)粒子群算法的水平多層土壤參數(shù)反演的數(shù)值方法，為水平多層土壤參數(shù)反演提供了一種

4、精度更高的土壤參數(shù)反演手段。
　?、跒榱嗽诮拥鼐W(wǎng)故障診斷中引入電阻抗成像新方法，需要對(duì)接地網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)完整性進(jìn)行預(yù)處理。首次引入鄰居拓?fù)鋵?duì)變電站接地網(wǎng)未知拓?fù)溥M(jìn)行重構(gòu)，設(shè)置2條鄰居互連規(guī)則和3條的補(bǔ)充規(guī)則，來(lái)分析接地引下線足夠多、接地引下線不足以及接地引下線位置發(fā)生偏移等3種情況；提出了選定接地網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓測(cè)量值與其拓?fù)淇尚薪鈱?duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算值間的均方根誤差為目標(biāo)函數(shù)的接地網(wǎng)未知拓?fù)渲貥?gòu)算法。
　　③針對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)模型和電阻抗

5、成像原理推導(dǎo)出的接地網(wǎng)故障診斷逆問(wèn)題存在的病態(tài)性，提出了基于Tikhonov正則化處理的牛頓拉夫遜法來(lái)改善故障診斷效果；根據(jù)接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特殊性，給出了適合接地網(wǎng)故障診斷成像的三種修改算法：1）提出了基于容斥原理的自動(dòng)生成選擇激勵(lì)電流對(duì)的方法；2）對(duì)中大型變電站接地網(wǎng)進(jìn)行了分區(qū)故障診斷定位和識(shí)別；3）首次提出了通過(guò)新增節(jié)點(diǎn)和新增支路的方式來(lái)考慮接地引下線偏移對(duì)接地網(wǎng)故障診斷的影響。上述三種方法能夠有效提高選擇激勵(lì)電流對(duì)的效率和提高變電站接

6、地網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓測(cè)量精度和故障定位的準(zhǔn)確性，使電阻抗成像技術(shù)能夠在變電站接地網(wǎng)故障診斷中實(shí)施。
　　④基于電阻抗成像原理研發(fā)了變電站接地網(wǎng)故障診斷成像平臺(tái)：硬件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)四電極16通道自動(dòng)循環(huán)測(cè)量，提供32位高精度的接地網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)，避免了接觸電阻對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓測(cè)量數(shù)據(jù)的干擾，以及提高了測(cè)量效率和測(cè)量精度；軟件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)接地網(wǎng)故障支路定位和標(biāo)注、土壤參數(shù)反演和接地網(wǎng)未知拓?fù)渲貥?gòu)等功能。采用該平臺(tái)綜合分析了鐘管變電站接地網(wǎng)，結(jié)論符合實(shí)